一种用于水下管缆结构受力监测传感器系统

本发明属于海洋工程信息采集领域，特别涉及一种用于水下管缆结构受力监测传感器系统。

背景技术：

1、海洋平台是海洋资源开发的主要装备，主要由浮体单元和水下结构组成，其中水下管缆服役的可靠性直接关系到海洋平台系统的安全性。海洋环境复杂、水下管缆的运动形式和失效模式存在较大不确定性，因此对水下管缆结构进行受力行为的监测对于保障平台的安全生产、分析管缆失效行为具有重要的意义。

2、目前，对于水下管缆结构的受力行为监测大多采用压力传感器进行顶部张力的测量。而仅仅测量顶部张力不能够全面地反映管缆结构的受力行为。而由于水下的限制以及服役环境的复杂直接在管缆上粘贴应变片具有安装困难、测量精度及可靠性难以保障的问题。总之，现在急需开发一种能够实现水下管缆结构的受力行为监测的传感器。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种用于水下管缆结构受力行为监测传感器系统，能够通过光纤光栅传感器获取不同方向的管缆受力行为，传感器固定系统能够实现测量元件的安装固定和实现测量传感器与被测管缆的固定，解决了全面测量水下管缆结构受力的难题。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种用于水下管缆结构受力监测传感器系统，包括测量系统和传感器固定系统；

4、所述测量系统由沿轴向布置的光纤光栅传感器、沿与轴向成45°方向布置的光纤光栅传感器、沿环向布置的光纤光栅传感器组成；

5、所述传感器固定系统由测量元件固定部分和测量传感器固定部分组成。

6、进一步的，所述沿轴向布置的光纤光栅传感器均匀布置于管缆的周向，测量管缆的周向受力；

7、所述沿环向布置的光纤光栅传感器一端与所述沿轴向布置的光纤光栅传感器的一端紧挨；另一端指向所述沿轴向布置的光纤传感器垂向，测量管缆的环向受力；

8、所述沿与轴向成45°方向布置的光纤光栅传感器的一端与所述沿轴向布置的光纤光栅传感器和所述沿环向布置的光纤光栅传感器的一端紧挨，另一端指向所述沿轴向布置的光纤光栅传感器和所述沿环向布置的光纤光栅传感器的角分线方向，测量45°方向的剪切力。

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12、其中，ε0°、ε45°、ε90°分别为沿环向布置的光纤光栅传感器测量的应变、与轴向成45°方向布置的光纤光栅传感器测量的应变和沿轴向布置的光纤光栅传感器测量的应变，εmax为最大主应变，εmin为最小主应变，α0为与沿环向布置的光纤光栅传感器的夹角即最大主应变的方向。

13、进一步的，所述沿轴向布置的光纤光栅传感器数量为八个、沿与轴向成45°方向布置的光纤光栅传感器、沿环向布置的光纤光栅传感器的数量均为八个。

14、进一步的，所述沿轴向布置的光纤光栅传感器、沿与轴向成45°方向布置的光纤光栅传感器、沿环向布置的光纤光栅传感器的型号为zx-fbg-s01a或相似类型的传感器。

15、进一步的，所述测量元件固定部分主要是通过夹块进行光纤光栅传感器的固定，夹块与夹具通过焊接进行连接；

16、所述测量传感器固定部分主要是通过旋紧螺栓进行传感器与管缆之间的固定。

17、通过实施以上技术方案，具有以下有益效果：

18、1、本发明利用光纤光栅传感器进行应变的测量，能够保证传感器在水下工作的稳定性，同时光纤光栅传感器具有高精度、高灵敏度的特点，能够满足水下测量的需求；

19、2、传感器设有不同方向的光纤光栅传感器，能够进行不同方向的结构受力行为的监测，可以通过三个方向的不同受力行为识别出水下管缆结构的最大应力方向与大小；

20、3、传感器的固定系统能够实现测量单元的固定，以及传感器与被测管缆之间的固定，能够实现传感器的快速固定。

技术特征：

1.一种用于水下管缆结构受力监测传感器系统，其特征在于，包括测量系统和传感器固定系统；

2.根据权利要求1所述的监测传感器系统，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的监测传感器系统，其特征在于，所述沿轴向布置的光纤光栅传感器为八个、沿与轴向成45°方向布置的光纤光栅传感器、沿环向布置的光纤光栅传感器的数量均为八个。

4.根据权利要求1所述的监测传感器系统，其特征在于，所述沿轴向布置的光纤光栅传感器、沿与轴向成45°方向布置的光纤光栅传感器、沿环向布置的光纤光栅传感器的型号为zx-fbg-s01a。

5.根据权利要求1所述的监测传感器系统，其特征在于，

技术总结本发明提供了一种用于水下管缆结构受力监测传感器系统，包括测量系统和传感器固定系统。所述测量系统包括沿轴向布置的光纤光栅传感器、沿与轴向成45°方向布置的光纤光栅传感器、沿环向布置的光纤光栅传感器；所述传感器固定系统包括测量元件固定部分和测量传感器固定部分。可以实现对管缆结构的全方位受力监测，能够通过三个方向的受力得到管缆受力的最大值和受力最大的方向，实时反馈管缆的受力状态，保障管缆的安全行为。技术研发人员：武文华,李松,黄龚赛受保护的技术使用者：大连理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12