一种船闸人字门健康状态在线监测的传感器布置方法
【专利摘要】本发明公开了一种船闸人字门健康状态在线监测的传感器布置方法，根据人字门门体整体受力情况，位于水下门体结构的门枢、门中缝、底止水、背拉杆以及在船闸开启闭过程中位于顶枢的AB杆为整个人字门受力最大的部位，在这些位置布设光纤光栅应变传感器、光纤光栅温度传感器、光纤裂纹检测传感器；其中光纤光栅应变传感器阵列用来实时检测门体受力部位产生的形变位移量，光纤光栅温度传感器阵列用来进行温度补偿，光纤裂纹检测传感器用来检测光纤是否发生断裂，从而判断检测点是否出现裂纹，同时在船闸运行时，门体各部分受力不均，会产生不同频率的振动，通过布设光纤振动传感器来实时检测门体上下跳动位移量。
【专利说明】
一种船闸人字门健康状态在线监测的传感器布置方法
技术领域
[0001] 本发明涉及水工金属结构健康监测技术领域，特别涉及一种船闸人字门健康状态 在线监测的方法。
【背景技术】
[0002] 船闸人字门长期工作在低速重载的工况条件下，在船闸开启闭运转过程中，由于 受到涌浪、动水载荷、水流冲击和水体内一些微生物、漂浮物的影响而引发门体振动及门体 上下小形变位移量的频繁跳动，对人字门造成不可逆损伤，当结构损伤积累到一定程度，就 会引发诸如AB杆/背拉杆断裂、门体深水区出现裂纹等严重后果，不仅影响通航，还会带来 严重的社会影响和经济损失。因此，对船闸人字门各关键结构部件进行远程实时监测和健 康诊断，及时发现结构损伤并评估其安全性，对提高安全通航效率，保障人民生命财产安 全，具有重要现实意义。
[0003] 为保证船闸结构安全，现有的检测方法是采用定期停航人工检修及六年一周期的 大修，不仅影响航道运输，更为重要的是人工检测无法做到实时监测，且门体深层位置存在 漏检的可能，从而带来了很大的安全隐患。
【发明内容】
[0004] 为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以实现实时监测并排除安 全隐患的船闸人字门健康状态在线监测的传感器布置方法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种船闸人字门健康状态在线监测 的传感器布置方法，包括以下步骤：
[0006] A、确定光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器的位置和个数：
[0007] 光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器采用分布式安装的方式布设在门枢、 门中缝内侧面两侧，其个数由下列公式确定：
[0009]其中：L为船闸正常运行时淹没水下部分高度，P为底止水高度，h为门体每层高度， η为光纤光栅应变/温度传感器个数，η取整数；
[0010]在底止水部分选取左、中、右三处具有代表性的测试点布设光纤光栅应变传感器 和光纤光栅温度传感器；
[0011]在人字门开启闭过程中，主要靠ΑΒ杆施加外力使其缓慢匀速做圆周运动，因此ΑΒ 杆在整个船闸运行中受力最大，最易产生形变，对人字门造成不可逆损伤，在ΑΒ杆的上表面 和侧表面布设光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器进行实时监测是很有必要的；
[0012]背拉杆包括交叉布置的主背拉杆和副背拉杆，起到紧凑门体结构、均匀门体受力 的作用，在船闸运行时其受力情况往往反映整个门体的受力情况;而主副背拉杆相交处、主 背拉杆节点板处和副背拉杆节点板处是背拉杆的关键部位，受力明显且具有代表性，选取 作为光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器监测布设点；
[0013] B、确定光纤裂纹检测传感器的位置和个数：
[0014] 由于人字门水下部分在船闸运行，开闭合过程中受水流冲击和水体内一些微生 物、漂浮物的影响较大，故选取在人字门背水面靠近门枢和门中缝位置由下向上6格布设光 纤裂纹检测传感器，每格布置一个，共计12个;并且底止水门体背水面横向中心线处亦为裂 纹易发生区域，在此区域布设光纤裂纹检测传感器；
[0015] C、确定光纤振动传感器的位置和个数：
[0016] 在船闸运行过程中，门体各个部位都会产生不同程度的振动，其中垂直于门体和 沿门轴方向的振动最为明显，对实际工程中监测人字门健康状态也最具影响意义，因此在 人字门顶枢、连门轴、底枢和启闭齿轮4个位置布设振动监测点，每一监测点均在y、z两个方 向布设光纤振动传感器，共计8个。
[0017] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0018] 1、本发明根据人字门门体整体受力情况，位于水下门体结构的门枢、门中缝、底止 水、背拉杆以及在船闸开启闭过程中位于顶枢的AB杆为整个人字门受力最大的部位，在这 些位置布设光纤光栅应变传感器、光纤光栅温度传感器、光纤裂纹检测传感器;其中光纤光 栅应变传感器阵列用来实时检测门体受力部位产生的形变位移量，光纤光栅温度传感器阵 列用来进行温度补偿，光纤裂纹检测传感器用来检测光纤是否发生断裂，从而判断检测点 是否出现裂纹，同时在船闸运行时，门体各部分受力不均，会产生不同频率的振动，通过布 设光纤振动传感器来实时检测门体上下跳动位移量。
[0019] 2、本发明相比于传统的定期停航人工检修的方法更加便捷高效，不仅出错率低， 而且可以做到人字门健康状态在线实时动态监测，同时也便于分布式安装、走线更优化、数 据传输方便快捷。
[0020] 3、本发明将传感器布置到船闸人字门所有最容易出现安全隐患的位置，从而有效 地排除了安全隐患问题。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明的人字门框架图。
[0022] 图中：1、主副背拉杆相交处，2、主背拉杆节点板处，3、副背拉杆节点板处，4、门中 缝，5、门枢，6、底止水，7、背拉杆，8、AB杆。
【具体实施方式】
[0023] 以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述:应当理解，优选实施例 仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0024] 本发明的基本思想是综合利用光纤光栅应变传感器、光纤光栅温度传感器、光纤 裂纹检测传感器、光纤振动传感器，经过合理规范地布局构成传感器网络，对船闸进行远程 在线监控，实时获取船闸人字门的健康状态信息。
[0025]本实施例的具体步骤如下：
[0026]如图1所示，一种船闸人字门健康状态在线监测的传感器布置方法，包括以下步 骤：
[0027] A、确定光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器的位置和个数：
[0028] 光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器采用分布式安装的方式布设在门枢 5、门中缝4内侧面两侧，其个数由下列公式确定：
[0030] 其中：L为船闸正常运行时淹没水下部分高度，P为底止水6高度，h为门体每层高 度，η为光纤光栅应变/温度传感器个数，η取整数；
[0031] 在底止水6部分选取左、中、右三处具有代表性的测试点布设光纤光栅应变传感器 和光纤光栅温度传感器；
[0032]在人字门开启闭过程中，主要靠ΑΒ杆8施加外力使其缓慢匀速做圆周运动，因此ΑΒ 杆8在整个船闸运行中受力最大，最易产生形变，对人字门造成不可逆损伤，在ΑΒ杆8的上表 面和侧表面布设光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器进行实时监测是很有必要的；
[0033] 背拉杆7包括交叉布置的主背拉杆和副背拉杆，起到紧凑门体结构、均匀门体受力 的作用，在船闸运行时其受力情况往往、反映整个门体的受力情况;而主副背拉杆相交处1、 主背拉杆节点板处2和副背拉杆节点板处3是背拉杆7的关键部位，受力明显且具有代表性， 选取作为光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器监测布设点；
[0034] Β、确定光纤裂纹检测传感器的位置和个数：
[0035] 由于人字门水下部分在船闸运行，开闭合过程中受水流冲击和水体内一些微生 物、漂浮物的影响较大，故选取在人字门背水面靠近门枢5和门中缝4位置由下向上6格布设 光纤裂纹检测传感器，每格布置一个，共计12个;并且底止水6门体背水面横向中心线处亦 为裂纹易发生区域，在此区域布设光纤裂纹检测传感器；
[0036] C、确定光纤振动传感器的位置和个数：
[0037] 在船闸运行过程中，门体各个部位都会产生不同程度的振动，其中垂直于门体和 沿门轴方向的振动最为明显，对实际工程中监测人字门健康状态也最具影响意义，因此在 人字门顶枢、连门轴、底枢和启闭齿轮4个位置布设振动监测点，每一监测点均在y、z两个方 向布设光纤振动传感器，共计8个。
[0038] 人字门健康状态在线监测的传感器布局包括光纤光栅应变传感器阵列、光纤光栅 温度传感器阵列、光纤裂纹检测传感器、光纤振动传感器;根据人字门门体整体受力情况， 位于水下门体结构的门枢(5)、门中缝(4)、底止水(6)、背拉杆(7)以及在船闸开启闭过程中 位于顶枢的AB杆(8)为整个人字门受力最大的部位，在这些位置布设光纤光栅应变传感器、 光纤光栅温度传感器、光纤裂纹检测传感器;其中光纤光栅应变传感器阵列用来实时检测 门体受力部位产生的形变位移量，光纤光栅温度传感器阵列用来进行温度补偿，光纤裂纹 检测传感器用来检测光纤是否发生断裂，从而判断检测点是否出现裂纹，同时在船闸运行 时，门体各部分受力不均，会产生不同频率的振动，通过布设光纤振动传感器来实时检测门 体上下跳动位移量；
[0039] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人 员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明 的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这 些改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种船闸人字门健康状态在线监测的传感器布置方法，其特征在于:包括以下步骤： A、确定光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器的位置和个数： 光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器采用分布式安装的方式布设在门枢(5)、 门中缝(4)内侧面两侧，其个数由下列公式确定：其中：L为船闸正常运行时淹没水下部分高度，P为底止水(6)高度，h为门体每层高度，η 为光纤光栅应变/温度传感器个数，η取整数； 在底止水(6)部分选取左、中、右三处具有代表性的测试点布设光纤光栅应变传感器和 光纤光栅温度传感器； 在人字门开启闭过程中，主要靠 AB杆(8)施加外力使其缓慢匀速做圆周运动，因此AB杆 (8)在整个船闸运行中受力最大，最易产生形变，对人字门造成不可逆损伤，在AB杆(8)的上 表面和侧表面布设光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器进行实时监测是很有必要 的； 背拉杆(7)包括交叉布置的主背拉杆和副背拉杆，起到紧凑门体结构、均匀门体受力的 作用，在船闸运行时其受力情况往往反映整个门体的受力情况;而主副背拉杆相交处（1)、 主背拉杆节点板处(2)和副背拉杆节点板处(3)是背拉杆(7)的关键部位，受力明显且具有 代表性，选取作为光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器监测布设点； Β、确定光纤裂纹检测传感器的位置和个数： 由于人字门水下部分在船闸运行、开闭合过程中受水流冲击和水体内一些微生物、漂 浮物的影响较大，故选取在人字门背水面靠近门枢(5)和门中缝(4)位置由下向上6格布设 光纤裂纹检测传感器，每格布置一个，共计12个;并且底止水(6)门体背水面横向中心线处 亦为裂纹易发生区域，在此区域布设光纤裂纹检测传感器； C、确定光纤振动传感器的位置和个数： 在船闸运行过程中，门体各个部位都会产生不同程度的振动，其中垂直于门体和沿门 轴方向的振动最为明显，对实际工程中监测人字门健康状态也最具影响意义，因此在人字 门顶枢、连门轴、底枢和启闭齿轮4个位置布设振动监测点，每一监测点均在y、z两个方向布 设光纤振动传感器，共计8个。
【文档编号】G01D21/02GK106017572SQ201610572975
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月20日
【发明人】乌旭, 熊木地, 毛波, 王莹
【申请人】大连海事大学