[发明专利]深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的装置，具体是一种深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统。

背景技术

根据流体力学知识，将柱状结构物置于一定速度的来流当中，其两侧会发生交替泻涡。与漩涡的生成和泻放相关联，柱体会受到横向和流向的脉动压力。如果此时柱体是弹性支撑的，那么脉动流体力会引发柱体的振动，柱体的振动反过来又会改变其尾流结构。这种流体结构物相互作用的问题称为涡激振动。例如在海流的作用下，悬置于海中的海洋平台立管、拖缆、海底管线、spar平台的浮筒、系泊缆索等柔性管件上会出现涡激振动现象，将会导致柔性管件的疲劳破坏。

目前为止，对柔性管件涡激振动现象的研究最重要的方法之一就是模型试验方法。通常将立管模型置于一定流速的水流中，使其发生涡激振动，需要测得立管模型的受力、运动、应变、频率等参数。

经过对现有技术文献的检索发现，目前的涡激振动试验一般用加速度计测量立管模型运动，采用应变片测量涡激振动产生的应变，很少测量立管模型的受力情况。在2005年第21期《Journal of Fluids and Structures》杂志中的论文“Experiment investigation of vortex-induced vibration of Long risers”(细长立管涡激振动响应的实验研究)是关于柔性管件涡激振动实验研究的，文中提到一种涡激振动试验测量分析技术，通过在在立管表面布置加速度传感器来测量立管的运动，在立管壁上布置光栅应变片测量立管的应变量。经分析，该立管模型制作技术的不足之处在于：1、加速度传感器具有一定重量，布置在立管模型表面会增加立管质量，影响立管的涡激振动特性。2、不能实时测量立管模型的受力情况。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统，该系统能够实现远程控制采集立管涡激振动产生的应变和受力情况，并对数据进行实时分析和储存。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明是由依次级联的光纤光栅传感组件、光纤扩展槽、光纤解调仪、无线传输模块和光信号数据采集器组成，其中：光纤光栅传感组件与立管模型连接，光纤扩展槽、光纤解调仪、无线传输模块和光信号数据采集器均设置于拖车上，光纤光栅传感组件产生光信号，光信号通过光纤扩展槽进入光纤解调仪，光纤解调仪把光信号调解为数字信号，光信号数据采集器记录、分析和储存数字信号。

所述的光纤光栅传感组件由四根防水封装的光纤串组成，每根光纤串沿立管模型轴向排布且与立管模型表面连接。

所述的光纤串包括：若干个光栅应变片和连接光纤，其中：若干个光栅应变片均匀分布于连接光纤上且光栅应变片与立管模型管口不接触。

本发明的光纤光栅应变传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗干扰的特点，同根光纤上能够制作多个光纤光栅应变传感器，光纤光栅应变传感器粘贴在立管模型表面几乎不改变立管特性，因此测得的应变数据真实可靠。本发明采用无线路由器，测量距离增大，能够实现远程控制采集。

所述拖车和立管模型均为已有试验设施，拖车能够实现双向的不同速度下的匀速直线运动，能够模拟不同流速的来流，立管模型为涡激振动试验中为了模拟实际深海立管所制作的细长管状模型。

附图说明

图1是本发明光信号数据采集系统的连接框图。

图2是光纤光栅传感组件的结构示意图。

图3是本发明电信号数据采集系统的连接框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例包括：光信号数据采集系统和电信号数据采集系统，光信号数据采集系统用来测量分析深海立管模型的应变，电信号数据采集系统用来测量深海立管模型的三向受力情况。

如图1所示，所述光信号数据采集系统由依次级联光纤光栅传感组件1、光纤扩展槽2、光纤解调仪3、无线传输模块4和光信号数据采集器5组成，其中：光纤光栅传感组件1与立管模型连接，光纤扩展槽2、光纤解调仪3、无线传输模块4和光信号数据采集器5均设置于拖车上，光纤光栅传感组件1产生光信号，光信号通过光纤扩展槽2进入光纤解调仪3，光纤解调仪3把光信号调解为数字信号，光信号数据采集器5记录、分析和储存数据。