[发明专利]一种极地船舶锚绞机滚筒应力检测装置及应力检测方法

权利要求书

1.一种极地船舶锚绞机滚筒应力检测装置，其特征在于，包括多个应变花、多个无线应力传感器节点、无线接入点和工控机，每一个应变花包括多个应变片，每一个应变花连接对应的一个无线应力传感器节点，多个应变花及对应的多个无线应力传感器节点固定设置于极地船舶锚绞机滚筒和侧隔板的多个高危应力点位，每一个无线应力传感器节点通过所述无线接入点与工控机通信连接；

每一个应变花，用于测量对应高危应力点位的多个方向的应变，并传输给对应的无线应力传感器节点；

每一个无线应力传感器节点，用于根据对应的应力花传递的高危应力点位的多个方向的应变，计算所述高危应力点位的应力值，并通过所述无线接入点将计算得到的应力值传输给工控机；

所述工控机，用于对应力值超过警戒值的高危应力点位进行报警。

2.根据权利要求1所述的应力检测装置，其特征在于，每一个应变花包括三个应变片，用于对相应高危应力点位的三个方向的应变进行测量；

相应的，所述每一个无线应力传感器节点，用于根据对应的应力花传递的高危应力点位的多个方向的应变，计算所述高危应力点位的应力值，包括：

无线应力传感器节点根据三个方向的应变，计算最大主应力、最小主应力和主方向与x轴的夹角；

基于最大主应力、最小主应力和主方向与x轴的夹角，计算出高危应力点位的应力值；

其中，x、y轴坐标系根据实际需求建立。

3.根据权利要求1或2所述的应力检测装置，其特征在于，所述无线应力传感器节点包括应变测量单元、信号处理单元、第一无线收发单元、MCU处理器和电源；

所述应变测量单元为测量电桥，用于分别将高危应力点位的三个应变片的电阻信号转化为电压信号，并根据电压信号计算出对应的应变，得到三个方向的应变；

所述信号处理单元，用于根据高危应力点位的三个方向的应变，计算出高危应力点位的应力值，并通过第一无线收发单元将高危应力点位的应力值发送给无线接入点；

所述MCU处理器，用于控制无线应力传感器节点进入休眠或者唤醒。

4.根据权利要求3所述的应力检测装置，其特征在于，所述无线接入点包括第二无线收发单元、存储单元和USB接口，所述无线接入点通过USB接口与所述工控机连接；

所述第二无线收发单元，用于接收每一个无线应力传感器节点发送的应力值；

所述存储单元，用于存储每一个无线应力传感器节点发送的应力值，并通过USB接口传输给工控机。

5.根据权利要求4所述的应力检测装置，其特征在于，所述无线应力传感器节点密封于圆盘形外壳中，且粘贴或焊接于高危应力点位，三个应变片粘贴于高危应力点位，且与对应的无线应力传感器节点通过导线连接。

6.根据权利要求4所述的应力检测装置，其特征在于，每一个无线应力传感器节点与所述无线接入点通过无线网络连接，无线网络的传输频率为2.4GHz，传输距离大于等于300m。

7.一种极地船舶锚绞机滚筒应力检测方法，其特征在于，包括：

在极地船舶锚绞机的滚筒或侧隔板的每一个高危应力点位固定设置应变花和无线应力传感器节点，所述应变花包括呈三个方向布置的应变片；

利用三个应变片测量对应高危应力点位处三个方向的应变；

根据三个方向的应变，计算高危应力点位的应力值；

对应力值超过警戒值的高危应力点位进行报警。

8.根据权利要求7所述的应力检测方法，其特征在于，所述根据三个方向的应变，计算高危应力点位的应力值，包括：

根据高危应力点位三个方向的应变，计算最大主应力、最小主应力和主方向与x轴的夹角；

基于最大主应力、最小主应力和主方向与x轴的夹角，计算出高危应力点位的应力值；

其中，x、y轴坐标系根据实际需求建立。

9.根据权利要求7所述的应力检测方法，其特征在于，所述根据高危应力点位三个方向的应变，计算最大主应力、最小主应力和主方向与x轴的夹角，包括：

建立三个方向的应变的计算公式：

其中，ε₁、ε₂和ε₃为通过应变花测量的三个方向的应变，θ₁、θ₂和θ₃为三个应变片与x轴之间的夹角；

根据上述式(1)、(2)和(3)求解出参数x方向的应变ε_x、y轴方向的应变ε_y和切应变γ_xy；

基于ε_x、ε_y、γ_xy，通过如下公式计算出最大主应力σ_max、最小主应力σ_min和主方向与x轴的夹角φ：

其中，E为拉伸弹性模量；

所述基于最大主应力、最小主应力和主方向与x轴的夹角，通过如下公式计算出高危应力点位的应力值：

式中，σ₁＝σ_max,σ₂＝σ_min,σ₃＝0。