[发明专利]用于动态负载连续监测的方法和装置

说明书

本发明涉及到一种如权利要求1所述的、用于动态负载连续监测的方法，所述的动态负载包括出现在运载工具上的大型壳体结构上的应力和应变。本发明还涉及到一种实施该方法的应变测量系统，它包括有光学发射器单元，光学接收器单元和光导纤维网络，其中的发射器单元和接收器单元设置在中心检测单元中，该中心单元通过接口与计算机耦合控制系统相连接，并且通过后者与显示和数据表示组件以及其它可能的测量系统相连接。最后，本发明还涉及到一种可用于这种应变测量系统的温度补偿型的偏振检测光纤应变传感器。

众所周知，诸如船只和飞机等等的大型壳体结构，往往要承受相当大的动态负载。这种负载可能会导致壳体结构的损坏，使其发生疲劳和断裂，结果往往是灾难性的。负载引起的壳体结构的损坏，往往仅在使用各种无损检测方法进行周期性的检测和检查时才能被发现。目前存在的问题在于，当运载工具在航行时往往会发生负载对壳体结构造成的损坏，而且往往在进行周期性的检测而被发现之前，就造成了灾难性的后果。

英国专利申请GP2238112(美国专利US-50038618)公开了一种利用光导纤维检测和监视大型的工业结构上出现的应变的方法，其中的光导纤维缆线是附装在该结构上的光信号沿这条光缆传输到一个光信号接收器。通过分析光信号的方式，便可以获知反映着缆线的长度和/或长度变化的任何变化。可以利用干涉测量技术或脉冲时间测量技术，通过检测在一个或多个调制频率中的相位变化，便可以获知缆线长度的变化情况。采用这种方法，可以检测船只壳体或类似物，以获得其应变值，然而获得的结果中同时包含着出现在各种梁型结构上的弯曲和扭曲。

采用这一专利申请所给出的方法，只能检测出总的应变，即由该光导纤维检测缆线的端点构成的两个点之间的相对应变。虽然获得总的应变是相当重要的，但还需要对更为局部化的应变加以检测，以便能够研究应力或应变的发展状态，尤其是对于结构上的某些特定的点处，它们比其它的点更易于受应力的损坏，因而局部应变检测对确保安全性来说，是更为重要的。与此同时，由许多局部应变传感器给出的数据，可以用来获得该结构上的应变随时间的完整的变化轨迹，从而可以在时间域和空间域获得更高分辨率。在需要时，局部应变传感器还可以与一个或多个总的应变传感器，以及记录结构作为一个整体所承受的力的系统相连接。

然而，这一方法基于应变系统可以满足特定的技术要求的假设，而公知的光导纤维应变测量系统一直无法满足这一要求，不论所构造的系统是基于相位变化技术，干涉测量技术还是脉冲时间测量技术，都是如此。问题在于它的精确性和分辨率构成了特定的限制，因为如果在诸如大型的散装货轮和油轮等等的非常大型的结构上设置应变传感器，则需要设置许多个局部应变传感器，而且必须实时地采集由这些传感器给出的数据，并将之传递到一个中心检测单元。

本发明的一个重要的目的就是要提供一种可以克服已知应变测量系统中的缺点的方法和技术，这种方法和技术可以对，比如说在船只进行装载和卸载时，以及在航行过程中影响到船体结构的力进行连续的监测。因此，本发明的第一目的就是要能够监测框架和壳体的运动。在进行装载和卸载时，以及在航行过程中船体结构将承受到各种力和应力的影响，这些力和应力与在进行装载和卸载时对船体结构造成的冲击和振动有关，而且还与在进行装载和卸载时可能会出现的负载特征曲线的均匀性有关。这一切还与每一个货舱是否按照预定的计划进行了装载和卸载有关。框架和壳体的运动还与船只的航行状态和货物是否移动有关。

本发明的第二目的就是要监测发生在船体和类似物处的振动，这种振动可以是由发动机振动产生的，也可以是由装载和卸载时的冲击造成的振动产生的，还可以是在航行中由于海水的比重变化以及常规的振动效应产生的振动。本发明能够检测常规的振动频谱，从而可以避免使船体结构产生共振，这是特别有用的，因为这种共振往往会很快地对结构造成损害。

本发明的第三目的就是要还能够记录任何冲击的影响，这种冲击可能是由于在装载和卸载时设备的冲撞产生的，也可能是由于在波浪汹涌的海面上船只的移动产生的，或是由于海浪对船只的冲击产生的。

本发明的第四目的就是要能够记录在航行过程中沿船只纵向轴方向产生的扭转。在波浪汹涌的海面上船体将承受到相当大的扭曲，而对于这一点一直了解得很少，与对在装载或卸载过程中是否会产生扭曲的问题一样。

本发明的第五目的就是要能够在常规检测的过程中检测出船体由于温度高低变化产生的应力和应变。由于温度的变化，船体钢板会受到相当大的拉伸应力作用，而且目前已知，钢板的弹性也是随温度的变化而变化的。