[发明专利]一种具有抑振功能的海管分布式结构安全监测装置及其监测方法

摘要

一种具有抑振功能的海管分布式结构安全监测装置及其监测方法，属于海洋工程和结构健康监测领域。其装置包括分布式传感单元以及传感单元间的连接保护装置两部分组成。分布式光纤应变传感器和温度补偿传感器预埋在具有齿形截面的螺旋状传感器封装保护层中，构成具有抑振功能的分布式传感单元。在海管施工过程中将分布式传感单元布设在海管外壁，并通过连接保护装置使相邻管段的传感单元连通。通过对服役中海管应变的分布式监测，实现海管结构安全性的实时评价。该监测装置及其监测方法提供了一种具有齿形截面的螺旋状分布式传感单元及其连接保护装置，使其适应海管现场施工和传感器长期服役的要求，同时还可为海管提供扰流抑振的功能。

主权项

1.一种具有抑振功能的海管分布式结构安全监测装置的监测方法，监测装置包括分布式传感单元（5）和两个分布式传感单元（5）之间的连接保护结构，所述分布式传感单元（5）采用分布式光纤应变传感器（1）和设置在毛细钢管（3）中的温度补偿传感器（2）预埋在具有齿形截面的传感器封装保护层（4）中；所述两个分布式传感单元（5）之间的连接保护结构采用把一个分布式传感单元（5）中的分布式光纤应变传感器（1）与另一个分布式传感单元（5）中的分布式光纤应变传感器（1）的端部在先套上钢热缩管（8）后熔接在一起，然后加热保护熔接部的钢热缩管（8），同时把一个分布式传感单元（5）中的温度补偿传感器（2）与另一个分布式传感单元（5）中的温度补偿传感器（2）的端部在先套上钢热缩管（8）后熔接在一起，然后加热保护熔接部的钢热缩管（8），在两个分布式传感单元（5）的连接处包裹沥青玛蹄脂（6）；在海管施工过程中，将三个分布式传感单元（5）周向均布螺旋式缠绕在海管（7）的外壁上，所述传感器封装保护层（4）的圆弧面（4a）紧贴在海管（7）的外圆面上并用高强快固粘结剂固定，再用导引光缆（9）把分布式传感单元（5）与采集分析仪（10）连接；其特征是：监测方法包括以下步骤：（a）根据海管（7）的外径以及施工工艺，确定分布式传感单元（5）的长度和螺旋角度；通过对海管（7）的流致振动理论或数值分析，确定传感器封装保护层（4）的齿形截面的尺寸；（b）根据步骤（a）确定的参数，制作传感器封装保护层（4）的模具；（c）采用聚氨酯、聚氯乙烯或聚乙烯在模具中预制传感器封装保护层（4）；预制过程中，将分布式光纤应变传感器（1）预埋在传感器封装保护层（4）中，同时将毛细钢管（3）也预埋在传感器封装保护层（4）中；分布式光纤应变传感器（1）与毛细钢管（3）在传感器封装保护层（4）中平行布设；传感器封装保护层（4）预制完成后，利用气吹法将温度补偿传感器（2）吹入毛细钢管（3）中，使其保持松弛状态；分布式光纤应变传感器（1）和温度补偿传感器（2）在传感器封装保护层（4）的端部外预留一段用于相邻传感器之间的连接长度；所述分布式光纤应变传感器（1）、温度补偿传感器（2）以及传感器封装保护层（4）构成具有抑振功能、螺旋状的分布式传感单元（5）；（d）在海管（7）施工现场，按照截面等间距布设的方式，采用高强快固粘结剂把三个螺旋状的分布式传感单元（5）平行布设于海管（7）的外壁；（e）位于相邻管段上的分布式传感单元（5），采用现场熔接的方式分别将分布式光纤应变传感器（1）和温度补偿传感器（2）首尾相连，然后加热形成保护的钢热缩管（8）；在钢热缩管（8）的外面浇筑沥青玛蹄脂（6），对分布式传感单元（5）的连接部位形成封装保护；（f）在完成三个分布式传感单元（5）的布设和连接后，通过导引光缆（9）将分布式光纤应变传感器（1）和温度补偿传感器（2）与采集分析仪（10）相连；（g）利用分布式安全监测系统对海管（7）的应变和沿途温度实施监测；根据分布式温度测量结果，对分布式应变监测数据进行温度补偿；由于海管（7）的每个截面布设有等间距的对应于三个分布式传感单元（5）的三个测点，根据消除温度效应后的分布式应变数据，获得海管（7）在任意截面上由轴压和弯曲所导致的应变；利用分布式应变监测信息，对海管（7）的结构状态及其退化情况进行实时评价。