[发明专利]一种大型游乐设施的应力状态监测系统与方法

权利要求书

1.一种大型游乐设施的应力状态监测系统，其特征在于，所述系统具体包括：光纤光栅传感器、光纤光栅解调仪、工作站、系统平台和远端数据中心；

所述光纤光栅传感器设置于大型游乐设施的关键部位的结构表面并与所述光纤光栅解调仪通过分布式光纤应变光缆连接，用于感知所述结构表面的应变，并将感知的所述应变转化为光信号，以及，将所述光信号发送至所述光纤光栅解调仪；

所述光纤光栅解调仪用于将所述光信号调解成电信号，并将所述电信号通过光纤传输网络传输至工作站；

所述工作站用于将所述电信号通过互联网传输介质传输至所述系统平台和所述远端数据中心，所述系统平台用于根据所述电信号和应力谱，基于四峰谷值雨流计数法计算得到大型游乐设施的疲劳累积损伤，根据疲劳累积损伤和疲劳载荷谱计算大型游乐设施的使用寿命，所述远端数据中心用于存储所述电信号数据；

所述大型游乐设施包括大摆锤和过山车，所述大摆锤的关键部位包括立柱顶端、立柱底端、主力臂底部、回转圆盘支撑臂顶端、回转圆盘支撑臂底端和座椅支撑座底部，所述过山车的关键部位包括立柱顶部、立柱根部、轨枕中部和车体轮毂；

所述光纤光栅传感器具体用于沿所述大摆锤的立柱方向感知所述立柱顶端和所述立柱底端的应变，分别沿水平方向、45°方向和垂直方向感知所述主力臂、回转圆盘支撑臂和座椅支撑座的应变，并将感知的所述应变转化为光信号；或者，所述光纤光栅传感器具体用于沿所述过山车的立柱方向感知所述立柱顶部和所述立柱根部的应变，分别沿水平方向、45°方向和垂直方向感知所述轨枕和所述车体轮毂的应变，并将感知的所述应变转化为光信号；

所述系统平台还用于根据计算的使用寿命以及预警机制实时监测并发出预警信号，其中预警机制具体为：

所述大摆锤采集点包括两侧的立柱顶端和立柱底端，基于灰色关联分析得到所述大摆锤四个立柱采集点的关联关系，当同侧的立柱顶端和立柱底端的应力状态正相关且异侧的立柱顶端和立柱底端的应力状态负相关时，确定所述大摆锤结构稳定性为第一安全级别，所述第一安全级别为所述大摆锤能安全使用，当同侧的立柱顶端和立柱底端的应力状态相关性或异侧的立柱顶端和立柱底端的应力状态相关性低于80％时，确定所述大摆锤结构稳定性为第二安全级别，所述第二安全级别为所述大摆锤存在安全隐患；所述大摆锤四个立柱采集点的关联关系如下式表示：

其中，x_i(k)表示第i个立柱采集点的第k个时刻的比较曲线；x₀(k)表示第k个时刻的参考曲线，ζ_i(k)是第i个立柱采集点的第k个时刻的比较曲线x_i(k)与第k个时刻的参考曲线x₀(k)的相对差值，称为x_i(k)对x₀(k)在第k时刻的关联系数，ρ称为分辨系数，ρ∈(0，1)，i表示所述大摆锤的立柱采集点，取值为正整数。

2.一种大型游乐设施的应力状态监测方法，其特征在于，所述方法包括：

按照空间分辨率在大型游乐设施上设定光纤光栅传感器的安装支点，并根据设定的所述安装支点安装所述光纤光栅传感器；

光纤光栅解调仪接收所述光纤光栅传感器采集的大型游乐设施的结构表面的应变光信号，并将接收的所述应变光信号调节成应变电信号；

系统平台接收所述光纤光栅解调仪发送的所述应变电信号，并根据应变电信号和应力谱，且基于四峰谷值雨流计数法计算得到大型游乐设施的疲劳累积损伤，并根据疲劳累积损伤和疲劳载荷谱计算大型游乐设施的使用寿命；

该方法还包括：

所述大型游乐设施包括大摆锤和过山车，所述大摆锤各采集点的采样频率至少为100Hz，所述过山车各采集点的采样频率至少为1000Hz；

所述大摆锤采集点包括两侧的立柱顶端和立柱底端，基于灰色关联分析得到所述大摆锤四个立柱采集点的关联关系，当同侧的立柱顶端和立柱底端的应力状态正相关且异侧的立柱顶端和立柱底端的应力状态负相关时，确定所述大摆锤结构稳定性为第一安全级别，所述第一安全级别为所述大摆锤能安全使用，当同侧的立柱顶端和立柱底端的应力状态相关性或异侧的立柱顶端和立柱底端的应力状态相关性低于80％时，确定所述大摆锤结构稳定性为第二安全级别，所述第二安全级别为所述大摆锤存在安全隐患；

所述大摆锤四个立柱采集点的关联关系如下式表示：

其中，x_i(k)表示第i个立柱采集点的第k个时刻的比较曲线；x₀(k)表示第k个时刻的参考曲线，ζ_i(k)是第i个立柱采集点的第k个时刻的比较曲线x_i(k)与第k个时刻的参考曲线x₀(k)的相对差值，称为x_i(k)对x₀(k)在第k时刻的关联系数，ρ称为分辨系数，ρ∈(0，1)，i表示所述大摆锤的立柱采集点，取值为正整数。