[发明专利]一种大型游乐设施的应力状态监测系统与方法

说明书

本发明主要涉及应力监测技术领域，提供了一种大型游乐设施的应力状态监测方法，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安装支点安装光纤光栅传感器，采集大型游乐设施的结构表面的应变光信号并发送给光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪将应变光信号调节成应变电信号并发送给系统平台，系统平台根据应变电信号和应力谱，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，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。提高应力监测效率且可靠性高，同时可实时和长期监测大型游乐设施的安全状况。

技术领域

本发明涉及应力监测技术领域，尤其涉及一种大型游乐设施的应力状态监测系统与方法。

背景技术

目前，大型游乐设施已经深入到经济社会发展的基础，涉及到国民经济、人民生活的多个领域和方方面面，在国民经济和社会发展中起着举足轻重的作用。同时，大型游乐设施的运动形式复杂多样，导致失效模式多样化，大轴和传动系统载荷多变，速度快，一旦发生事故，经济损失惨重、社会影响恶劣。因此，大型游乐设施的安全关系到保障人民生命安全、也关系到国家经济运行安全和社会稳定，是各国公共安全的重要组成部分。为保证游乐设施的坚固耐用、性能良好，其金属结构必须有足够的静强度、规定的寿命下的疲劳强度以及整体和局部的稳定性。因此，对大型游乐设施进行长周期运行的状态监测技术是十分必要的。

应变是大型游乐设施设备检测最为重要的参数之一，它反映了工程结构的固有特征，对局部特性变化——尤其是对局部应力、局部结构损伤比较敏感。大型游乐设施由于体积、质量庞大，结构、受力复杂，在开展结构健康监测时，往往需要在多点对其应变进行监测以便及时发现并排除安全隐患。

现有的传统的大型游乐设施结构安全监测主要采用在金属结构上布置电阻应变片，通过测量电阻应变片的阻值，计算得到金属结构所受力的大小及方向。电阻应变片一般是电阻值为120Ω的薄片，其结构在受力变形时，拉压应变片从而改变它的阻值，根据结构的特性计算出金属结构的受力情况。采用在金属结构上布置电阻应变片对大型游乐设施进行安全监测主要存在以下缺陷：(1)在金属结构上布置电阻应变片属于单点式测量，测点较少，很难实现大型游乐设施的金属结构的分布式测量；(2)只能实现短期应变测量，不能对大型游乐设施的金属结构应变进行长期的监测；(3)不能满足高精度、远距离监测的技术要求。

发明内容

基于上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种大型游乐设施的应力状态监测系统与方法。

第一方面，本发明提供了一种大型游乐设施的应力状态监测系统，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。

优选的，所述光纤光栅传感器为温补型焊接式光纤光栅传感器。

优选的，所述系统还包括分路器，当所述光纤光栅传感器的数量大于4时，所述光纤光栅传感器与所述分路器通过分布式光纤应变光缆连接，以及，经所述分路器的测试后再接入所述光纤光栅解调仪。