光纤光栅传感系统在起重机健康监测上的应用研究

摘要

起重机械是主要工业行业的“骨干”，同时它也是涉及生命安全、危险性较大的八类特种设备设施之一。以前对起重机械的健康监测主要采用常规的电类传感测量技术，电类传感元件寿命短、测量易受环境影响，不能实现对大型起重机械的长期在线监测。光纤光栅传感技术具有测量精度高、抗电磁干扰等优点，弥补了传统传感技术的不足，可用于大型起重机健康监测上，但其自身存在着温度补偿等问题。在软件方面缺少用于起重机结构损伤预警的客户端诊断与管理平台，在工程应用现场还存在着诸如布点布线和应变瞬态测量分析等实际问题。针对上述问题，本文设计了一套专门用于起重机健康监测的光纤光栅传感实验系统，提出了基于参考光栅法的温度补偿方法和基于时间序列分析的起重机损伤预警方法，对该实验系统进行功能完善后将其应用到工程现场的300t/20t大型门式起重机上，解决工程现场中存在的一系列实际问题。经过现场多次测试，该系统能实现对该起重机的受力情况进行较准确测量，结合起重机损伤预警方法能够对该起重机的健康状况进行实时在线监测。
　　本文的主要工作和成果如下：
　　I．根据光纤光栅传感原理、光纤光栅传感系统的构成设计了基于光纤光栅传感的起重机健康监测实验系统。
　　II．通过实验对比分析了参考光栅法和自补偿封装法两种温度补偿方法，为应用中起重机健康监测温度补偿提供依据。
　　III．提出了基于ARIMA模型时间序列分析的起重机损伤预警方法。
　　IV．工程现场应用中，结合上面提到的温度补偿和损伤预警的方法，通过对系统联调解决了现场应用中的实际问题，开发了客户端起重机诊断与管理平台。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状和发展动态

1.3目前存在的问题

1.4论文研究内容和章节安排

第二章 光纤光栅传感技术的基本原理

2.1光纤光栅的工作原理

2.2光纤光栅传感模型

2.3温度补偿方法

2.4光纤光栅波长解调技术

第三章 基于光纤光栅传感的起重机健康监测实验系统设计

3.1健康监测系统的设计流程与规范

3.2基于光纤光栅传感的起重机健康监测实验系统设计

3.3起重机健康监测实验系统硬件设计

3.4起重机健康监测实验系统软件设计

3.5门式起重机实验平台

第四章 温度补偿对比分析实验与起重机预警方法研究

4.1温度补偿对比实验研究

4.2起重机健康监测预警方法研究

第五章 光纤光栅传感系统在起重机械应变监测中的应用

5.1工程应用中的几个关键问题

5.2系统联调实现

5.3起重机应变瞬态测量与分析

5.4客户端诊断管理平台及起重机健康预警损伤识别

5.5监测系统的功能与特点

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢