“十一五”国家科技支撑计划重点项目“基于光纤传感技术的起重机械健康监测系统研制”简介

结构健康监测可以准确可靠的评估所监测结构完整性,减少维护费用,增加工作寿命,提高安全度。已经在土木工程方面得到很好的应用,起重机械作为一种大型复杂的机械系统,其结构安全性能直接影响到工程质量及相关人员安全,为进一步提高安全技术水平,保障工作效率,因此有必要开展结构健康监测方面的研究。

应变是大型起重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。而传统的应变仪测量不能满足大型起重设备高精度、远距离、分布式检测的技术要求。并且其最大的缺点就是只能短期内进行应变测量,不能对金属结构应变进行长期的监测。

光纤传感器成为应用前景最好的核心传感元件之一,其体积小,重量轻,可埋入结构,可复用以及无电磁干扰等优点。在各种光纤传感器中,光纤光栅传感器可适用于恶劣环境下的长期监测应用中,成为最具发展前景的电类传感器替代品。

相信该课题的成功将极大的推进起重机行业的安全技术水平,开拓新的安全性能评价方法,目前项目的初步的目标、主要内容等如下:

(一)目标

通过光纤光栅传感技术的研究,建立大型起重机械健康监测系统,实现对起重机械结构健康的实时监测、起重机结构安全的预测预警、并能评估起重机械结构安全状况,为基于光纤光栅传感技术应用到起重机械这类特种设备提供技术方案,带动特种设备健康监测技术的提升。健康监测技术提供了起重机械结构在整机运行过程中关键参数,并分析得到起重机械结构安全评价和结构剩余寿命;及时捕获起重机械结构失效事故的前兆、发现其安全隐患、预防突发灾难性事故,从而避免重大人员伤亡与财产损失。

(二)主要研究内容( 机械设备 http://www.nanningjie.com/a/gongye/jixie/ )

研制开发一套基于光纤光栅传感技术的起重机械健康监测系统。开展对光纤光栅组网监测技术的研究;自主研发监测系统核心部件光纤光栅解调仪;开展基于光纤光栅传感技术的特种设备结构安全预测预警、安全评价、剩余寿命评价方面研究,制订基于光纤光栅技术的起重机械健康监测系统的技术标准,为今后光纤光栅广泛应用到大型特种设备健康监测打下良好的基础。通过上述相关技术的研究,提升特种设备监测技术水平。发表论文并开展技术服务,推广应用研究成果。

(三)主要技术参数和考核指标

开发基于光纤光栅传感技术的起重机械健康监测系统1套,同时对起重机械结构上多个关键点应变情况进行监测,测量精度达到1με;对起重机械运行时振动进行监测,测量精度为50 ug,频响范围0-1000Hz以评估起重机械结构的整体动力特性;研制四光通道光纤光栅解调仪,波长分辨率为1 pm,同步扫描频率可在1~50Hz之间设定以满足监控要求;能对起重机械运行过程中的异常进行预测预警;建立起重机械结构安全评价数学模型和结构剩余寿命数学模型,系统监测中心能实时远程显示监测结果并控制现场监测系统;制订基于光纤光栅技术的起重机械健康监测系统的技术标准。