專利名稱：深海柔性立管模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)量分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種深海柔性立管模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)量分析系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
根據(jù)流體力學(xué)知識(shí)，將柱狀結(jié)構(gòu)物置于一定速度的來流當(dāng)中，其兩側(cè)會(huì)發(fā)生交替瀉渦。與漩渦的生成和瀉放相關(guān)聯(lián)，柱體會(huì)受到橫向和流向的脈動(dòng)壓力。如果此時(shí)柱體是彈性支撐的，那么脈動(dòng)流體力會(huì)引發(fā)柱體的振動(dòng)，柱體的振動(dòng)反過來又會(huì)改變其尾流結(jié)構(gòu)。 這種流體結(jié)構(gòu)物相互作用的問題稱為渦激振動(dòng)。例如在海流的作用下，懸置于海中的海洋平臺(tái)立管、拖纜、海底管線、spar平臺(tái)的浮筒、系泊纜索等柔性管件上會(huì)出現(xiàn)渦激振動(dòng)現(xiàn)象， 將會(huì)導(dǎo)致柔性管件的疲勞破壞。目前為止，對(duì)柔性管件渦激振動(dòng)現(xiàn)象的研究最重要的方法之一就是模型試驗(yàn)方法。通常將立管模型置于一定流速的水流中，使其發(fā)生渦激振動(dòng)，需要測(cè)得立管模型的受力、運(yùn)動(dòng)、應(yīng)變、頻率等參數(shù)。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，目前的渦激振動(dòng)試驗(yàn)一般用加速度計(jì)測(cè)量立管模型運(yùn)動(dòng)，采用應(yīng)變片測(cè)量渦激振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)變，很少測(cè)量立管模型的受力情況。在 2005 ^ M 21 M《Journal of Fluids and Structures》# 力中的 ； "Experiment investigation of vortex-induced vibration of Long risers，，(細(xì)長立管潤激振動(dòng)口向應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究)是關(guān)于柔性管件渦激振動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究的，文中提到一種渦激振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)量分析技術(shù)，通過在在立管表面布置加速度傳感器來測(cè)量立管的運(yùn)動(dòng)，在立管壁上布置光柵應(yīng)變片測(cè)量立管的應(yīng)變量。經(jīng)分析，該立管模型制作技術(shù)的不足之處在于1、加速度傳感器具有一定重量，布置在立管模型表面會(huì)增加立管質(zhì)量，影響立管的渦激振動(dòng)特性。2、不能實(shí)時(shí)測(cè)量立管模型的受力情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種深海柔性立管模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)量分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制采集立管渦激振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)變和受力情況，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和儲(chǔ)存。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明是由依次級(jí)聯(lián)的光纖光柵傳感組件、 光纖擴(kuò)展槽、光纖解調(diào)儀、無線傳輸模塊和光信號(hào)數(shù)據(jù)采集器組成，其中光纖光柵傳感組件與立管模型連接，光纖擴(kuò)展槽、光纖解調(diào)儀、無線傳輸模塊和光信號(hào)數(shù)據(jù)采集器均設(shè)置于拖車上，光纖光柵傳感組件產(chǎn)生光信號(hào)，光信號(hào)通過光纖擴(kuò)展槽進(jìn)入光纖解調(diào)儀，光纖解調(diào)儀把光信號(hào)調(diào)解為數(shù)字信號(hào)，光信號(hào)數(shù)據(jù)采集器記錄、分析和儲(chǔ)存數(shù)字信號(hào)。所述的光纖光柵傳感組件由四根防水封裝的光纖串組成，每根光纖串沿立管模型軸向排布且與立管模型表面連接。所述的光纖串包括若干個(gè)光柵應(yīng)變片和連接光纖，其中若干個(gè)光柵應(yīng)變片均勻分布于連接光纖上且光柵應(yīng)變片與立管模型管口不接觸。本發(fā)明的光纖光柵應(yīng)變傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、抗干擾的特點(diǎn)，同根光纖上能夠制作多個(gè)光纖光柵應(yīng)變傳感器，光纖光柵應(yīng)變傳感器粘貼在立管模型表面幾乎不改變立管特性，因此測(cè)得的應(yīng)變數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。本發(fā)明采用無線路由器，測(cè)量距離增大，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制采集。所述拖車和立管模型均為已有試驗(yàn)設(shè)施，拖車能夠?qū)崿F(xiàn)雙向的不同速度下的勻速直線運(yùn)動(dòng)，能夠模擬不同流速的來流，立管模型為渦激振動(dòng)試驗(yàn)中為了模擬實(shí)際深海立管所制作的細(xì)長管狀模型。


圖1是本發(fā)明光信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接框圖。圖2是光纖光柵傳感組件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接框圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1本實(shí)施例包括光信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，光信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用來測(cè)量分析深海立管模型的應(yīng)變，電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用來測(cè)量深海立管模型的三向受力情況。如圖1所示，所述光信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由依次級(jí)聯(lián)光纖光柵傳感組件1、光纖擴(kuò)展槽2、光纖解調(diào)儀3、無線傳輸模塊4和光信號(hào)數(shù)據(jù)采集器5組成，其中光纖光柵傳感組件 1與立管模型連接，光纖擴(kuò)展槽2、光纖解調(diào)儀3、無線傳輸模塊4和光信號(hào)數(shù)據(jù)采集器5均設(shè)置于拖車上，光纖光柵傳感組件1產(chǎn)生光信號(hào)，光信號(hào)通過光纖擴(kuò)展槽2進(jìn)入光纖解調(diào)儀 3，光纖解調(diào)儀3把光信號(hào)調(diào)解為數(shù)字信號(hào)，光信號(hào)數(shù)據(jù)采集器5記錄、分析和儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。如圖2所示，所述的光纖光柵傳感組件1由四根光纖串6組成，每根光纖串6沿立管模型軸向排布且與立管模型表面連接，光纖串6采用防水封裝方法封裝。如圖1和圖2所示，所述的光纖解調(diào)儀3能夠同時(shí)測(cè)量每根光纖串6反射回的光信號(hào)。如圖2所示，所述的光纖串6包括若干個(gè)光柵應(yīng)變片7和連接光纖8，其中若干個(gè)光柵應(yīng)變片7均勻分布于連接光纖8上且光柵應(yīng)變片7與立管模型管口不接觸。如圖1所示，所述的光柵應(yīng)變片7采用表面安裝式應(yīng)變計(jì)。所述的無線傳輸模塊4采用光信號(hào)無線路由器。如圖3所示，所述電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由依次級(jí)聯(lián)的三分力傳感器9、電壓信號(hào)放大器10、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器11、電信號(hào)無線路由器12和電信號(hào)數(shù)據(jù)采集器13組成，其中三分力傳感器9設(shè)置于立管模型兩端，電壓信號(hào)放大器10、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器11、電信號(hào)無線路由器12和電信號(hào)數(shù)據(jù)采集器13均設(shè)置于拖車上。
所述的三分力傳感器9采用電阻應(yīng)變式傳感器。如圖1和圖3所示，本裝置連接完畢后，當(dāng)水流以一定流速通過試驗(yàn)立管模型，立管模型會(huì)發(fā)生渦激振動(dòng)時(shí)，位于立管模型表面的光柵應(yīng)變片7會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變形，從而產(chǎn)生光信號(hào)，光信號(hào)進(jìn)過光纖擴(kuò)展槽2傳遞到光纖解調(diào)儀3，光纖解調(diào)儀3把光信號(hào)解調(diào)為數(shù)字信號(hào)，通過無線傳輸模塊4發(fā)送給數(shù)據(jù)光信號(hào)數(shù)據(jù)采集器5，通過光信號(hào)數(shù)據(jù)采集器5的程序可自動(dòng)記錄、分析、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。同時(shí)立管模型也會(huì)受到阻力，三分力傳感器5能夠測(cè)量立管模型受到的力，以電信號(hào)的形式經(jīng)電壓信號(hào)放大器10放大，再通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器11 將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過無線傳輸模塊4發(fā)送給電信號(hào)數(shù)據(jù)采集器13，通過電信號(hào)數(shù)據(jù)采集器13預(yù)裝的程序可自動(dòng)記錄、分析、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種深海柔性立管模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)量分析系統(tǒng)，其特征在于，由依次級(jí)聯(lián)的光纖光柵傳感組件、光纖擴(kuò)展槽、光纖解調(diào)儀、無線傳輸模塊和光信號(hào)數(shù)據(jù)采集器組成，其中 光纖光柵傳感組件與立管模型連接，光纖擴(kuò)展槽、光纖解調(diào)儀、無線傳輸模塊和光信號(hào)數(shù)據(jù)采集器均設(shè)置于拖車上，光纖光柵傳感組件產(chǎn)生光信號(hào)，光信號(hào)通過光纖擴(kuò)展槽進(jìn)入光纖解調(diào)儀，光纖解調(diào)儀把光信號(hào)調(diào)解為數(shù)字信號(hào)，光信號(hào)數(shù)據(jù)采集器記錄、分析和儲(chǔ)存數(shù)字信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海柔性立管模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)量分析系統(tǒng)，其特征是， 所述的光纖光柵傳感組件由四根防水封裝的光纖串組成，每根光纖串沿立管模型軸向排布且與立管模型表面連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深海柔性立管模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)量分析系統(tǒng)，其特征是， 所述的光纖串包括若干個(gè)光柵應(yīng)變片和連接光纖，其中若干個(gè)光柵應(yīng)變片均勻分布于連接光纖上且光柵應(yīng)變片與立管模型管口不接觸。
全文摘要
一種海洋工程技術(shù)領(lǐng)域的深海柔性立管模型渦激振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)量分析系統(tǒng)，由依次級(jí)聯(lián)的光纖光柵傳感組件、光纖擴(kuò)展槽、光纖解調(diào)儀、無線傳輸模塊和光信號(hào)數(shù)據(jù)采集器組成，其中光纖光柵傳感組件與立管模型連接，光纖擴(kuò)展槽、光纖解調(diào)儀、無線傳輸模塊和光信號(hào)數(shù)據(jù)采集器均設(shè)置于拖車上，光纖光柵傳感組件產(chǎn)生光信號(hào)，光信號(hào)通過光纖擴(kuò)展槽進(jìn)入光纖解調(diào)儀，光纖解調(diào)儀把光信號(hào)調(diào)解為數(shù)字信號(hào)，光信號(hào)數(shù)據(jù)采集器記錄、分析和儲(chǔ)存數(shù)字信號(hào)。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制采集立管渦激振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)變和受力情況，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和儲(chǔ)存。
文檔編號(hào)G01L1/22GK102323024SQ20111014366
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者付世曉, 周青, 宋斌 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)