光纤光栅传感技术及其在桥式起重机安全评价中的应用
桥式起重机是由大车、小车、起重挂钩以及附属电气设备组成，主要应用于工厂车间、仓库等场所进行物料的搬运与装卸载，是目前使用范围最广、数量最多的起重设备。它的大车运行轨道架空铺设在厂房的两侧，这样充分利用了轨道下面的空间来堆放和吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机械结构复杂，在漫长服役过程中不可避免地使结构损伤积累，使得结构损伤进一步加剧，一旦发生事故就会造成巨大的经济损失和人员伤亡。起重机结构健康监测以及设备寿命评估是目前对在役起重机安全性评价的重要手段，可以在一定程度上避免起重机在作业过程时发生安全事故。应变是反应结构的重要参数，长期稳定应力应变监测是起重机安全评价体系的重要组成部分。本文通过对多种应变测量方法的实验分析，并结合实际施工案例，提出一种基于光纤光栅应变监测的桥式起重机安全评价系统技术方案和光纤Bragg光栅应变传感技术的应用实施方案。得到结构真实可靠的应变数据，为桥式起重机安全评价提供了数据支持，具体内容包括： （1）通过对常见的应变检测方法的工作原理和特点进行分析，提出电阻应变测量法和光纤光栅法可以应用于大型结构应变检测。通过对装有电阻应变片和FBG应变传感器的标准工件进行长期拉伸实验，分析两种应变测量方法的长期测量可靠性和抗外界干扰能力，得出与电测法相比，光纤光栅法具有更强的长期可靠性和抗干扰能力，且测量线性度好，精度高。 （2）利用等强度梁表面应变均匀分布的特点，对国内外光纤Bragg光栅应变测量系统进行性能测试，比较得出国内FBG应变测量系统可靠性和精度均略低于国外同类产品，但仍可满足起重机工程结构分析的应力应变监测精度要求。结合应用成本、可靠性评价以及工业化应用要求，提出国内光纤光栅传感系统更适合国内工程应用现状。 （3）以钢铁厂冶金桥式起重机为研究对象，在设备结构易出现损伤区域布设光纤光栅传感器进行结构应变监测，利用GPRS无线网络传输技术将应变采集仪得到的数据实时传输到云服务器，通过网络进行设备结构安全远程监测。详细介绍了桥式起重机安全评价技术方案和光纤光栅传感器现场实施方案，验证了光纤光栅应变测量系统在桥式起重机检测的准确性，为桥式起重机的寿命评估提供了可靠的数据支撑。通过系统采集的设备应变数据对桥式起重机进行结构损伤评定及设备寿命分析。
光纤光栅传感;桥式起重机;结构应变测量;安全评价;拉伸实验
中国计量学院
硕士
物理电子学
金尚忠
2015
中文
TP212.14;TH215
80
2016-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）