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基于光纤光栅的耙吸挖泥船耙管监控系统
| 论文题名： | 基于光纤光栅的耙吸挖泥船耙管监控系统 |
| 关键词： | 耙吸式挖泥船;监控系统;光纤光栅应变传感器;准分布式传感器网络 |
| 摘要： | 耙吸式挖泥船是一种用途十分广泛的工程船舶，用来清理河底淤泥和拓宽水道，还能吹沙填海造陆。但由于其工作在海底，工作环境恶劣，搭载的电子测量设备经常损坏更换，且操作人员无法观测其水下运动状态，造成施工成本高，施工困难等问题。本文在广州市科技计划项目的支持下，在导师的悉心指导下，从基础知识理论、基础实验、结合实际系统测试研究光纤光栅传感器的理论和应用技术。从结构、材料、精度等方面研究了光纤光栅传感器用于重大工程结构的测量技术、光纤光栅传感网络复用与设计技术和解调技术。目的是使用光纤光栅应变传感器组成传感网络并将其运用在耙吸式挖泥船耙管上，代替传统电子传感器，并开发出实时性、准确度较高的的耙管监控系统。本文主要研究如下： 一、本文以光纤光栅传感器和耙吸式挖泥船耙管为研究对象，研究新型传感器-光纤光栅传感器的传感机理，并采用光纤光栅传感器的波分-空分混合复用形成一个准分布式传感器网络。为了保证该传感器的测量精度，本文提出通过将其粘贴于记忆合金丝上封装成曲率传感器并组成传感网络来提高测量精度。并且通过对耙管进行三维建模和有限元受力分析，找出最佳的传感器布置方式和位置，再将光纤传感网络布置在耙管表面的最佳位置来测量耙管动作时的曲率，该方法使得光纤光栅传感器对耙管的测量精度得到提升。 二、运用Labview搭建光纤传感网络挖泥船耙管空间角度测量系统对光纤传感网络所测的波长数据处理，调用Matlab脚本节点来编程空间曲线拟合算法，计算出挖泥船耙管空间角度并将各角度值传入使用SolidWorks搭建的耙管模型中，labview调用该模型，并编写三维监控界面。上位机界面实时检测耙管形态，并根据其位置信息计算出耙管耙头实际吃水深度。该监控界面有实时监控、超限预警、实时数据保存和参数调整等功能。 三、本文在Labview开发环境下，借助于光纤实验平台，对基于光纤光栅传感网络的挖泥船耙管监控系统进行测试，将系统测试结果与基于传统电类传感器的测量结果对比，发现二者测量误差在5%以内。通过监控系统测得的耙头吃水深度与实际测量值之间误差小于10cm。得出光纤光栅传感器的测量精度不弱于传统电类传感器，且监控系统实时性较高的结论。验证了基于光纤光栅传感网络的挖泥船耙管监控系统的可行性。 |
| 作者： | 李家林 |
| 专业： | 电子信息 |
| 导师： | 张祺;张智勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广东工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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