【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶与海洋工程，特别是涉及一种深水立管多参量实时监测装置。
技术介绍
1、海洋工程尤其是深海工程是人类探寻海洋油气资源的重要途径。作为海上油气生产的大动脉，立管系统在海洋油气资源开发中占有举足轻重的地位。然随着水深增加，特别是在海况恶劣的海区，以及高温和高压的油田，恶劣的作业环境严重降低立管结构的使用寿命。一旦发生损坏，就会使油气泄露，不仅造成经济利益损失，而且会污染海洋环境，产生次生灾害。因此深海立管结构的健康监测尤为重要。
2、在深海立管结构的健康监测中，光纤传感技术因其高线性度、高灵敏度以及长距离输送信号等优点为深海混输装备的健康监测提供了可靠的技术支撑。通过在深海立管结构布置应变、振动等光纤传感器，可实时监测深海立管结构在服役时的动力特征响应，构建相关监测/预警指标，可以实现深海立管结构的状态监测/早期预警。但深水海域环境恶劣，海上工程作业窗口期短，如何实现多种光纤传感器的集成及快速安装布放是限制深海立管健康监测的一大难题。
3、传统的光纤传感器固定，有粘贴/焊接于结构表面和预埋结构内部两种方式。其不足之处在于：(1)各种类型光纤传感器复杂多样，统一集成布放困难，无法实现同步采集立管同一位置的多类型信号；(2)一旦光纤传感器粘贴/焊接于结构表面和预埋结构内部，传感器无法重复利用，且其测点无法更改，监测灵活性差；(3)直接将传感器预埋或者焊接会对立管结构造成损害，得不偿失；(4)光纤传感器在安装布放过程中易发生光缆缠绕、扭动甚至扭断问题，导致传感器失效。(5)传统方法传感器的维修、更换
4、因此，亟需设计一种方案，能够实现多种类型光纤传感器的集成、快速高效的固定和安装，同时可以防止光缆的扭转，保证光纤传感器的监测性能，提高效率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种深水立管多参量实时监测装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现多种类型光纤传感器的整体集成、高效固定及便捷安装，同时可防止复杂海洋环境导致光缆扭转对光纤信号传输的衰减及对光缆的破环影响，从而确保长期水下监测环境下光纤传感器的监测性能，提升监测数据质量及效率。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术提供一种深水立管多参量实时监测装置，包括：
4、传感器固定装置，包括卡箍，其能够卡接于深水立管的外壁上；
5、光纤传感器，其安装于所述传感器固定装置上，包括光纤应变传感器、光纤加速度传感器和光纤温度传感器，能够分别监测深水立管不同位置处的应变、加速度及温度信号，实现深水立管水下同位置处环境温度、结构应力和振动状态的实时同步监测；测量得到的应变值通过应变系数k修正后得到立管测量位置处的真实应变值。应变系数k通过多工况实验结果与有限元数学模型验证后通过数值拟合获得。
6、光纤接线盒，其安装于所述传感器固定装置上，且通过光缆与所述光纤传感器连接，用于通过光缆将采集到的多参量数据实时传输到布置在水下或母船上的结构健康监测系统；
7、线缆防扭装置，包括固定设置于所述传感器固定装置上的安装支架，所述安装支架上开设有用于安装所述光缆的光纤通道；将光缆固定在压合形成的光纤通道中，可防止本专利技术装置拖拽、扭动光缆造成损伤、扭转过度干扰光纤信号传输，可以实现光纤光缆在海洋环境中的零暴露，避免直接接触海水环境，减少海水侵蚀、海洋生物附着等因素对光纤光缆线路的损伤。
8、本专利技术在实际应用过程中预先将光纤传感器固定于传感器固定装置上，随深水立管下放过程，在预设位置安装该集成装置，通过光缆将采集到多参量相应实时传输到结构健康监测系统，结构健康监测系统为现有监测系统，本专利技术不做过多赘述，实现了深水立管结构水下温度、应力和振动多参量特征响应的实时采集，具有安装、拆除方便，可重复性高、水下多参量特征同步感知、采集数据准确可靠等优点，为深水油气资源开采/勘探设备的安全运维提供有效的技术支撑。
9、可选的，所述卡箍包括通过金属条连接的上卡箍和下卡箍，所述上卡箍和下卡箍分别套设于所述深水立管外壁上，且所述上卡箍和下卡箍的内径尺寸均能够调节；所述光纤传感器和光纤接线盒设置于所述上卡箍和下卡箍之间。
10、可选的，所述上卡箍包括第一卡箍和第三卡箍，所述第一卡箍和第三卡箍对称设于深水立管两侧的同一高度处，且所述第一卡箍和第三卡箍固定连接后，抱合于深水立管外壁上；所述下卡箍包括第二卡箍和第四卡箍，所述第二卡箍和第四卡箍对称设于深水立管两侧的同一高度处，且所述第二卡箍和第四卡箍固定连接后，抱合于深水立管外壁上；所述第三卡箍和第四卡箍之间通过金属条连接。本专利技术通过高强度螺栓将第一卡箍和第三卡箍以及第二卡箍和第四卡箍固定于深水立管外壁上，用于上述光纤传感器固定和集成，且根据深水立管尺寸定制传感器固定装置，实现深水立管结构应力和振动的精确传递和测量。
11、可选的，所述上卡箍和下卡箍之间连接有多个所述安装支架，所述安装支架包括底座支架，所述光纤应变传感器、光纤加速度传感器和光纤接线盒分别与对应的底座支架固定连接；所述光纤温度传感器固定于其中一个所述光纤加速度传感器上部。
12、可选的，所述光纤应变传感器和光纤加速度传感器分别设置有两个；两个所述光纤应变传感器沿深水立管周向的夹角为90o，两个所述光纤加速度传感器沿深水立管周向的夹角为90o。即两个光纤应变传感器的竖直投影分别与深水立管中心轴的竖直投影连线，两个连线之间的夹角为90o，两个所述光纤加速度传感器的竖直投影分别与深水立管中心轴的竖直投影连线，两个连线之间的夹角为90o，可以同时测得深水立管结构的三维振动响应信号。所述光纤接线盒通过五芯的光缆分别与所述光纤应变传感器、光纤加速度传感器、光纤温度传感器熔接；或，所述光纤接线盒通过一芯的光缆，采用分光比为1比5的光纤分线器分别与所述光纤应变传感器、光纤加速度传感器、光纤温度传感器熔接；或所述光纤接线盒通过三芯的光缆，采用分光比为1:2的光纤分线器分别将其中两个光缆分别与所述光纤应变传感器、光纤加速度传感器熔接，第三个光缆将光纤温度传感器熔接。三种光纤传感器集成位置紧凑，保证测试过程中不同位置温度传感器对应变传感器的补偿的准确性。
13、可选的，所述安装支架还包括固定支架，所述固定支架固定设于所述底座支架外侧，所述固定支架一端与所述第一卡箍或第三卡箍外侧连接；所述固定支架和所述底座支架之间形成有所述光纤通道，所述光纤通道形成为线缆防扭装置，能够防止装置拖拽扭动对光缆造成损伤。本专利技术通过线缆防扭装置将光缆固定，可以有效防止光缆在安装布放过程中缠绕、扭动甚至扭断导致光纤信号强度下降，可保证运输、安装后传感器的正常使用。
14、可选的，所述安装支架还包括弧形固定架；所述第一卡箍和第三卡箍外侧壁上开设有固定凹槽，相邻两个固定凹槽之间开设有弧形凹槽，所述固定支架一端与对应的固定凹槽卡接，所述弧形凹槽内固定设有所述弧形固定架，所述弧形固定架内侧开设有所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种深水立管多参量实时监测装置，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的深水立管多参量实时监测装置，其特征在于：所述卡箍包括通过金属条连接的上卡箍和下卡箍，所述上卡箍和下卡箍分别套设于所述深水立管外壁上，且所述上卡箍和下卡箍的内径尺寸均能够调节；所述光纤传感器和光纤接线盒设置于所述上卡箍和下卡箍之间。
3.根据权利要求2所述的深水立管多参量实时监测装置，其特征在于：所述上卡箍包括第一卡箍和第三卡箍，所述第一卡箍和第三卡箍对称设于深水立管两侧的同一高度处，且所述第一卡箍和第三卡箍固定连接后，抱合于深水立管外壁上；所述下卡箍包括第二卡箍和第四卡箍，所述第二卡箍和第四卡箍对称设于深水立管两侧的同一高度处，且所述第二卡箍和第四卡箍固定连接后，抱合于深水立管外壁上；所述第三卡箍和第四卡箍之间通过金属条连接。
4.根据权利要求3所述的深水立管多参量实时监测装置，其特征在于：所述上卡箍和下卡箍之间连接有多个所述安装支架，所述安装支架包括底座支架，所述光纤应变传感器、光纤加速度传感器及光纤接线盒分别与对应的底座支架固定连接；所述光纤温度传感器固定于其中
5.根据权利要求1所述的深水立管多参量实时监测装置，其特征在于：所述光纤应变传感器、光纤加速度传感器分别设置有两个；两个所述光纤应变传感器沿深水立管周向的夹角为90°，两个所述光纤加速度传感器沿深水立管周向的夹角为90°；所述光纤接线盒通过五芯的光缆分别与所述光纤应变传感器、光纤加速度传感器、光纤温度传感器熔接；或，所述光纤接线盒通过一芯的光缆，采用分光比为1比5的光纤分线器分别与所述光纤应变传感器、光纤加速度传感器、光纤温度传感器熔接；或所述光纤接线盒通过三芯的光缆，采用分光比为1:2的光纤分线器分别与所述光纤应变传感器、光纤加速度传感器、光纤温度传感器熔接。
6.根据权利要求4所述的深水立管多参量实时监测装置，其特征在于：所述安装支架还包括固定支架，所述固定支架固定设于所述底座支架外侧，所述固定支架一端与所述第一卡箍或第三卡箍外侧连接；所述固定支架和所述底座支架之间形成有所述光纤通道，所述光纤通道形成为线缆防扭装置，能够防止装置拖拽扭动对光缆造成损伤。
7.根据权利要求6所述的深水立管多参量实时监测装置，其特征在于：所述安装支架还包括弧形固定架；所述第一卡箍和第三卡箍外侧壁上开设有固定凹槽，相邻两个固定凹槽之间开设有弧形凹槽，所述固定支架一端与对应的固定凹槽卡接，所述弧形凹槽内固定设有所述弧形固定架，所述弧形固定架内侧开设有所述光纤通道。
8.根据权利要求6所述的深水立管多参量实时监测装置，其特征在于：所述光纤温度传感器固定设置于其中一个所述光纤加速度传感器上部连接的固定支架上；所述光纤温度传感器末端设有弯曲结构的柱形固定支架，与所述光纤温度传感器连接的光缆穿设于所述柱形固定支架内。
9.根据权利要求7所述的深水立管多参量实时监测装置，其特征在于：所述深水立管的直径为D，所述弧形固定架与底座支架的厚度均为0.02D，宽度均为0.1D；所述底座支架长度为1.5D。
10.根据权利要求4所述的深水立管多参量实时监测装置，其特征在于：所述光纤应变传感器嵌入对应的底座支架上加工的凹槽后封胶。
...【技术特征摘要】
1.一种深水立管多参量实时监测装置，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的深水立管多参量实时监测装置，其特征在于：所述卡箍包括通过金属条连接的上卡箍和下卡箍，所述上卡箍和下卡箍分别套设于所述深水立管外壁上，且所述上卡箍和下卡箍的内径尺寸均能够调节；所述光纤传感器和光纤接线盒设置于所述上卡箍和下卡箍之间。
3.根据权利要求2所述的深水立管多参量实时监测装置，其特征在于：所述上卡箍包括第一卡箍和第三卡箍，所述第一卡箍和第三卡箍对称设于深水立管两侧的同一高度处，且所述第一卡箍和第三卡箍固定连接后，抱合于深水立管外壁上；所述下卡箍包括第二卡箍和第四卡箍，所述第二卡箍和第四卡箍对称设于深水立管两侧的同一高度处，且所述第二卡箍和第四卡箍固定连接后，抱合于深水立管外壁上；所述第三卡箍和第四卡箍之间通过金属条连接。
4.根据权利要求3所述的深水立管多参量实时监测装置，其特征在于：所述上卡箍和下卡箍之间连接有多个所述安装支架，所述安装支架包括底座支架，所述光纤应变传感器、光纤加速度传感器及光纤接线盒分别与对应的底座支架固定连接；所述光纤温度传感器固定于其中一个所述光纤加速度传感器上部。
5.根据权利要求1所述的深水立管多参量实时监测装置，其特征在于：所述光纤应变传感器、光纤加速度传感器分别设置有两个；两个所述光纤应变传感器沿深水立管周向的夹角为90°，两个所述光纤加速度传感器沿深水立管周向的夹角为90°；所述光纤接线盒通过五芯的光缆分别与所述光纤应变传感器、光纤加速度传感器、光纤温度传感器熔接；或，所述光纤接线盒通过一芯的光缆，采用分光比为1比5的光...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋玉峰，王树青，刘雨，杜君峰，朱嫣，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
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