一种锚链动态特性跟踪装置及方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种锚链动态特性跟踪装置及方法，属于锚链的测试领域。
【背景技术】
[0002]随着海洋开发越来越往深海发展，在不同时间和空间尺度船舶会受到非线性灾害环境作用，它将发生大幅度运动、大尺度变形、高模态动力响应、腐蚀衰变等现象，对船舶的安全威胁极大。因此，为了充分保证船舶的安全，必须综合考虑各种因素，采用多种手段加以研究。近年来，绷紧索系泊系统是最常用的锚链类型。目前，对于深海锚链的变形和张力测量还仅限于数值模拟或实验测量，在实验测量中，无法模拟准确的海洋环境，且一般应用截断锚链的方法测量，这很难反映真实的海洋状况。而且目前只有通过张力测量仪测量缆索张力的装置，而没有实时跟踪测量缆索方向的装置。在复杂的深海环境中，缆索张力的作用方向也是非常重要的。本发明可直接测量深海绷紧索锚链的方向及张力大小，并将数据及时传回检测站，时刻关注锚链的使用状况。本发明测量精度高、智能化程度高。
[0003]随着光纤技术的发展，运用光纤作为材料制作传感器应运而生。光纤因为有抗干扰能力强、绝缘性好，耐高温好，所以用来开发很多种传感器，比如光纤液位、光纤温度、光纤陀螺、光纤电流等等。光纤的能够传光是因为光线在纤层跟包覆层之间形成全反射，能够在光纤当中快速的通过。光纤传感器由光发送器、敏感元件(光纤或非光纤的材料)、光接收器、信号处理系统以及光纤组成。由光发送器发出的光源经光纤引导至敏感元件，这时光的某种性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器。光纤传感器按原理可以分为功能型光纤传感器跟非功能型光纤传感器，两者的区别在于其中的调制器不同，非功能光纤传感器的光纤仅仅作为光的传播介质。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种锚链动态特性跟踪装置及方法，通过张力测量仪和光纤感应器安装在缆索上，通过光纤感应器返回缆索方向，通过张力测量仪返回缆索顶端张力值，将其带入到缆索计算软件Aqwa，时时模拟缆索位形和缆索力，可以准确的得出缆索的张力和缆索变化的方向。
[0005]技术方案:为实现上述目的，本发明的锚链动态特性跟踪装置，包括微处理器、计算机、张力测量仪和光纤感应器，所述微处理器安装在安装座上，安装座固定在船体上，船体上安装有粧，粧上固定有缆索，在船体的前端安装有导缆滚轮，缆索穿过导缆滚轮固定在海底，所述张力测量仪和光纤感应器位于在导缆滚轮与海底之间的缆索上并紧挨导缆滚轮，光纤感应器通过穿过导缆滚轮的光纤与微处理器连接，微处理器与计算机连接。
[0006]作为优选，所述微处理器包括单片机、ARM微控制器，光纤感应器的光学信号经过单片机初步处理后，单片机串行发送到ARM微控制器处理，微处理器与计算机连接。
[0007]作为优选，所述计算机上安装有Aqwa软件，可根据张力测量仪测量的缆索顶端张力和缆索的初始位形资料时时模拟整根缆索在波浪和水流等环境荷载下的缆索位形和张力。
[0008]一种上述的锚链动态特性跟踪装置的方法，包括以下步骤:
[0009](I)将张力测量仪和光纤感应器安装在缆索上，光纤感应器通过光纤穿过导缆滚轮与微处理器连接，将光纤通过导缆滚轮与船体垂直的情况下微处理器上的感应点坐标设为初始位置，记录初始坐标，以光纤垂直向下为X轴，垂直的光纤与导缆滚轮的交点为原点，垂直X轴为Y轴；
[0010](2)通过缆索力计算软件Aqra软件来时时模拟缆索位形和缆索力，该软件是采用非线性有限元方法对缆索变形和张力进行迭代求解，考虑系泊缆索的各种受力及缆索的弹性变形，可以计算不同重量、尺寸和材料组成的系泊缆索与波、流等环境荷载相互作用问题；
[0011]本发明所采用的锚链张力测量仪，适用于电力行业、通信行业、交通运输行业、玻璃墙幕装饰行业、索道运行业、建筑行业、游乐场所、隧道施工、渔业捕捞、各大科研院所和教学机构、检测机构及涉及到绳索和钢丝绳拉力的场合。它具有张紧力的绳索结构，不需拆卸即可直接测量;重量轻、结构简单、操作方便，用途广泛。
[0012]有益效果:本发明的锚链动态特性跟踪装置，通过在缆索上安装张力测量仪，张力测量仪内部集成了位移传感器和压力传感器，可以准确的得出缆索的张力;通过光纤感应器记录缆索不同位置的坐标，得出缆索变化的方向，可靠性好，结构简单，可在实际海域中应用，实时测量缆索的张力和方向，防止锚链在波浪作用下断裂。
【附图说明】
[0013]图1为锚链动态特性跟踪装置系统结构示意图。
[0014]图2为锚链运动轨迹跟踪感应系统示意图。
[0015]图3为锚链运动轨迹跟踪感应系统微处理器原理示意图。
[0016]图4为锚链张力测量仪示意图。
[0017]图5为导缆滚轮装置示意图。
[0018]图6为光纤传感器工作示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0020]如图1至图6所示，本发明的锚链动态特性跟踪装置，包括微处理器1、张力测量仪和光纤感应器9，所述微处理器I安装在安装座6上，安装座6固定在船体4的船甲板3上，船体4上安装有粧2，粧2上固定有缆索5，在船体4的前端安装有导缆滚轮7，导缆滚轮7通过导缆滚轮座15安装在船甲板3上，缆索5穿过导缆滚轮7固定在海底，所述张力测量仪和光纤感应器9位于在导缆滚轮7与海底之间的缆索5上，光纤感应器9通过穿过导缆滚轮7的光纤8与微处理器I连接，微处理器将张力测量仪的信号反馈到计算机上，计算机上安装有Aq^1软件。
[0021]在本发明中，本发明的微处理器I是基于ARM微控制器的滤光片型近红外光谱仪，原理如图3所示。光学系统中的光电检测信号经过ADC后，并行输入到单片机中进行初步数据处理，再由单片机串行发送到ARM微控制器中，利用ARM微控制器对光谱数据进行定标和分析，以及实现对光学系统和显示操作系统的控制。
[0022]在本发明中，锚链张力测量仪如图4所示，采用绳索张力仪、压力传感器和位移传感器置于锚链张力测量仪内。它具有张紧力的绳索结构，不需拆卸即可直接测量;重量轻、结构简单、操作方便，用途广泛，张力测试范围500-2000kg，测试绳索直径:1mm?34mm。张力测量仪上设有0N/0FF键10、调节测量范围键11、系列号12、清零/确认键13、数字显示屏14ο
[0023]本发明采用的光纤感应器9为非功能光纤传感器，非功能光纤传感器的光纤8仅仅作为光的传播介质。光纤8传感器由光发送器、敏感元件、光接收器、信号处理系统以及光纤8组成。由光发送器发出的光源经光纤8引导至敏感元件，这时光的某种性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，光纤8传感器工作过程如图6所示。
[0024]—种上述的锚链动态特性跟踪装置的方法，包括以下步骤:
[0025](I)将张力测量仪和光纤感应器9安装在缆索5上，光纤感应器9通过光纤8穿过导缆滚轮7与微处理器I连接，光纤8方向与缆索5方向平行，将光纤8通过导缆滚轮7与船体垂直的情况下微处理器I上的感应点坐标设为初始位置，记录初始坐标，以光纤8垂直向下为X轴，垂直的光纤8与导缆滚轮7的交点为原点，垂直X轴为Y轴；
[0026](2)光纤感应器9与张力测量仪安装在缆索5顶端，通过缆索顶端张力测量仪时时返回的缆索锚点张力值，由缆索力计算软件Aqwa时时计算缆索的位形和缆索力的大小。
[0027]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种锚链动态特性跟踪装置，其特征在于:包括微处理器、计算机、张力测量仪和光纤感应器，所述微处理器安装在安装座上，安装座固定在船体上，船体上安装有粧，粧上固定有缆索，在船体的前端安装有导缆滚轮，缆索穿过导缆滚轮固定在海底，所述张力测量仪和光纤感应器位于在导缆滚轮与海底之间的缆索上并紧挨导缆滚轮，光纤感应器通过穿过导缆滚轮的光纤与微处理器连接，微处理器与计算机连接。2.根据权利要求1所述的锚链动态特性跟踪装置，其特征在于:所述微处理器包括单片机和ARM微控制器，光纤感应器的光学信号经过单片机初步处理后，单片机串行发送到ARM微控制器处理，得出缆索上光纤感应器位置处的张力及张力方向。3.根据权利要求1或2所述的锚链动态特性跟踪装置，其特征在于:所述计算机上安装有Aqwa软件。4.一种如权利要求3所述的锚链动态特性跟踪装置的方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)将张力测量仪和光纤感应器安装在缆索上，光纤感应器通过光纤穿过导缆滚轮与微处理器连接，光纤方向与缆索方向平行，将光纤通过导缆滚轮与船体垂直的情况下微处理器上的感应点坐标设为初始位置，记录初始坐标，以光纤垂直向下为X轴，垂直的光纤与导缆滚轮的交点为原点，垂直X轴为Y轴； (2)光纤感应器与张力测量仪安装在缆索顶端，通过缆索顶端张力测量仪时时返回的缆索锚点张力值，由缆索力计算软件Aqwa时时计算缆索的位形和缆索力的大小。
【专利摘要】本发明公开了一种锚链动态特性跟踪装置及方法，该装置包括微处理器、计算机、张力测量仪和光纤感应器，所述微处理器安装在安装座上，安装座固定在船体上，船体上安装有桩，桩上固定有缆索，在船体的前端安装有导缆滚轮，缆索穿过导缆滚轮固定在海底，所述张力测量仪和光纤感应器位于在导缆滚轮与海底之间的缆索上，光纤感应器通过穿过导缆滚轮的光纤与微处理器连接。本发明的锚链动态特性跟踪装置，通过在缆索上安装张力测量仪，张力测量仪内部集成了位移传感器和压力传感器，可以准确的得出缆索顶端的张力；通过光纤感应器记录缆索不同位置的坐标，得出缆索变化的方向，可靠性好，结构简单，可在实际海域中应用，实时测量缆索的张力和方向。
【IPC分类】G01L5/04, G01M13/00
【公开号】CN105547673
【申请号】CN201510962758
【发明人】刘珍, 嵇春艳, 马小剑, 李良碧, 施兴华, 王珂, 高俊亮, 程勇
【申请人】江苏科技大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月21日