一種錨鏈動(dòng)態(tài)特性跟蹤裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種錨鏈動(dòng)態(tài)特性跟蹤裝置及方法，屬于錨鏈的測(cè)試領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著海洋開發(fā)越來越往深海發(fā)展，在不同時(shí)間和空間尺度船舶會(huì)受到非線性災(zāi)害環(huán)境作用，它將發(fā)生大幅度運(yùn)動(dòng)、大尺度變形、高模態(tài)動(dòng)力響應(yīng)、腐蝕衰變等現(xiàn)象，對(duì)船舶的安全威脅極大。因此，為了充分保證船舶的安全，必須綜合考慮各種因素，采用多種手段加以研究。近年來，繃緊索系泊系統(tǒng)是最常用的錨鏈類型。目前，對(duì)于深海錨鏈的變形和張力測(cè)量還僅限于數(shù)值模擬或?qū)嶒?yàn)測(cè)量，在實(shí)驗(yàn)測(cè)量中，無法模擬準(zhǔn)確的海洋環(huán)境，且一般應(yīng)用截?cái)噱^鏈的方法測(cè)量，這很難反映真實(shí)的海洋狀況。而且目前只有通過張力測(cè)量?jī)x測(cè)量纜索張力的裝置，而沒有實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量纜索方向的裝置。在復(fù)雜的深海環(huán)境中，纜索張力的作用方向也是非常重要的。本發(fā)明可直接測(cè)量深?？嚲o索錨鏈的方向及張力大小，并將數(shù)據(jù)及時(shí)傳回檢測(cè)站，時(shí)刻關(guān)注錨鏈的使用狀況。本發(fā)明測(cè)量精度高、智能化程度高。
[0003]隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用光纖作為材料制作傳感器應(yīng)運(yùn)而生。光纖因?yàn)橛锌垢蓴_能力強(qiáng)、絕緣性好，耐高溫好，所以用來開發(fā)很多種傳感器，比如光纖液位、光纖溫度、光纖陀螺、光纖電流等等。光纖的能夠傳光是因?yàn)楣饩€在纖層跟包覆層之間形成全反射，能夠在光纖當(dāng)中快速的通過。光纖傳感器由光發(fā)送器、敏感元件(光纖或非光纖的材料)、光接收器、信號(hào)處理系統(tǒng)以及光纖組成。由光發(fā)送器發(fā)出的光源經(jīng)光纖引導(dǎo)至敏感元件，這時(shí)光的某種性質(zhì)受到被測(cè)量的調(diào)制，已調(diào)光經(jīng)接收光纖耦合到光接收器。光纖傳感器按原理可以分為功能型光纖傳感器跟非功能型光纖傳感器，兩者的區(qū)別在于其中的調(diào)制器不同，非功能光纖傳感器的光纖僅僅作為光的傳播介質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種錨鏈動(dòng)態(tài)特性跟蹤裝置及方法，通過張力測(cè)量?jī)x和光纖感應(yīng)器安裝在纜索上，通過光纖感應(yīng)器返回纜索方向，通過張力測(cè)量?jī)x返回纜索頂端張力值，將其帶入到纜索計(jì)算軟件Aqwa，時(shí)時(shí)模擬纜索位形和纜索力，可以準(zhǔn)確的得出纜索的張力和纜索變化的方向。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的錨鏈動(dòng)態(tài)特性跟蹤裝置，包括微處理器、計(jì)算機(jī)、張力測(cè)量?jī)x和光纖感應(yīng)器，所述微處理器安裝在安裝座上，安裝座固定在船體上，船體上安裝有粧，粧上固定有纜索，在船體的前端安裝有導(dǎo)纜滾輪，纜索穿過導(dǎo)纜滾輪固定在海底，所述張力測(cè)量?jī)x和光纖感應(yīng)器位于在導(dǎo)纜滾輪與海底之間的纜索上并緊挨導(dǎo)纜滾輪，光纖感應(yīng)器通過穿過導(dǎo)纜滾輪的光纖與微處理器連接，微處理器與計(jì)算機(jī)連接。
[0006]作為優(yōu)選，所述微處理器包括單片機(jī)、ARM微控制器，光纖感應(yīng)器的光學(xué)信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)初步處理后，單片機(jī)串行發(fā)送到ARM微控制器處理，微處理器與計(jì)算機(jī)連接。
[0007]作為優(yōu)選，所述計(jì)算機(jī)上安裝有Aqwa軟件，可根據(jù)張力測(cè)量?jī)x測(cè)量的纜索頂端張力和纜索的初始位形資料時(shí)時(shí)模擬整根纜索在波浪和水流等環(huán)境荷載下的纜索位形和張力。
[0008]一種上述的錨鏈動(dòng)態(tài)特性跟蹤裝置的方法，包括以下步驟:
[0009](I)將張力測(cè)量?jī)x和光纖感應(yīng)器安裝在纜索上，光纖感應(yīng)器通過光纖穿過導(dǎo)纜滾輪與微處理器連接，將光纖通過導(dǎo)纜滾輪與船體垂直的情況下微處理器上的感應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)為初始位置，記錄初始坐標(biāo)，以光纖垂直向下為X軸，垂直的光纖與導(dǎo)纜滾輪的交點(diǎn)為原點(diǎn)，垂直X軸為Y軸；
[0010](2)通過纜索力計(jì)算軟件Aqra軟件來時(shí)時(shí)模擬纜索位形和纜索力，該軟件是采用非線性有限元方法對(duì)纜索變形和張力進(jìn)行迭代求解，考慮系泊纜索的各種受力及纜索的彈性變形，可以計(jì)算不同重量、尺寸和材料組成的系泊纜索與波、流等環(huán)境荷載相互作用問題；
[0011]本發(fā)明所采用的錨鏈張力測(cè)量?jī)x，適用于電力行業(yè)、通信行業(yè)、交通運(yùn)輸行業(yè)、玻璃墻幕裝飾行業(yè)、索道運(yùn)行業(yè)、建筑行業(yè)、游樂場(chǎng)所、隧道施工、漁業(yè)捕撈、各大科研院所和教學(xué)機(jī)構(gòu)、檢測(cè)機(jī)構(gòu)及涉及到繩索和鋼絲繩拉力的場(chǎng)合。它具有張緊力的繩索結(jié)構(gòu)，不需拆卸即可直接測(cè)量;重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，用途廣泛。
[0012]有益效果:本發(fā)明的錨鏈動(dòng)態(tài)特性跟蹤裝置，通過在纜索上安裝張力測(cè)量?jī)x，張力測(cè)量?jī)x內(nèi)部集成了位移傳感器和壓力傳感器，可以準(zhǔn)確的得出纜索的張力;通過光纖感應(yīng)器記錄纜索不同位置的坐標(biāo)，得出纜索變化的方向，可靠性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可在實(shí)際海域中應(yīng)用，實(shí)時(shí)測(cè)量纜索的張力和方向，防止錨鏈在波浪作用下斷裂。
【附圖說明】
[0013]圖1為錨鏈動(dòng)態(tài)特性跟蹤裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為錨鏈運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤感應(yīng)系統(tǒng)示意圖。
[0015]圖3為錨鏈運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤感應(yīng)系統(tǒng)微處理器原理示意圖。
[0016]圖4為錨鏈張力測(cè)量?jī)x示意圖。
[0017]圖5為導(dǎo)纜滾輪裝置示意圖。
[0018]圖6為光纖傳感器工作示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0020]如圖1至圖6所示，本發(fā)明的錨鏈動(dòng)態(tài)特性跟蹤裝置，包括微處理器1、張力測(cè)量?jī)x和光纖感應(yīng)器9，所述微處理器I安裝在安裝座6上，安裝座6固定在船體4的船甲板3上，船體4上安裝有粧2，粧2上固定有纜索5，在船體4的前端安裝有導(dǎo)纜滾輪7，導(dǎo)纜滾輪7通過導(dǎo)纜滾輪座15安裝在船甲板3上，纜索5穿過導(dǎo)纜滾輪7固定在海底，所述張力測(cè)量?jī)x和光纖感應(yīng)器9位于在導(dǎo)纜滾輪7與海底之間的纜索5上，光纖感應(yīng)器9通過穿過導(dǎo)纜滾輪7的光纖8與微處理器I連接，微處理器將張力測(cè)量?jī)x的信號(hào)反饋到計(jì)算機(jī)上，計(jì)算機(jī)上安裝有Aq^1軟件。
[0021]在本發(fā)明中，本發(fā)明的微處理器I是基于ARM微控制器的濾光片型近紅外光譜儀，原理如圖3所示。光學(xué)系統(tǒng)中的光電檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過ADC后，并行輸入到單片機(jī)中進(jìn)行初步數(shù)據(jù)處理，再由單片機(jī)串行發(fā)送到ARM微控制器中，利用ARM微控制器對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行定標(biāo)和分析，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)系統(tǒng)和顯示操作系統(tǒng)的控制。
[0022]在本發(fā)明中，錨鏈張力測(cè)量?jī)x如圖4所示，采用繩索張力儀、壓力傳感器和位移傳感器置于錨鏈張力測(cè)量?jī)x內(nèi)。它具有張緊力的繩索結(jié)構(gòu)，不需拆卸即可直接測(cè)量;重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，用途廣泛，張力測(cè)試范圍500-2000kg，測(cè)試?yán)K索直徑:1mm?34mm。張力測(cè)量?jī)x上設(shè)有0N/0FF鍵10、調(diào)節(jié)測(cè)量范圍鍵11、系列號(hào)12、清零/確認(rèn)鍵13、數(shù)字顯示屏14ο
[0023]本發(fā)明采用的光纖感應(yīng)器9為非功能光纖傳感器，非功能光纖傳感器的光纖8僅僅作為光的傳播介質(zhì)。光纖8傳感器由光發(fā)送器、敏感元件、光接收器、信號(hào)處理系統(tǒng)以及光纖8組成。由光發(fā)送器發(fā)出的光源經(jīng)光纖8引導(dǎo)至敏感元件，這時(shí)光的某種性質(zhì)受到被測(cè)量的調(diào)制，已調(diào)光經(jīng)接收光纖耦合到光接收器，光纖8傳感器工作過程如圖6所示。
[0024]—種上述的錨鏈動(dòng)態(tài)特性跟蹤裝置的方法，包括以下步驟:
[0025](I)將張力測(cè)量?jī)x和光纖感應(yīng)器9安裝在纜索5上，光纖感應(yīng)器9通過光纖8穿過導(dǎo)纜滾輪7與微處理器I連接，光纖8方向與纜索5方向平行，將光纖8通過導(dǎo)纜滾輪7與船體垂直的情況下微處理器I上的感應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)為初始位置，記錄初始坐標(biāo)，以光纖8垂直向下為X軸，垂直的光纖8與導(dǎo)纜滾輪7的交點(diǎn)為原點(diǎn)，垂直X軸為Y軸；
[0026](2)光纖感應(yīng)器9與張力測(cè)量?jī)x安裝在纜索5頂端，通過纜索頂端張力測(cè)量?jī)x時(shí)時(shí)返回的纜索錨點(diǎn)張力值，由纜索力計(jì)算軟件Aqwa時(shí)時(shí)計(jì)算纜索的位形和纜索力的大小。
[0027]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種錨鏈動(dòng)態(tài)特性跟蹤裝置，其特征在于:包括微處理器、計(jì)算機(jī)、張力測(cè)量?jī)x和光纖感應(yīng)器，所述微處理器安裝在安裝座上，安裝座固定在船體上，船體上安裝有粧，粧上固定有纜索，在船體的前端安裝有導(dǎo)纜滾輪，纜索穿過導(dǎo)纜滾輪固定在海底，所述張力測(cè)量?jī)x和光纖感應(yīng)器位于在導(dǎo)纜滾輪與海底之間的纜索上并緊挨導(dǎo)纜滾輪，光纖感應(yīng)器通過穿過導(dǎo)纜滾輪的光纖與微處理器連接，微處理器與計(jì)算機(jī)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的錨鏈動(dòng)態(tài)特性跟蹤裝置，其特征在于:所述微處理器包括單片機(jī)和ARM微控制器，光纖感應(yīng)器的光學(xué)信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)初步處理后，單片機(jī)串行發(fā)送到ARM微控制器處理，得出纜索上光纖感應(yīng)器位置處的張力及張力方向。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的錨鏈動(dòng)態(tài)特性跟蹤裝置，其特征在于:所述計(jì)算機(jī)上安裝有Aqwa軟件。4.一種如權(quán)利要求3所述的錨鏈動(dòng)態(tài)特性跟蹤裝置的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將張力測(cè)量?jī)x和光纖感應(yīng)器安裝在纜索上，光纖感應(yīng)器通過光纖穿過導(dǎo)纜滾輪與微處理器連接，光纖方向與纜索方向平行，將光纖通過導(dǎo)纜滾輪與船體垂直的情況下微處理器上的感應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)為初始位置，記錄初始坐標(biāo)，以光纖垂直向下為X軸，垂直的光纖與導(dǎo)纜滾輪的交點(diǎn)為原點(diǎn)，垂直X軸為Y軸； (2)光纖感應(yīng)器與張力測(cè)量?jī)x安裝在纜索頂端，通過纜索頂端張力測(cè)量?jī)x時(shí)時(shí)返回的纜索錨點(diǎn)張力值，由纜索力計(jì)算軟件Aqwa時(shí)時(shí)計(jì)算纜索的位形和纜索力的大小。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種錨鏈動(dòng)態(tài)特性跟蹤裝置及方法，該裝置包括微處理器、計(jì)算機(jī)、張力測(cè)量?jī)x和光纖感應(yīng)器，所述微處理器安裝在安裝座上，安裝座固定在船體上，船體上安裝有樁，樁上固定有纜索，在船體的前端安裝有導(dǎo)纜滾輪，纜索穿過導(dǎo)纜滾輪固定在海底，所述張力測(cè)量?jī)x和光纖感應(yīng)器位于在導(dǎo)纜滾輪與海底之間的纜索上，光纖感應(yīng)器通過穿過導(dǎo)纜滾輪的光纖與微處理器連接。本發(fā)明的錨鏈動(dòng)態(tài)特性跟蹤裝置，通過在纜索上安裝張力測(cè)量?jī)x，張力測(cè)量?jī)x內(nèi)部集成了位移傳感器和壓力傳感器，可以準(zhǔn)確的得出纜索頂端的張力；通過光纖感應(yīng)器記錄纜索不同位置的坐標(biāo)，得出纜索變化的方向，可靠性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可在實(shí)際海域中應(yīng)用，實(shí)時(shí)測(cè)量纜索的張力和方向。
【IPC分類】G01L5/04, G01M13/00
【公開號(hào)】CN105547673
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510962758
【發(fā)明人】劉珍, 嵇春艷, 馬小劍, 李良碧, 施興華, 王珂, 高俊亮, 程勇
【申請(qǐng)人】江蘇科技大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2015年12月21日