[发明专利]一种船闸人字门底止水止水状况监测系统及其监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及水工金属结构健康监测技术领域，特别涉及一种船闸人字门底止水止水状况监测系统及其监测方法。

背景技术

船闸人字门长期工作在低速重载的工况条件下，随着闸门启闭次数的增加、底枢磨损、人字门下沉等原因所造成的人字门拖底、门坎破坏、人字门无法正常启闭、漏水严重等事故时有发生，特别是位于门体底枢的底止水很容易受到涌浪、动水载荷及门体两侧巨大水位差压力的影响而出现底止水脱落、漏水的情况，将对闸门和底枢产生破坏性的危害，影响人字门的正常安全运行。

为保证船闸结构安全，目前采用定期停航人工检修及六年一周期的大修，不仅影响航道运输，最为重要的是人工检测无法做到实时监测，且存在漏检可能，从而带来了很大的安全隐患；而且底止水位于船闸最底层的水下，拆换极为不便，一旦检修，必须断水停航，抽干闸室，不仅费时费力，还会带来严重的经济损失。因此确保底止水止水可靠性对保证闸门正常安全运行起着至关重要的作用。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以确保底止水工作可靠性的船闸人字门底止水止水状况监测系统及其监测方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种船闸人字门底止水止水状况监测系统，包括振动检测子系统、裂纹检测子系统、应变检测子系统、闸室水位测量子系统、解调模块、数据传输单元、数据库、可靠性分析与评估子系统；

所述的振动检测子系统、裂纹检测子系统和应变检测子系统均与解调模块连接，所述的闸室水位测量子系统和解调模块均与数据传输单元连接，所述的数据传输单元与数据库串联，所述的数据库与可靠性分析与评估子系统连接；

所述的振动检测子系统和裂纹检测子系统分别由振动传感器阵列和光纤裂纹传感器阵列组成；所述的应变检测子系统由光纤光栅应变传感器阵列和温度传感器组成；其中振动检测子系统、裂纹检测子系统和应变检测子系统将振动、裂纹和应变信息通过解调模块解调之后送入数据传输单元，数据传输单元同时收集闸室水位测量子系统采集的水位信息一并上传到数据库中，可靠性分析与评估子系统通过访问数据库，调用历史数据并结合现行数据，综合考虑人字门门体实际运行情况来判断底止水止水状况。

进一步地，所述的振动传感器阵列分别安装在底枢底止水左、右两处位置；所述的光纤裂纹传感器阵列安装在底枢底止水的中部；所述的光纤光栅应变传感器阵列分别安装在底枢底止水左、中、右三处位置；所述的温度传感器分别安装在底枢底止水左、中、右三处位置。

一种船闸人字门底止水止水状况监测系统的监测方法，包括以下步骤：

A、安装传感器

在船闸启闭过程中，底止水受动水作用影响很大，特别是两侧边缘位置受到高速水流的强烈冲击，从而引起整个底止水装置和门体的剧烈振动，因此在底枢底止水左、右两处位置安装振动传感器阵列实时监测其振动情况；同时如果底止水两侧受力不一致，在底枢底止水中部产生不同程度的拉伸形变，因此在底止水裂纹易发生区域的中间位置布设光纤裂纹传感器阵列；在底枢底止水左、中、右三处位置采用分布式的监测方式安装光纤光栅应变传感器阵列来实时监测底止水各处的受力情况，同时分别布设温度传感器进行温度补偿；

B、实时获取底止水状态信息

振动检测子系统、裂纹检测子系统和应变检测子系统实时监测底止水状态信息，所述的底止水状态信息包括：底止水振动是否异常、是否出现裂纹、应力是否过大；

C、解调信息

解调模块实时解调振动检测子系统、裂纹检测子系统和应变检测子系统采集到的底止水状态信息；

D、处理并上传数据

在人字门关门充水阶段底止水开始止水，这一阶段中门体振动的主要激励源是由于水位变化而产生的水压和冲击载荷，而水位是逐渐上升的，因此在此阶段中冲击载荷激励次数相对较少，解调模块根据振动检测子系统监测到的振动时域信息，得出振动加速度响应值，实时了解稳态响应的变化趋势和极值区间范围以及瞬时响应的最大冲击加速度是否超过了底止水强度限度的加速度极值；

由于光纤光栅应变传感器的波长频谱会受到外界温度的影响而发生漂移，为了保证监测数据的稳定性，需要用温度传感器对其进行温度补偿，补偿公式如下：

式中：为温度影响系数，取值在0.8～1.2MHz/K之间；ε为光纤应变量；V_B(ε)为光纤应变量是ε时的波长漂移量；为比例系数，取值在0.48GHz/％～0.55GHz/％之间；T-T₀为温度变化量，T₀为标定的初始温度，T为补偿温度；