艦船結構健康監測系統
艦船結構復雜,長期服役在惡劣的海洋環境中,受到各種載荷的交互作用,如艦船運動產生的慣性力、風載荷、海流、波浪載荷、冰載荷、深水壓力載荷、爆炸沖擊等,有時還要遭到臺風、碰撞、擱淺等意外載荷,結構本身還要遭受環境腐蝕等影響,在這些惡劣的環境載荷長期作用下, 它們在船體結構內部引起交變應力,造成結構的疲勞損傷,使結構的承載能力下降,引發結構屈曲,發生災害性事故。
由于光纖光柵的優點,使得相比于傳統的艦船結構健康監測系統,基于光纖光柵的艦船結構健康監測系統能具有更大的規模,能更全面的監測船體關鍵位置的狀態消息。如圖所示的基于光纖光柵的艦船結構健康監測系統框圖,它主要包括傳感與檢測系統、數據傳輸與保存系統及信號處理與分析系統三個部分。
1.傳感與檢測系統
該部分是艦船結構健康監測的基礎部分,光纖光柵監測系統主要是監測艦船關鍵部位反映結構強度的彎矩信息及各種作用在艦船上的砰擊載荷,包括合適的光纖光柵傳感器結構和傳感網絡的優化配置,及光纖光柵波長解調系統。
另外,該部分還包括與各監測傳感器相配套的信號采集設備,需要確定信號采集硬件設備的頻率及分辨率、對檢測信號進行必要的預處理,同時還需要確定不同類型傳感器的測量頻率如:連續監測,間斷監測等。
2.數據傳輸與保存系統
該部分的作用是將檢測到的艦船各種載荷以及航行狀況傳輸到控制及顯示平臺,并保存以便后續分析、主要包括信號傳輸設備及顯示保存系統。通常也將監測信息采用無線網絡方式傳輸至不同監測站點實時共享艦船的狀態信息,便于對艦船結構狀態進行異地分析,專家診斷等。檢測數據保存系統主要是選擇合適的存儲設備和軟件系統,需要根據實際的航行狀況考慮數據保存的頻率和格式。
3.信號處理與分析系統
該部分是艦船結構健康監測系統的關鍵部分,通過對艦船關鍵部位檢測載荷信號進行處理,確定載荷大小,分析是否發出警報,判斷艦船結構狀態及是否產生損傷等。該部分通過人機交互控制平臺的智能專家系統實現上述各種信號處理與分析,并根據不同的艦船結構設置選擇不同的閾值參數。