艦船結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)

艦船結(jié)構(gòu)復(fù)雜,長期服役在惡劣的海洋環(huán)境中,受到各種載荷的交互作用,如艦船運動產(chǎn)生的慣性力、風(fēng)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(fēng)、碰撞、擱淺等意外載荷,結(jié)構(gòu)本身還要遭受環(huán)境腐蝕等影響，在這些惡劣的環(huán)境載荷長期作用下, 它們在船體結(jié)構(gòu)內(nèi)部引起交變應(yīng)力,造成結(jié)構(gòu)的疲勞損傷,使結(jié)構(gòu)的承載能力下降,引發(fā)結(jié)構(gòu)屈曲，發(fā)生災(zāi)害性事故。

由于光纖光柵的優(yōu)點，使得相比于傳統(tǒng)的艦船結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，基于光纖光柵的艦船結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)能具有更大的規(guī)模，能更全面的監(jiān)測船體關(guān)鍵位置的狀態(tài)消息。如圖所示的基于光纖光柵的艦船結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)框圖，它主要包括傳感與檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸與保存系統(tǒng)及信號處理與分析系統(tǒng)三個部分。

1.傳感與檢測系統(tǒng)

  該部分是艦船結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的基礎(chǔ)部分，光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)主要是監(jiān)測艦船關(guān)鍵部位反映結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和傳感網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化配置，及光纖光柵波長解調(diào)系統(tǒng)。

  另外，該部分還包括與各監(jiān)測傳感器相配套的信號采集設(shè)備，需要確定信號采集硬件設(shè)備的頻率及分辨率、對檢測信號進行必要的預(yù)處理，同時還需要確定不同類型傳感器的測量頻率如：連續(xù)監(jiān)測，間斷監(jiān)測等。

 2.數(shù)據(jù)傳輸與保存系統(tǒng)

  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?shù)娇刂萍帮@示平臺，并保存以便后續(xù)分析、主要包括信號傳輸設(shè)備及顯示保存系統(tǒng)。通常也將監(jiān)測信息采用無線網(wǎng)絡(luò)方式傳輸至不同監(jiān)測站點實時共享艦船的狀態(tài)信息，便于對艦船結(jié)構(gòu)狀態(tài)進行異地分析，專家診斷等。檢測數(shù)據(jù)保存系統(tǒng)主要是選擇合適的存儲設(shè)備和軟件系統(tǒng)，需要根據(jù)實際的航行狀況考慮數(shù)據(jù)保存的頻率和格式。

 3.信號處理與分析系統(tǒng)

  該部分是艦船結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，通過對艦船關(guān)鍵部位檢測載荷信號進行處理，確定載荷大小，分析是否發(fā)出警報，判斷艦船結(jié)構(gòu)狀態(tài)及是否產(chǎn)生損傷等。該部分通過人機交互控制平臺的智能專家系統(tǒng)實現(xiàn)上述各種信號處理與分析，并根據(jù)不同的艦船結(jié)構(gòu)設(shè)置選擇不同的閾值參數(shù)。