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基于光纤光栅的门式起重机健康监测实验系统研究

作　者: 裴玮
导　师: 丁克勤
学　校: 中北大学
专　业: 电子信息技术及仪器
关键词: 健康监测 光纤光栅传感器 门式起重机 损伤预警 时间序列分析
分类号: TH213.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 178次
引　用: 3次
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内容摘要


随着我国经济的高速发展,起重机械使用越来越广,同时,为满足日趋复杂的工程建设,起重机械也朝着结构大型化、功能多元化的方向发展。然而起重机械运行工况多变,工作环境也相对恶劣,以往的常规检测耗时耗力,更重要的是无法及时掌握起重机械运行状况,进而导致试验质量的下降。针对上述问题,本文提出对起重机进行在线健康监测。健康监测技术,利用突破常规方法的局限性,利用智能传感技术,能够实现对起重机金属结构状态的长期在线监测,结合起重机损伤预警与安全性评估相关理论,及时对结构损伤发出预警,降低事故发生可能,同时可以根据日常数据积累,对其健康状况做出评估,减少重复检测带来的浪费。本文首先介绍了健康监测系统的组成、传感器系统原理,通过对不同传感器性能比较,选取MOI光纤光栅应变仪作为传感元件。然后,在分析基于光纤光栅的结构健康监测系统需求与功能的基础上,结合门式起重机金属结构的具体特点,开发了一套集监测、预警、结构安全评价等为一体的门式起重机结构健康监测系统。文中还提出了基于时间序列分析的主梁变形损伤预警方法。文中通过对比4种时间序列预测模型结果,选取ARIMA模型对起重机主梁应变进行预测,利用相似距离的方法对起重机主梁状态进行识别,实现起重机主梁损伤预警。本文最后,为了工程应用,在实验室开发了一台门式起重机模型进行工程预演,模拟起重机典型工况,对门式起重机结构健康软件以及基于时间序列分析法的预警方法进行应用。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1.绪论  9-19
  1.1 研究的背景和意义  9-11
  1.2 结构健康监测系统  11-13
  1.3 国内外研究现状与存在问题  13-17
    1.3.1 国外发展状况  13-15
    1.3.2 国内发展现状  15-16
    1.3.3 目前存在的问题  16-17
  1.4 本文的主要工作  17-19
2.基于光纤光栅门式起重机结构健康监测硬件系统设计  19-28
  2.1 健康监测中的传感系统设计  19-24
    2.1.1 传感元件选择  19-21
    2.1.2 光纤光栅传感器工作原理  21-24
  2.2 光纤光栅传感解调系统原理  24-27
    2.2.1 宽带光源(BBS)  25
    2.2.2 光耦合器件  25
    2.2.3 解调系统  25-27
  2.3 小结  27-28
3.基于光纤光栅门式起重机健康监测软件系统设计  28-41
  3.1 结构健康监测系统的一般设计流程与原则  28-29
  3.2 门式起重机结构健康监测系统设计框图  29-30
  3.3 门式起重机健康监测软件系统设计  30-32
    3.3.1 监测软件需求分析  30-31
    3.3.2 健康监测软件功能模块  31-32
  3.4 健康监测软件功能实现  32-39
    3.4.1 数据采集模块功能实现  32-35
    3.4.2 数据库设计与实现  35-38
    3.4.3 门式起重机健康监测系统界面  38-39
  3.5 小结  39-41
4. 基于时间序列分析的门式起重机主梁损伤预警系统研究  41-56
  4.1 预警系统概述  41-42
  4.2 门式起重机主梁预警系统构建  42-44
    4.2.1 预警系统构建过程  42-43
    4.2.2 预警指标体系  43-44
  4.3 基于时间序列分析的起重机主梁损伤预警方法研究  44-55
    4.3.1 时间序列模型预测方法概述  45-46
    4.3.2 基于时间序列模型的起重机主梁应变预测模型  46-54
    4.3.3 结构状态判断  54-55
  4.4 小结  55-56
5.基于光纤光栅传感的门式起重机健康监测实验系统  56-61
  5.1 基于光纤光栅门式起重机健康监测实验平台  56-57
  5.2 传感器布设点的选取  57-58
  5.3 应用基于光纤光栅的门式起重机健康监测软件对其监测  58-59
  5.4 对模型主梁变形的预警实现  59-61
6.结论  61-63
  6.1 结论  61
  6.2 展望  61-63
参考文献  63-68
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的成果  68-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 起重机械与运输机械 > 起重机械 > 自行式起重机 > 龙门式（门式）
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