CN102323024A - 深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统 - Google Patents

深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102323024A
CN102323024A CN201110143662A CN201110143662A CN102323024A CN 102323024 A CN102323024 A CN 102323024A CN 201110143662 A CN201110143662 A CN 201110143662A CN 201110143662 A CN201110143662 A CN 201110143662A CN 102323024 A CN102323024 A CN 102323024A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical fiber
riser model
vortex
optical
demodulator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201110143662A
Other languages
English (en)
Inventor
付世晓
周青
宋斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN201110143662A priority Critical patent/CN102323024A/zh
Publication of CN102323024A publication Critical patent/CN102323024A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

一种海洋工程技术领域的深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统，由依次级联的光纤光栅传感组件、光纤扩展槽、光纤解调仪、无线传输模块和光信号数据采集器组成，其中：光纤光栅传感组件与立管模型连接，光纤扩展槽、光纤解调仪、无线传输模块和光信号数据采集器均设置于拖车上，光纤光栅传感组件产生光信号，光信号通过光纤扩展槽进入光纤解调仪，光纤解调仪把光信号调解为数字信号，光信号数据采集器记录、分析和储存数字信号。本发明能够实现远程控制采集立管涡激振动产生的应变和受力情况，并对数据进行实时分析和储存。

Description

深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统
技术领域
本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的装置，具体是一种深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统。
背景技术
根据流体力学知识，将柱状结构物置于一定速度的来流当中，其两侧会发生交替泻涡。与漩涡的生成和泻放相关联，柱体会受到横向和流向的脉动压力。如果此时柱体是弹性支撑的，那么脉动流体力会引发柱体的振动，柱体的振动反过来又会改变其尾流结构。这种流体结构物相互作用的问题称为涡激振动。例如在海流的作用下，悬置于海中的海洋平台立管、拖缆、海底管线、spar平台的浮筒、系泊缆索等柔性管件上会出现涡激振动现象，将会导致柔性管件的疲劳破坏。
目前为止，对柔性管件涡激振动现象的研究最重要的方法之一就是模型试验方法。通常将立管模型置于一定流速的水流中，使其发生涡激振动，需要测得立管模型的受力、运动、应变、频率等参数。
经过对现有技术文献的检索发现，目前的涡激振动试验一般用加速度计测量立管模型运动，采用应变片测量涡激振动产生的应变，很少测量立管模型的受力情况。在2005年第21期《Journal of Fluids and Structures》杂志中的论文“Experiment investigation of vortex-inducedvibration of Long risers”(细长立管涡激振动响应的实验研究)是关于柔性管件涡激振动实验研究的，文中提到一种涡激振动试验测量分析技术，通过在在立管表面布置加速度传感器来测量立管的运动，在立管壁上布置光栅应变片测量立管的应变量。经分析，该立管模型制作技术的不足之处在于：1、加速度传感器具有一定重量，布置在立管模型表面会增加立管质量，影响立管的涡激振动特性。2、不能实时测量立管模型的受力情况。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统，该系统能够实现远程控制采集立管涡激振动产生的应变和受力情况，并对数据进行实时分析和储存。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明是由依次级联的光纤光栅传感组件、光纤扩展槽、光纤解调仪、无线传输模块和光信号数据采集器组成，其中：光纤光栅传感组件与立管模型连接，光纤扩展槽、光纤解调仪、无线传输模块和光信号数据采集器均设置于拖车上，光纤光栅传感组件产生光信号，光信号通过光纤扩展槽进入光纤解调仪，光纤解调仪把光信号调解为数字信号，光信号数据采集器记录、分析和储存数字信号。
所述的光纤光栅传感组件由四根防水封装的光纤串组成，每根光纤串沿立管模型轴向排布且与立管模型表面连接。
所述的光纤串包括：若干个光栅应变片和连接光纤，其中：若干个光栅应变片均匀分布于连接光纤上且光栅应变片与立管模型管口不接触。
本发明的光纤光栅应变传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗干扰的特点，同根光纤上能够制作多个光纤光栅应变传感器，光纤光栅应变传感器粘贴在立管模型表面几乎不改变立管特性，因此测得的应变数据真实可靠。本发明采用无线路由器，测量距离增大，能够实现远程控制采集。
所述拖车和立管模型均为已有试验设施，拖车能够实现双向的不同速度下的匀速直线运动，能够模拟不同流速的来流，立管模型为涡激振动试验中为了模拟实际深海立管所制作的细长管状模型。
附图说明
图1是本发明光信号数据采集系统的连接框图。
图2是光纤光栅传感组件的结构示意图。
图3是本发明电信号数据采集系统的连接框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例包括：光信号数据采集系统和电信号数据采集系统，光信号数据采集系统用来测量分析深海立管模型的应变，电信号数据采集系统用来测量深海立管模型的三向受力情况。
如图1所示，所述光信号数据采集系统由依次级联光纤光栅传感组件1、光纤扩展槽2、光纤解调仪3、无线传输模块4和光信号数据采集器5组成，其中：光纤光栅传感组件1与立管模型连接，光纤扩展槽2、光纤解调仪3、无线传输模块4和光信号数据采集器5均设置于拖车上，光纤光栅传感组件1产生光信号，光信号通过光纤扩展槽2进入光纤解调仪3，光纤解调仪3把光信号调解为数字信号，光信号数据采集器5记录、分析和储存数据。
如图2所示，所述的光纤光栅传感组件1由四根光纤串6组成，每根光纤串6沿立管模型轴向排布且与立管模型表面连接，光纤串6采用防水封装方法封装。
如图1和图2所示，所述的光纤解调仪3能够同时测量每根光纤串6反射回的光信号。
如图2所示，所述的光纤串6包括：若干个光栅应变片7和连接光纤8，其中：若干个光栅应变片7均匀分布于连接光纤8上且光栅应变片7与立管模型管口不接触。
如图1所示，所述的光栅应变片7采用表面安装式应变计。
所述的无线传输模块4采用光信号无线路由器。
如图3所示，所述电信号数据采集系统由依次级联的三分力传感器9、电压信号放大器10、模拟数字转换器11、电信号无线路由器12和电信号数据采集器13组成，其中：三分力传感器9设置于立管模型两端，电压信号放大器10、模拟数字转换器11、电信号无线路由器12和电信号数据采集器13均设置于拖车上。
所述的三分力传感器9采用电阻应变式传感器。
如图1和图3所示，本装置连接完毕后，当水流以一定流速通过试验立管模型，立管模型会发生涡激振动时，位于立管模型表面的光栅应变片7会发生相应的变形，从而产生光信号，光信号进过光纤扩展槽2传递到光纤解调仪3，光纤解调仪3把光信号解调为数字信号，通过无线传输模块4发送给数据光信号数据采集器5，通过光信号数据采集器5的程序可自动记录、分析、储存数据。同时立管模型也会受到阻力，三分力传感器5能够测量立管模型受到的力，以电信号的形式经电压信号放大器10放大，再通过模拟数字转换器11将电信号转化为数字信号，通过无线传输模块4发送给电信号数据采集器13，通过电信号数据采集器13预装的程序可自动记录、分析、储存数据。

Claims (3)

1.一种深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统，其特征在于，由依次级联的光纤光栅传感组件、光纤扩展槽、光纤解调仪、无线传输模块和光信号数据采集器组成，其中：光纤光栅传感组件与立管模型连接，光纤扩展槽、光纤解调仪、无线传输模块和光信号数据采集器均设置于拖车上，光纤光栅传感组件产生光信号，光信号通过光纤扩展槽进入光纤解调仪，光纤解调仪把光信号调解为数字信号，光信号数据采集器记录、分析和储存数字信号。
2.根据权利要求1所述的深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统，其特征是，所述的光纤光栅传感组件由四根防水封装的光纤串组成，每根光纤串沿立管模型轴向排布且与立管模型表面连接。
3.根据权利要求2所述的深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统，其特征是，所述的光纤串包括：若干个光栅应变片和连接光纤，其中：若干个光栅应变片均匀分布于连接光纤上且光栅应变片与立管模型管口不接触。
CN201110143662A 2011-05-31 2011-05-31 深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统 Pending CN102323024A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110143662A CN102323024A (zh) 2011-05-31 2011-05-31 深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110143662A CN102323024A (zh) 2011-05-31 2011-05-31 深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102323024A true CN102323024A (zh) 2012-01-18

Family

ID=45450813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110143662A Pending CN102323024A (zh) 2011-05-31 2011-05-31 深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102323024A (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102620898A (zh) * 2012-03-23 2012-08-01 中国海洋大学 一种海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统
CN102636326A (zh) * 2012-04-10 2012-08-15 中国海洋大学 一种深水立管尾流振动试验方法
CN103353382A (zh) * 2013-07-10 2013-10-16 天津大学 一种深海顶张力立管参激-涡激联合振动疲劳分析方法
CN104508422A (zh) * 2012-05-30 2015-04-08 赛创尼克株式会社 通过对海洋结构物的气体力学、流体力学环境内外力、船体应力、六自由度运动及位置的实时测量监视及预测控制的燃料节减、安全运用及维护信息提供系统及方法
CN105157943A (zh) * 2015-10-22 2015-12-16 西南石油大学 一种基于明渠实验水槽的悬挂柔性立管涡激振动测试方法
CN105758363A (zh) * 2016-05-11 2016-07-13 西南交通大学 一种振动台试验中测量土体分层应变的应变带
CN112697059A (zh) * 2020-12-09 2021-04-23 山东省科学院激光研究所 面向水下松软介质的光纤地形变传感器
CN112696401A (zh) * 2019-10-23 2021-04-23 山东科技大学 一种基于自动化预警机制的深海立管主动抑振控制系统
CN115859748A (zh) * 2023-02-15 2023-03-28 山东科技大学 一种拖曳式温盐深测量仪柔性缆绳涡激振动分析方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1484056A (zh) * 2002-09-19 2004-03-24 欧进萍 纤维增强塑料－光纤光栅复合传感筋
CN201387376Y (zh) * 2009-03-24 2010-01-20 唐广宁 一种挠度监测系统
CN101876584A (zh) * 2009-11-18 2010-11-03 中国海洋石油总公司 深海细长柔性立管涡激振动实验的立管模型端部固定装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1484056A (zh) * 2002-09-19 2004-03-24 欧进萍 纤维增强塑料－光纤光栅复合传感筋
CN201387376Y (zh) * 2009-03-24 2010-01-20 唐广宁 一种挠度监测系统
CN101876584A (zh) * 2009-11-18 2010-11-03 中国海洋石油总公司 深海细长柔性立管涡激振动实验的立管模型端部固定装置

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102620898A (zh) * 2012-03-23 2012-08-01 中国海洋大学 一种海洋立管涡激振动试验中施加内流与顶张力的系统
CN102636326A (zh) * 2012-04-10 2012-08-15 中国海洋大学 一种深水立管尾流振动试验方法
CN102636326B (zh) * 2012-04-10 2015-04-22 中国海洋大学 一种深水立管尾流振动试验方法
CN104508422B (zh) * 2012-05-30 2019-05-21 赛创尼克株式会社 监视海洋结构物的物理变化的系统及方法
CN104508422A (zh) * 2012-05-30 2015-04-08 赛创尼克株式会社 通过对海洋结构物的气体力学、流体力学环境内外力、船体应力、六自由度运动及位置的实时测量监视及预测控制的燃料节减、安全运用及维护信息提供系统及方法
CN103353382A (zh) * 2013-07-10 2013-10-16 天津大学 一种深海顶张力立管参激-涡激联合振动疲劳分析方法
CN105157943A (zh) * 2015-10-22 2015-12-16 西南石油大学 一种基于明渠实验水槽的悬挂柔性立管涡激振动测试方法
CN105157943B (zh) * 2015-10-22 2017-06-27 西南石油大学 一种基于明渠实验水槽的悬挂柔性立管涡激振动测试方法
CN105758363A (zh) * 2016-05-11 2016-07-13 西南交通大学 一种振动台试验中测量土体分层应变的应变带
CN112696401A (zh) * 2019-10-23 2021-04-23 山东科技大学 一种基于自动化预警机制的深海立管主动抑振控制系统
CN112696401B (zh) * 2019-10-23 2024-04-16 山东科技大学 一种基于自动化预警机制的深海立管主动抑振控制系统
CN112697059A (zh) * 2020-12-09 2021-04-23 山东省科学院激光研究所 面向水下松软介质的光纤地形变传感器
CN112697059B (zh) * 2020-12-09 2022-05-31 山东省科学院激光研究所 面向水下松软介质的光纤地形变传感器
CN115859748A (zh) * 2023-02-15 2023-03-28 山东科技大学 一种拖曳式温盐深测量仪柔性缆绳涡激振动分析方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102323024A (zh) 深海柔性立管模型涡激振动试验测量分析系统
CN101504324B (zh) 拉索运营状态智能判别方法及系统
CN202033164U (zh) 一种海底管道均匀流涡激振动模拟试验装置
CN102147321A (zh) 一种海底管道均匀流涡激振动模拟试验装置
CN102966086A (zh) 一种多桥静力触探设备及多桥静力触探试验方法
CN102072805B (zh) 阶梯剪切流下斜置立管的涡激振动旋转测试装置
CN102507743A (zh) 一种桥梁预应力孔道灌浆密实度无损检测方法
CN102607787A (zh) 一种测试内流对海洋立管动力特性影响的试验方法
RU2442891C1 (ru) Комплексный прибор для исследования скважин
Lie et al. Comprehensive riser VIV model tests in uniform and sheared flow
CN112265657B (zh) 一种基于光纤传感的航天器地面环境试验测试系统
CN102109405A (zh) 双向剪切流和双向阶梯剪切流下立管的涡激振动测试装置
CN102053001A (zh) 均匀流和阶梯均匀流下竖置立管的涡激振动旋转测试装置
CN102053000A (zh) 剪切流下斜置立管的涡激振动旋转测试装置
JP6465034B2 (ja) 信号解析装置、加振力測定システム、信号解析方法および信号解析プログラム
CN102323023B (zh) 实雷诺数涡激振动试验柔性立管模型
CN101839781A (zh) 悬索桥主缆状态快速识别方法及装置
EP2902584B1 (en) An offshore pipe monitoring system
CN202100254U (zh) 油气井无缆信号传输系统
CN104407375A (zh) 地震预测仪地下探头
US11572770B2 (en) System and method for determining load and displacement of a polished rod
CN102305065A (zh) 油气井无缆信号传输方法及其系统
KR101472827B1 (ko) 해양 구조물의 물리적 변화를 실시간 모니터링 및 제어하는 시스템 및 그 방법
CN103104272B (zh) 一种锚杆预紧力无损动力检测装置及其检测方法
CN202991008U (zh) 一种用于模拟底部钻具组合力学特性的测力装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20120118