CN110763276A - 一种烟塔合一钢结构间冷塔健康监测系统 - Google Patents

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杨富鑫
王小良
余喆
韩飙
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Abstract

本发明公开了一种烟塔合一钢结构间冷塔健康监测系统，包括应变传感器、温度传感器、风压传感器、小型气象站、变形传感器、信号收发器、光纤光栅调节仪、串口卡、工控机、核心交换机及数据服务器客户端；采用光栅阵列传感和北斗导航测位移技术，通过光栅阵列传感器，风压传感器，应变传感器，变形传感器，包含了结构监测的主要物理测点，并通过小型气象站兼顾外部环境因素变化，综合考评钢塔结构受力状态；在数据服务器客户端开发了采集程序和展示WEB软件，能够做到长期在线实时监测，及时把握结构的安全状态，提前预知系统状态，具有测量精确度高，传输距离远，监测周期长，稳定性好的优点。

Description

一种烟塔合一钢结构间冷塔健康监测系统
技术领域
本发明属于工程健康监测领域，具体涉及一种烟塔合一钢结构间冷塔健康监测系统。
背景技术
间冷塔是是火力发电工程中的主要建筑之一。对间冷塔使用期间进行观测，掌握钢结构间冷塔的应力、变形等情况，监测塔体在极端温度、风速和地震作用下的响应，确定结构的动力特性及其在结构服役期间的变化，及时把握结构的安全状态对间冷塔的安全运行具有极其重要的意义。钢结构间冷塔是冷却系统中的创新性结构体系，其受力特性、使用效果等均未有一手测量结果及参考资料。
现有的常规健康监测手段主要是电类传感器，它们虽在大型工程结构的施工质量控制及竣工验收中得到广泛应用，但就对结构的长期、实时、在线监测而言，存在不足：在温度监测中，传统的电阻应变片传感元件受环境影响较大，如电磁干扰、潮湿、化学腐蚀等都会使其零点发生长期漂移，因此长期应变测试的结果会严重失真；在应变的监测中，短期观测可使用电阻应变片式的应变砖，而工程中更多地使用振弦式应变传感器。后者输出信息为频率特征，不受导线长度的影响，灵敏度和稳定性也较好。但由于钢弦丝长期处于张紧状态，蠕变现象十分严重，国产钢弦应变传感器的正常使用期为3年左右。总之，上述常规的电类传感检测手段存在传感元件寿命短，测量易受环境影响、不能进行分布测量等缺点，因而均不能实现对重大工程结构安全状态的长期监测。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明提供了一种监测全面，使用寿命长，监测精度高的间冷塔健康监测系统，本发明所采用的技术方案是：
一种烟塔合一钢结构间冷塔健康监测系统，其特征在于：包括应变传感器、温度传感器、风压传感器、小型气象站、变形传感器、信号收发器、光纤光栅调节仪、串口卡、工控机、核心交换机及数据服务器客户端；
所述的应变传感器、温度传感器均为光栅阵列传感器分别与光纤光栅调节仪通过信号连接，所述的光纤光栅调节仪依次与工况机及核心交换机信号连接；
风压传感器、小型气象站、变形传感器分别通过信号收发器与串口卡连接，串口卡再与工控机信号连接；
工控机、核心交换机及数据服务器客户端依次信号连接。
进一步的，组成所述的应变传感器的光栅阵列传感器分布在间冷塔内部钢结构上，沿间冷塔高度方向分层设置，且每层的应变传感器沿间冷塔周向均布；组成所述的温度传感器的光栅阵列传感器分布在各散热三角内且沿散热三角高度方向均布。
进一步的，所述的变形传感器为一组GNSS传感器，这组GNSS传感器包括均布在塔顶上的参考点以及一个设置在地面固定位置的基准点，通过北斗系统监测传感器监位置变化监测间冷塔的变形，该变形传感器对间冷塔的静态基线结算精度、快速静态基线精度及动态点位进行检测，该变形传感器具有实时RTK功能且最大采样频率不低于1Hz；所述的风压传感器为一组且分布在间冷塔外部钢结构上，这组所述的风压传感器沿间冷塔高度方向分层设置，且每层的风压传感器沿间冷塔周向均布，该组风压传感器用于检测间冷塔上不同方向以及高度位置受到的风压变化。
进一步的，所述的小型气象站型号为A-BA1气象站，该小型气象站设置在间冷塔周围的空地上，该小型气象站对环境温度、风速和风向进行监测；在间冷塔塔顶周向均布有超声风速仪对塔顶风速进行监测。
进一步的，所述的数据服务器客户端具有采集程序和展示WEB软件，采集程序对传感器数据进行采集、过滤、转换后入库；展示WEB软件为监测系统，包括结构检测、环境监测、预警报警、报表管理和权限管理。
本发明是一种烟塔合一钢结构间冷塔健康监测系统，是集温度、应力(应变)、风压、地面温度，风速，风向，塔顶风速等气象和结构变形多功能于一体的健康监测系统，利用温度(应变)光栅阵列传感及北斗导航位移监测新技术，通过数据采集及软件智能控制，旨在实时长期监控钢结构间冷塔的应力、变形等情况，并监测塔体在极端温度、风速和地震作用下的响应，能够做到长期在线实时监测，及时把握结构的安全状态，提前预知系统状态，具有测量精确度高，传输距离远，监测周期长，稳定性好的优点。
附图说明
图1为本发明系统框图；
图中：1、应变传感器；2、温度传感器；3、风压传感器；4、小型气象站；5、变形传感器；6、信号收发器；7、光纤光栅调节仪；8、串口卡；9、工控机；10、核心交换机及数据服务器客户端。
具体实施方式
如图1所示的烟塔合一钢结构间冷塔健康监测系统框图，包括应变传感器、温度传感器、风压传感器、小型气象站、变形传感器、信号收发器、光纤光栅调节仪、串口卡、工控机、核心交换机及数据服务器客户端。
其中应变传感器和温度传感器均为采用光纤串联一组光栅传感器形成光栅阵列传感器，光栅阵列传感器是在生产光纤的过程中，连续多点写入传感光栅，光栅间无需焊接，无接点损耗，可避免传统光栅制备需剥除涂覆层工艺，提高光纤的机械强度，应变传感器和温度传感器通过光栅调节仪与核心交换机信号连接。组成应变传感器的这组光栅传感器分布在间冷塔内部钢结构上，其沿间冷塔高度方向分层分布，每层中的应变传感器沿间冷塔周向均布，间冷塔局部产生应变变形时该部位应变传感器则会将变形量的光信号传递至光栅调节仪，光栅调节仪将光信号处理为电信号传递给核心交换机，核心交换机再传递至数据服务器客户端实施显示，对间冷塔整体局部应力变形进行监控和报警。组成温度传感器的这组光栅传感器均布在各冷却三角内，对冷却三角内温度进行实时监测，各冷却三角内的实时温度变化通过温度传感器各监测点进行监测，构成温度传感器的光栅阵列传感器将光信号传递至光栅调节仪，由光栅调节仪将光信号处理为电信号传递给核心交换机，核心交换机再传递至数据服务器客户端实施显示，对间冷塔冷却三角温度进行监控和报警。该系统中客户端开发了采集程序以及WEB软件，且于热电厂DCS系统关联，在温度检测方面，通过温度传感器检测的温度传递到客户端进行监测，通过DCS系统控制冷却三角的百叶窗开合度来控制冷却三角内温度。
在该系统中风压传感器、小型气象站、变形传感分别通过信号收发器与串口卡连接，串口卡与工控机信号连接，工控机、核心交换机以及数据服务器客户端依次信号连接。
变形传感器为GNSS传感器，该变形传感器为包括一组均布在塔顶上的参考点以及一个设置在地面固定位置的基准点，该变形传感器与北斗系统配合监测间冷塔的变形，具体由北斗系统通过对参考点与基准点坐标变化来检测间冷塔的变形情况，该变形传感器对间冷塔的静态基线结算精度、快速静态基线精度及动态点位进行检测，该变形传感器具有实时RTK功能且最大采样频率不低于1Hz。
风压传感器包括一组且分布在间冷塔外壁上，该组风压传感器沿间冷塔高度方向分层分布，每层中的风压传感器又沿着间冷塔周向均布(每30°一个风压传感器)，通过这组风压传感器来监测间冷塔高度方向和周向上的风压变化。
小型气象站采用A-BA1小型气象站，该小型气象站置于间冷塔外围的空地上对环境温度、风速和风向进行监测，在间冷塔顶部还设有超声风速仪，由于间冷塔离地高度高，顶部风速和地面风速相差较大，采用超声风速仪可以对间冷塔顶部风速和风向进行实时监测。
通过以上各传感器以及检测设备实现了对间冷塔全方位以及各性能的实时监测，确保间冷塔的安全。

Claims (5)

1.一种烟塔合一钢结构间冷塔健康监测系统，其特征在于：包括应变传感器(1)、温度传感器(2)、风压传感器(3)、小型气象站(4)、变形传感器(5)、信号收发器(6)、光纤光栅调节仪(7)、串口卡(8)、工控机(9)、核心交换机及数据服务器客户端(10)；
所述的应变传感器(1)、温度传感器(2)均为光栅阵列传感器分别与光纤光栅调节仪(7)通过信号连接，所述的光纤光栅调节仪(7)依次与工况机(9)及核心交换机(10)信号连接；
风压传感器(3)、小型气象站(4)、变形传感器(5)分别通过信号收发器(6)与串口卡(8)连接，串口卡(8)再与工控机(9)信号连接；
工控机(9)、核心交换机及数据服务器客户端(10)依次信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种烟塔合一钢结构间冷塔健康监测系统，其特征在于：组成所述的应变传感器(1)的光栅阵列传感器分布在间冷塔内部钢结构上，沿间冷塔高度方向分层设置，且每层的应变传感器沿间冷塔周向均布；组成所述的温度传感器(2)的光栅阵列传感器分布在各散热三角内且沿散热三角高度方向均布。
3.根据权利要求1所述的一种烟塔合一钢结构间冷塔健康监测系统，其特征在于：所述的变形传感器(5)为一组GNSS传感器，这组GNSS传感器包括均布在塔顶上的参考点以及一个设置在地面固定位置的基准点，通过北斗系统监测传感器监位置变化监测间冷塔的变形，该变形传感器对间冷塔的静态基线结算精度、快速静态基线精度及动态点位进行检测，该变形传感器具有实时RTK功能且最大采样频率不低于1Hz；所述的风压传感器为一组且分布在间冷塔外部钢结构上，这组所述的风压传感器沿间冷塔高度方向分层设置，且每层的风压传感器沿间冷塔周向均布，该组风压传感器用于检测间冷塔上不同方向以及高度位置受到的风压变化。
4.根据权利要求1所述的一种烟塔合一钢结构间冷塔健康监测系统，其特征在于：所述的小型气象站型号为A-BA1气象站，该小型气象站设置在间冷塔周围的空地上，该小型气象站对环境温度、风速和风向进行监测；在间冷塔塔顶周向均布有超声风速仪对塔顶风速进行监测。
5.根据权利要求1所述的一种烟塔合一钢结构间冷塔健康监测系统，其特征在于：所述的数据服务器客户端具有采集程序和展示WEB软件，采集程序对传感器数据进行采集、过滤、转换后入库；展示WEB软件为监测系统，包括结构检测、环境监测、预警报警、报表管理和权限管理。
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