CN113504019A - 船体挠度激光测量系统、安装方法及挠度测量方法 - Google Patents

船体挠度激光测量系统、安装方法及挠度测量方法 Download PDF

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夏劲松
赵南
祁恩荣
徐春
金言
李飞
卞鑫
蒋彩霞
刘俊杰
董海波
王子渊
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702th Research Institute of CSIC
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    • G01M5/005—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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Abstract

本发明涉及一种船体挠度激光测量系统、安装方法及挠度测量方法，包括激光发生装置、与激光发生装置相对应的反射装置，所述激光发射装置包括基座、配套在基座上的预紧件，所述预紧件上对应安装有激光位移传感器，所述反射装置与激光发生器之间预留测量距离，反射装置朝向激光发生装置一侧为倾斜面，该倾斜面与船体地板之间呈钝角设置，且倾斜面上设有反射膜，激光位移传感器所发出激光对应打在反射装置的倾斜面上。通过利用激光位移传感器的长程、高精度位移测量能力并配合反射装置，测量激光发生装置的初始位置A点对应B点之间的相对垂直位移，该相对垂向位移就能够体现出挠度的变化。

Description

船体挠度激光测量系统、安装方法及挠度测量方法
技术领域
本发明涉及船体挠度测试技术领域，尤其是一种船体挠度激光测量系统、安装方法及挠度测量方法。
背景技术
船舶在高海情状态下航行时，在垂向、水平及扭转载荷联合作用下，船体结构容易产生较大的挠曲变形，影响结构安全性能，同时对于船上高精度设备、武器装备而言，船体结构变形将对其产生不利影响。因此，精确测量船体变形对评估船体结构强度和设备安全稳定性具有重要意义。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的船体挠度激光测量系统、安装方法及挠度测量方法，利用激光位移传感器的长程、高精度位移测量能力配合反射装置，测量主船体各站位测点的相对垂向、横向结构变形，从而精确测得船体纵向及横向挠度值。
本发明所采用的技术方案如下：
一种船体挠度激光测量系统，包括激光发生装置、与激光发生装置相对应的反射装置，
所述激光发射装置包括基座、配套在基座上的预紧件，所述预紧件上对应安装有激光位移传感器，
所述反射装置与激光发生器之间预留测量距离，反射装置朝向激光发生装置一侧为倾斜面，该倾斜面与船体地板之间呈钝角设置，且倾斜面上设有反射膜，
激光位移传感器所发出激光对应打在反射装置的倾斜面上。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述预紧件包括套设在基座上且沿竖直方向往复调节的预紧抱箍、固定安装在抱箍上的横杆，所述横杆位于水平面内，以横杆为安装基准安装激光位移传感器。
所述反射装置的倾斜面与船体地板之间的夹角取值120°、135°或150°。
反射装置的倾斜面与船体地板之间的夹角取值135°。
所述激光位移传感器与横杆之间通过固定架限位连接，所述激光位移传感器安装在固定架内。
一种船体挠度激光测量系统的安装方法，包括如下步骤：
根据实际船长宽和测试需求，确定基座和反射装置的位置，要求基座和反射装置共线；通过点焊或胶接方式将基座、反射装置固定安装在船体地板上；将带有横杆的预紧件安装在基座上，将激光位移传感器固定在横杆上；竖直方向上调节横杆，观察激光位移传感器所发出光源的高度方向，使激光点落在反射装置斜面的水平方向中点上或；锁紧预紧件；调节固定架位置，再次确认激光点落在反射装置斜面的水平方向中点上；将激光位移传感器连接上动态信号采集装置，通过数据线连接到计算机上。
一种利用船体挠度激光测量系统的测量方法，包括如下步骤：令激光发生装置所在位置为A点，反射装置上的激光点初始位置为B点，dz满足如下两个公式：
dz＝dA-dB
dz＝LA*sinα；
式中：
dz为A、B两点之间的相对垂向位移；
dA为A点的竖直高度；
dB为B点的竖直高度；
LA为A点以B点为基准在斜面上移动的距离；
α为斜面与水平面之间的夹角。
本发明的有益效果如下：
本发明结构简单、合理，操作方便，通过利用激光位移传感器的长程、高精度位移测量能力并配合反射装置，以激光点落在反射装置上的初始位置为基准点，测量激光发生装置的初始位置A点对应B点之间的相对垂直位移，该相对垂向位移就能够体现出挠度的变化。
本发明中，将发射装置的斜面设置为45度斜面，这样水平和竖直方向上的位移是相等的，一旦出现设备故障，难以直接获取水平或竖直方向上的距离变化时，可以通过测量斜面上的距离L，再由三角函数计算得出，由于30度、60度和45度的三角函数计算较为简单，且45度的正余弦函数相同，因此选取45度最易于计算操作。
且提供了两个计算公式，能够由两个计算得数进行比较确认，提高精确程度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的预紧件结构示意图。
图3为本发明的原理示意图。
其中：1、激光发生装置；2、反射装置；
101、基座；102、激光位移传感器；103、预紧抱箍；104、横杆；105、固定架。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1-图3所示，本实施例的船体挠度激光测量系统，包括激光发生装置1、与激光发生装置1相对应的反射装置2，
激光发射装置包括基座101、配套在基座101上的预紧件，预紧件上对应安装有激光位移传感器102，
反射装置2与激光发生器之间预留测量距离，反射装置2朝向激光发生装置1一侧为倾斜面，该倾斜面与船体地板之间呈钝角设置，且倾斜面上设有反射膜，
激光位移传感器102所发出激光对应打在反射装置2的倾斜面上。
预紧件包括套设在基座101上且沿竖直方向往复调节的预紧抱箍103、固定安装在抱箍上的横杆104，横杆104位于水平面内，以横杆104为安装基准安装激光位移传感器102。
反射装置2的倾斜面与船体地板之间的夹角取值120°、135°或150°。
反射装置2的倾斜面与船体地板之间的夹角取值135°。
激光位移传感器102与横杆104之间通过固定架105限位连接，激光位移传感器102安装在固定架105内。
本实施例的船体挠度激光测量系统的安装方法，包括如下步骤：
根据实际船长宽和测试需求，确定基座101和反射装置2的位置，要求基座101和反射装置2共线；通过点焊或胶接方式将基座101、反射装置2固定安装在船体地板上；将带有横杆104的预紧件安装在基座101上，将激光位移传感器102固定在横杆104上；竖直方向上调节横杆104，观察激光位移传感器102所发出光源的高度方向，使激光点落在反射装置2斜面的水平方向中点上或；锁紧预紧件；调节固定架105位置，再次确认激光点落在反射装置2斜面的水平方向中点上；将激光位移传感器102连接上动态信号采集装置，通过数据线连接到计算机上。
一种利用权利要求1所述的船体挠度激光测量系统的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：令激光发生装置1所在位置为A点，反射装置2上的激光点初始位置为B点，dz满足如下两个公式：
dz＝dA-dB
dz＝LA*sinα；
式中：
dz为A、B两点之间的相对垂向位移；
dA为A点的竖直高度；
dB为B点的竖直高度；
LA为A点以B点为基准在斜面上移动的距离；
α为斜面与水平面之间的夹角。
本实施例的具体结构及工作原理如下：
如图1所示，本发明中的基座采用圆台底带有竖直杆件的结构，在竖直杆件部分活动安装预紧抱箍，预紧抱箍沿着竖直杆件往复移动调节高度；在预紧抱箍面向反射装置的一侧安装有横杆，横杆垂直于竖直杆件设置，在横杆上方设有固定架，固定架采用中空立方体，在立方体的腔室内部安装激光位移传感器。
激光发生装置所发出的激光点落在反射装置的斜面上，把这个初始位置定下的点记为B点，B点与激光位移传感器之间的连线垂直于反射装置的底边。
开始测试时，把激光发生装置落在反射装置上的偏离B点的点记为A点，通常情况下，由激光位移传感器自身功能测出竖直移动距离dz，本发明中，由于将斜面设定为45度倾斜度，还能够根据A、B两点之间的斜面上连线距离计算得出dz，起到辅助验算或故障时替代测量的作用。
在实船高海情试验中，利用激光位移传感器的长程、高精度位移测量能力，以及带反射膜的45°斜面反射装置，测量A点和B点的相对垂向位移dz。当A点相对于B点发生向上的垂向位移dz时，在反射装置45°斜面上，A点和B点的距离增加dz；反之，当A点相对于B点发生向下的垂向位移dz时，在反射装置45°斜面上，A点和B点的距离减少dz。dz即为体现挠度的数值，dz的绝对值越大，形变程度越大。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (7)

1.一种船体挠度激光测量系统，其特征在于：包括激光发生装置(1)、与激光发生装置(1)相对应的反射装置(2)，
所述激光发射装置包括基座(101)、配套在基座(101)上的预紧件，所述预紧件上对应安装有激光位移传感器(102)，
所述反射装置(2)与激光发生器之间预留测量距离，反射装置(2)朝向激光发生装置(1)一侧为倾斜面，该倾斜面与船体地板之间呈钝角设置，且倾斜面上设有反射膜，
激光位移传感器(102)所发出激光对应打在反射装置(2)的倾斜面上。
2.如权利要求1所述的船体挠度激光测量系统，其特征在于：所述预紧件包括套设在基座(101)上且沿竖直方向往复调节的预紧抱箍(103)、固定安装在抱箍上的横杆(104)，所述横杆(104)位于水平面内，以横杆(104)为安装基准安装激光位移传感器(102)。
3.如权利要求1所述的船体挠度激光测量系统，其特征在于：所述反射装置(2)的倾斜面与船体地板之间的夹角取值120°、135°或150°。
4.如权利要求3述的船体挠度激光测量系统，其特征在于：反射装置(2)的倾斜面与船体地板之间的夹角取值135°。
5.如权利要求1所述的船体挠度激光测量系统，其特征在于：所述激光位移传感器(102)与横杆(104)之间通过固定架(105)限位连接，所述激光位移传感器(102)安装在固定架(105)内。
6.一种权利要求1所述的船体挠度激光测量系统的安装方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据实际船长宽和测试需求，确定基座(101)和反射装置(2)的位置，要求基座(101)和反射装置(2)共线；通过点焊或胶接方式将基座(101)、反射装置(2)固定安装在船体地板上；将带有横杆(104)的预紧件安装在基座(101)上，将激光位移传感器(102)固定在横杆(104)上；竖直方向上调节横杆(104)，观察激光位移传感器(102)所发出光源的高度方向，使激光点落在反射装置(2)斜面的水平方向中点上或；锁紧预紧件；调节固定架(105)位置，再次确认激光点落在反射装置(2)斜面的水平方向中点上；将激光位移传感器(102)连接上动态信号采集装置，通过数据线连接到计算机上。
7.一种利用权利要求1所述的船体挠度激光测量系统的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：令激光发生装置(1)所在位置为A点，反射装置(2)上的激光点初始位置为B点，dz满足如下两个公式：
dz＝dA-dB
dz＝LA*sinα；
式中：
dz为A、B两点之间的相对垂向位移；
dA为A点的竖直高度；
dB为B点的竖直高度；
LA为A点以B点为基准在斜面上移动的距离；
α为斜面与水平面之间的夹角。
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