CN114166285A - 一种智能船体监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能船体监测系统及方法，该系统包括：光传感模块，光传感模块包括激光器、长标距光纤光栅和调制解调器，长标距光纤光栅通过衬底贴附于船体的内侧；数据采集模块，与调制解调器连接，数据采集模块用于采集调制解调器解调的长标距光纤光栅的波长漂移信息；数据分析模块，与数据采集模块连接，数据分析模块用于将波长漂移信息转化为应力信息，并根据应力信息判断船体的应力情况信息；显示预警模块，与数据分析模块连接，显示预警模块用于对应力情况信息进行显示和预警；该系统采用长标距光纤光栅对船体内部进行监测，能够大范围实时地监测船体内部的应力情况，并且能够通过显示预警模块进行显示和预警。

Description

一种智能船体监测系统及方法

技术领域

本发明属于船体监测技术领域，更具体地，涉及一种智能船体监测系统及方法。

背景技术

现代船舶越来越大，由于航程长，工作时间久，船舶的整体检修维护与日常监测是一个大问题，往往耗时耗力，却又不能免除。无论是机械故障还是船体的潜在损伤，一旦出现问题，造成的损失往往都是天文数字。随时监测船体的状况并进行评估就是一件非常重要的问题，然而目前对于船体情况的监测仍然面临着困难，一方面是监测成本问题，一方面是监测局限性的问题；目前对于船体的监测范围有限，并且对于船体内部的损伤难以进行及时有效地评估。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种智能船体监测系统，该系统采用长标距光纤光栅对船体内部进行监测，能够大范围实时地监测船体内部的应力情况，并且能够通过显示预警模块进行显示和预警。

为了实现上述目的，本发明提供一种智能船体监测系统，该系统包括：

光传感模块，所述光传感模块包括激光器、长标距光纤光栅和调制解调器，所述长标距光纤光栅通过衬底贴附于船体的内侧；

数据采集模块，与所述调制解调器连接，所述数据采集模块用于采集所述调制解调器解调的所述长标距光纤光栅的波长漂移信息；

数据分析模块，与所述数据采集模块连接，所述数据分析模块用于将所述波长漂移信息转化为应力信息，并根据所述应力信息判断所述船体的应力情况信息；

显示预警模块，与所述数据分析模块连接，所述显示预警模块用于对所述应力情况信息进行显示和预警。

可选地，所述数据分析模块内设置有数据存储单元和对比单元，所述数据存储单元内存储有设定应力信息，所述对比单元能够将所述应力信息和所述设定应力信息进行对比。

可选地，所述衬底的材料的热胀系数与所述船体内侧的材料的热胀系数相同。

可选地，所述显示预警模块包括显示器和声光报警器。

可选地，还包括振动波发生模块，所述振动波发生模块设置在所述船体的内侧，所述振动波发生模块包括主动发声器和变频器。

可选地，所述主动发声器包括低频发声器和高频发声器。

可选地，所述光传感模块能够检测所述船体的振动频谱，所述数据分析模块内设置有设定频谱，所述数据分析模块能够根据所述振动频谱和所述设定振动频谱的对比判断所述船体的损伤情况。

可选地，所述变频器能够使所述主动发声器的振动频率处于0.1-3000Hz。

本发明还提供一种智能船体监测方法，根据上述的智能船体监测系统，其特征在于，该方法包括：

在船体的内侧设置光传感模块；

采集所述光传感模块检测到的波长漂移信息；

将所述波长漂移信息转化为应力信息；

将所述应力信息与设定应力信息对比，获取船体的应力情况信息。

可选地，还包括：

在船体的内侧设置振动波发生模块，所述振动波发生模块包括主动发声器和变频器；

开启振动波发生模块，利用所述光传感模块检测所述船体的振动频谱；

将所述振动频谱与设定频谱对比，获取所述船体的损伤情况信息。

本发明提供一种智能船体监测系统及方法，其有益效果在于：

1、该系统采用长标距光纤光栅对船体内部进行监测，能够大范围实时地监测船体内部的应力情况，并且能够通过显示预警模块进行显示和预警；

2、该系统能在加装振动波发生模块的情况下，通过光传感模块检测船体的振动频谱，并利用该振动频谱与设定频谱进行对比，实现在船舶停运时也能够对船体的损伤情况进行检测，达到主动式智能船体监测的效果。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的一种智能船体监测系统的结构示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的一种智能船体监测方法的流程图。

附图标记说明：

1、光传感模块；2、激光器；3、长标距光纤光栅；4、调制解调器；5、数据采集模块；6、数据分析模块；7、显示预警模块；8、数据存储单元；9、对比单元；10、振动波发生模块；11、主动发声器；12、变频器。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明提供一种智能船体监测系统，该系统包括：

光传感模块，光传感模块包括激光器、长标距光纤光栅和调制解调器，长标距光纤光栅通过衬底贴附于船体的内侧；

数据采集模块，与调制解调器连接，数据采集模块用于采集调制解调器解调的长标距光纤光栅的波长漂移信息；

数据分析模块，与数据采集模块连接，数据分析模块用于将波长漂移信息转化为应力信息，并根据应力信息判断船体的应力情况信息；

显示预警模块，与数据分析模块连接，显示预警模块用于对应力情况信息进行显示和预警。

具体的，使用时将长标距光纤光栅作为一个整体，贴附于船体内侧，使之楔合，整体系统通过将激光器发出的激光输入到长标距光纤光栅形成传感网络，并将返回的光，经过调制解调器进行解调，调制解调器为光纤光栅调制解调器；得到的解调信号通过数据采集模块采集并通过数据分析模块将各位置长标距光纤光栅的波长漂移转化为船体的应力信息，并通过对应力信息的分析判断船体发生问题的位置，再通过显示预警模块进行显示和预警，并自动通知相关负责人；显示内容进行图形化处理，将发生问题的区域进行图形化显示，能够直接显示船体中存在问题的位置。

可选地，数据分析模块内设置有数据存储单元和对比单元，数据存储单元内存储有设定应力信息，对比单元能够将应力信息和设定应力信息进行对比。

具体的，对比单元能够将应力信息与数据库内的设定应力信息进行对比，对于超过设定应力信息的阈值的船体位置，再通过显示预警模块进行显示和预警。

可选地，衬底的材料的热胀系数与船体内侧的材料的热胀系数相同。

具体的，长标距光纤光栅根据船体内部的材料，选择具有相同热胀系数的材料作为衬底，将长标距光纤光栅两端附着在衬底的两端，增加长标距光纤光栅传感探测的范围。

可选地，显示预警模块包括显示器和声光报警器。

在一个示例中，还包括报警通讯模块，报警通讯模块能够将报警信息传输至工作人员。

可选地，还包括振动波发生模块，振动波发生模块设置在船体的内侧，振动波发生模块包括主动发声器和变频器。

具体的，振动波发生模块按需分布于船体内侧，并与船体内壁良好接触，在船体内壁上可以产生固定周期的振动，并需要进行良好的散热处理。

在一个示例中，数据采集模块内设置有控制单元，控制单元与振动波发生模块连接。

可选地，主动发声器包括低频发声器和高频发声器。

具体的，低频发声器发射的声振动低频部分可以由撞击式产生，高频发声器发射的声振动高频部分可以由压电陶瓷进行。

可选地，光传感模块能够检测船体的振动频谱，数据分析模块内设置有设定频谱，数据分析模块能够根据振动频谱和设定振动频谱的对比判断船体的损伤情况。

具体的，数据采集模块能够采集光传感模块检测的船体的振动频谱，而数据存储单元内能够储存设定好的设定振动频谱，利用数据分析模块将二者进行对比，可以判断船体的损伤情况；这种监测方式可以与通过应力信息与设定应力信息的对比判断船体的应力情况的监测方式可以同时进行，提高监测的准确性，这种监测方式也可以在船舶停运处于静止状态时对船体进行监测，通过振动波发生模块主动对船体发射声振动，使得对停运的船舶也能进行船体的监测，使得船体的日常检修成为可能，同时也可以对船体外部海洋生物的附着生长进行评估，以便于定期清理。

可选地，变频器能够使主动发声器的振动频率处于0.1-3000Hz。

具体的，采用的声振动频率越高，得到的位置精度越高，但是由于声波传输的距离近，可检测的范围较小；通过数据采集模块对变频器的输出频率进行步进扫描，利用主动发声器对整体船体进行网格化的声波扫描，从而解决上述探测精度与范围的问题。振动波发生模块的引入，使得船体的日常检修成为可能，同时也可以对船体外部海洋生物的附着生长进行评估，以便于定期清理。

本发明还提供一种智能船体监测方法，根据上述的智能船体监测系统，其特征在于，该方法包括：

在船体的内侧设置光传感模块；

采集光传感模块检测到的波长漂移信息；

将波长漂移信息转化为应力信息；

将应力信息与设定应力信息对比，获取船体的应力情况信息。

可选地，还包括：

在船体的内侧设置振动波发生模块，振动波发生模块包括主动发声器和变频器；

开启振动波发生模块，利用光传感模块检测船体的振动频谱；

将振动频谱与设定频谱对比，获取船体的损伤情况信息。

实施例

如图1所示，本发明提供一种智能船体监测系统，该系统包括：

光传感模块1，光传感模块包括激光器2、长标距光纤光栅3和调制解调器4，长标距光纤光栅3通过衬底贴附于船体的内侧；

数据采集模块5，与调制解调器4连接，数据采集模块5用于采集调制解调器4解调的长标距光纤光栅3的波长漂移信息；

数据分析模块6，与数据采集模块5连接，数据分析模块6用于将波长漂移信息转化为应力信息，并根据应力信息判断船体的应力情况信息；

显示预警模块7，与数据分析模块6连接，显示预警模块7用于对应力情况信息进行显示和预警。

在本实施例中，数据分析模块6内设置有数据存储单元8和对比单元9，数据存储单元8内存储有设定应力信息，对比单元9能够将应力信息和设定应力信息进行对比。

在本实施例中，衬底的材料的热胀系数与船体内侧的材料的热胀系数相同。

在本实施例中，显示预警模块7包括显示器和声光报警器。

在本实施例中，还包括振动波发生模块10，振动波发生模块10设置在船体的内侧，振动波发生模块10包括主动发声器11和变频器12。

在本实施例中，主动发声器11包括低频发声器和高频发声器。

在本实施例中，光传感模块1能够检测船体的振动频谱，数据分析模块6内设置有设定频谱，数据分析模块6能够根据振动频谱和设定振动频谱的对比判断船体的损伤情况。

在本实施例中，变频器12能够使主动发声器11的振动频率处于0.1-3000Hz。

如图2所示，本发明还提供一种智能船体监测方法，根据上述的智能船体监测系统，其特征在于，该方法包括：

在船体的内侧设置光传感模块；

采集光传感模块检测到的波长漂移信息；

将波长漂移信息转化为应力信息；

将应力信息与设定应力信息对比，获取船体的应力情况信息。

在本实施例中，还包括：

在船体的内侧设置振动波发生模块，振动波发生模块包括主动发声器和变频器；

开启振动波发生模块，利用光传感模块检测船体的振动频谱；

将振动频谱与设定频谱对比，获取船体的损伤情况信息。

综上，本发明提供的智能船体监测方法实施时，采用上述的智能船体监测系统，一方面，长标距光纤光栅3根据船体内部的材料，选择具有相同热胀系数的材料作为衬底，将长标距光纤光栅3两端附着在衬底的两端，增加长标距光纤光栅3传感探测的范围；使用时，将长标距光纤光栅3作为一个整体，贴附于船体内侧，使之楔合。整体系统通过将激光器2发出的激光输入到长标距光纤光栅3形成传感网络，并将返回的光，经过调制解调器4进行解调；得到的解调信号通过数据采集模块5采集并通过数据分析模块6将各位置长标距光纤光栅3的波长漂移转化为船体的应力信息，并将应力信息与数据库内的设定应力信息进行对比，对于超过设定应力信息的阈值的船体位置，再通过显示预警模块7进行显示和预警，并自动通知相关负责人。显示内容进行图形化处理，能够直接显示船体中存在问题的位置。

另一方面，该系统还设置有振动波发生模块10，振动波发生模块10按需分布于船体内侧，并与船体内壁良好接触，在船体内壁上可以产生固定周期的振动。在此基础上，光传感模块1可以选择重点位置的长标距光纤光栅3，监测船体在运行过程中的振动频谱，也可以通过振动波发生模块10发射振动实现在船舶停运时也能够对船体进行监测。对于船舶运行过程中，振动来源一般源自船用发动机和海洋，以及船体的背底噪声等；根据船用发动机的不同转数，采集相应的对照比数据，进而设定好设定频谱，通过长标距光纤光栅3监测声波在船体内部的散射，从而评估船体的整体情况。在实际操作时，可以选择常用的航速，以固定的发动机转数作为标准进行评估，这样可以做到在日常航行中随时监测。对于船舶处于停运的静止状态，或是通过数据分析模块6及显示预警模块7发现声散射异常情况时，通过主动发声器11产生固定周期的声振动，精细分析确定存在问题的位置。采用的声振动频率越高，得到的位置精度越高，但是由于声波传输的距离近，可检测的范围较小；通过数据采集模块5对变频器12的输出频率进行步进扫描，利用主动发声器11对整体船体进行网格化的声波扫描，从而解决上述探测精度与范围的问题。振动波发生模块10的引入，使得船体的日常检修成为可能，同时也可以对船体外部海洋生物的附着生长进行评估，以便于定期清理。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种智能船体监测系统，其特征在于，该系统包括：

光传感模块，所述光传感模块包括激光器、长标距光纤光栅和调制解调器，所述长标距光纤光栅通过衬底贴附于船体的内侧；

数据采集模块，与所述调制解调器连接，所述数据采集模块用于采集所述调制解调器解调的所述长标距光纤光栅的波长漂移信息；

数据分析模块，与所述数据采集模块连接，所述数据分析模块用于将所述波长漂移信息转化为应力信息，并根据所述应力信息判断所述船体的应力情况信息；

显示预警模块，与所述数据分析模块连接，所述显示预警模块用于对所述应力情况信息进行显示和预警。

2.根据权利要求1所述的智能船体监测系统，其特征在于，所述数据分析模块内设置有数据存储单元和对比单元，所述数据存储单元内存储有设定应力信息，所述对比单元能够将所述应力信息和所述设定应力信息进行对比。

3.根据权利要求1所述的智能船体监测系统，其特征在于，所述衬底的材料的热胀系数与所述船体内侧的材料的热胀系数相同。

4.根据权利要求1所述的智能船体监测系统，其特征在于，所述显示预警模块包括显示器和声光报警器。

5.根据权利要求1所述的智能船体监测系统，其特征在于，还包括振动波发生模块，所述振动波发生模块设置在所述船体的内侧，所述振动波发生模块包括主动发声器和变频器。

6.根据权利要求5所述的智能船体监测系统，其特征在于，所述主动发声器包括低频发声器和高频发声器。

7.根据权利要求5所述的智能船体监测系统，其特征在于，所述光传感模块能够检测所述船体的振动频谱，所述数据分析模块内设置有设定频谱，所述数据分析模块能够根据所述振动频谱和所述设定振动频谱的对比判断所述船体的损伤情况。

8.根据权利要求5所述的智能船体监测系统，其特征在于，所述变频器能够使所述主动发声器的振动频率处于0.1-3000Hz。

9.一种智能船体监测方法，根据权利要求1-8任一项所述的智能船体监测系统，其特征在于，该方法包括：

在船体的内侧设置光传感模块；

采集所述光传感模块检测到的波长漂移信息；

将所述波长漂移信息转化为应力信息；

将所述应力信息与设定应力信息对比，获取船体的应力情况信息。

10.根据权利要求9所述的智能船体监测方法，其特征在于，还包括：

在船体的内侧设置振动波发生模块，所述振动波发生模块包括主动发声器和变频器；

开启振动波发生模块，利用所述光传感模块检测所述船体的振动频谱；

将所述振动频谱与设定频谱对比，获取所述船体的损伤情况信息。

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