CN203333179U - 一种门座式起重机金属结构健康监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种门座式起重机金属结构健康监测系统，包括：门座式起重机、光纤光栅传感器、解调仪、显示器、数据传输单元DTU、防火墙、数据库服务器、互联网服务器、短信服务器、电脑客户端和手机客户端；所述光纤光栅传感器通过门座式起重机与解调仪连接；所述显示器通过解调仪与数据传输单元DTU连接；所述数据传输单元DTU通过Internet与防火墙连接，该防火墙与所述数据库服务器连接；所述数据库服务器分别通过互联网服务器和短信服务器与所述电脑客户端和手机客户端连接。本实用新型基于物联网技术，可全天候对门座式起重机金属结构进行全生命周期的实时健康监测与安全预警，具有电磁干扰、精度高、量程宽、可靠性高、寿命长等特点。

Description

一种门座式起重机金属结构健康监测系统

技术领域

本实用新型涉及起重机械的金属结构健康监测技术领域，尤其涉及一种门座式起重机金属结构健康监测系统。

背景技术

门座式起重机俗称门机、门吊，是电力驱动、有轨运行的臂架类起重机械之一。其构造大体可分为两大部分：上部旋转部分和下部运行部分。上部旋转部分通常包括臂架系统、人字架、旋转平台、司机室，还安装有起升机构、变幅机构、旋转机构等；下部运行部分主要由门形底座（门架）和运行机构组成；上部旋转部分安装在门架上，并相对下部运行部分可以实现360°任意角度旋转。门架底部装有运行机构，使整台起重机可沿着地面上的轨道运行。同时，它又是起重机的承重部件，起重机自重和货物吊重均由门架承受，并由它传递到地面轨道上。门座起重器通过起升、变幅、旋转3种运动的组合，实现在一个环形圆柱体空间实现物品的升降、移动，并通过运行机构调整整机的工作位置，可在较大作业范围内满足运移物品的需要。由于该类起重机具有较好的工作性能和独特的优越结构，通用性好，被广泛应用于港口、杂货码头等物流装卸工作区间。

随着我国起重机械数量急增，全国起重机械事故也呈高发态势，其事故数量连续五年高居各类特种设备事故首位；与此同时，全国上下对公共安全方面要求越来越高，使得特种设备特别是起重机械在保安全、促发展方面责任更重、压力更大；目前国内对起重机械安全保证仍然以维保单位的“定期保养、事后维修”和质检部门的定期验证性监检为主，缺乏大型起重机结构健康监测与预警技术，尚未能对大型起重机运行安全问题采取更有针对性、更有效的措施，防止各类公共安全事故的发生。门座式起重机作为一种面大量广的大型起重机械，其面临的安全形势和挑战则更加严峻。因此，亟须提出一种有针对性的措施来预防此类事故的发生，门座式起重机健康监测研究需求迫切。

发明内容

为解决上述中存在的问题与缺陷，本实用新型的目的是提供一种门座式起重机金属结构健康监测系统。

本实用新型的目的通过以下的技术方案来实现：

门座式起重机金属结构健康监测系统包括：

门座式起重机、光纤光栅传感器、解调仪、显示器、数据传输单元DTU、防火墙、数据库服务器、互联网服务器、短信服务器、电脑客户端和手机客户端；

所述光纤光栅传感器通过门座式起重机与解调仪连接；

所述显示器通过解调仪与数据传输单元DTU连接；

所述数据传输单元DTU通过Internet与防火墙连接，该防火墙与所述数据库服务器连接；

所述数据库服务器分别通过互联网服务器和短信服务器与所述电脑客户端和手机客户端连接。

与现有技术相比，本实用新型的一个或多个实施例可以具有如下优点：

结合门座式起重机的技术特点，将光纤光栅传感技术引入到门座式起重机械健康监测与预警系统中，改变常规应力测试效率低、强度大、无法长期监测的不足，实现远距离、分布式地获取门座式起重机械结构在整机运行过程中关键参数，为实时监测门座式起重机械安全状况提供新的手段。

基于物联网技术，可全天候对门座式起重机金属结构进行全生命周期的实时健康监测与安全预警，具有无电磁干扰、精度高、量程宽、可靠性高、寿命长等特点。

Internet采用基于现代移动通信网络（EDGE/3G）的分布式测量技术，通过应力、应变及温度数据采集和特征提取，实现门座式起重机械的运行状态监测、故障诊断、寿命预测等功能。

门座式起重机结构健康监测与安全预警系统软件提供信息存储和查询功能，为以后的翻查提供数据库。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是门座式起重机金属结构健康监测与安全预警系统的结构示意图；

图2是门座式起重机的结构示意图；

图3是门座式起重机结构健康监测与安全预警系统软件功能模块的结构图。

具体实施方式

容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出本实用新型的多个结构方式和制作方法。因此以下具体实施方式以及附图仅是本实用新型的技术方案的具体说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为本实用新型技术方案的限定或限制。

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述。

图1是根据本实用新型实施例的门座式起重机金属结构健康监测与安全预警系统的结构示意图，下面参考图1，详细说明本实用新型实施例的各个部分和各个部分的功能。

如图1所示，本实用新型提供的门座式起重机金属结构健康监测与安全预警系统包括：门座式起重机1、光纤光栅传感器2、解调仪3、显示器4、数据传输单元DTU5、防火墙7、数据库服务器8、互联网服务器9、短信服务器10、电脑客户端13和手机客户端12；

所述光纤光栅传感器通过门座式起重机与解调仪连接；

所述显示器通过解调仪与数据传输单元DTU连接；

所述数据传输单元DTU通过Internet与防火墙连接，该防火墙与所述数据库服务器连接；

所述数据库服务器分别通过互联网服务器和短信服务器与所述电脑客户端和手机客户端连接。

上述光纤光栅传感器焊接在所述门座式起重机上，且由光纤光栅传感器组成传感网，实时采集门座式起重机金属结构健康参数的光信号。

门座式起重机金属结构健康参数包括应力、应变、温度和加速度参数。

上述解调仪，用于将光信号解调成电信号，并将传感数据电信号压缩封装后传输到数据传输单元DTU。数据传输单元DTU接收来自解调仪封装后的传感数据电信号，通过Internet网络和防火墙，采用EDGE/3G协议，将数据传输到远程数据库服务器；数据库服务器接收经解调过的门座式起重机结构健康参数电信号，进而对该信号进行识别处理。数据库服务器获得的数据经过积累分析为门座式起重机寿命预测提供依据。

上述数据库服务器还通过互联网服务器和短信服务器与短信服务器软件页面11连接。

上述数据库服务器设置有监测模块，该模块包括：用户信息管理模块、系统配置模块、信息采集与传输模块、数据库管理模块、数据分析模块、现场显示模块及用户帮助模块。用户信息管理模块主要用于存放可以访问本系统的用户个人信息和用户权限管理，包括用户名、登陆密码、用户权限以及用户的详细资料等。系统配置模块用于信息采集时硬件部分的相关参数的设置，该模块由传感器设置与采集方式设置组成。传感器设置主要设定光纤光栅传感器的中心波长、所在通道、测量类型、以及计算所需物理量所需系数。采集方式设定模块用于设定采集的采集控制方式与采集频率。信息采集与传输模块负责读取光纤光栅传感实时波长信息，经温度及应变结算获得结构实时应变信息并存储数据，同时，将监测信息定时或实时传输到远程数据库服务器。数据库管理模块主要用于监测数据的存储和查询。包括门座式起重机信息、传感器信息和监测数据管理。数据分析模块是健康监测系统的核心模块，实现了对其中机械关键结构应变信息的实时显示功能，同时结合损伤预警、损伤识别、寿命评估等相关理论，对门座式起重机的健康状况进行评价，监测信息超出设定范围时向指定手机用户发送短信报警，并给出维护建议。现场显示模块负责向现场用户显示结构各处的应变情况，并显示预警信息，紧急时刻控制蜂鸣器发出警报。用户帮助模块用于向用户介绍系统的使用说明。

通过数据通信将信息传输到数据库服务器后，门座式起重机结构健康监测与安全预警系统软件功能模块结构采集数据，通过一次线性拟合公式T＝M(λ-λ₀)+T₀（式中，M（℃/nm）为温度系数，λ（nm）为光波当前波长，λ0一般取T₀=0℃的波长，温度传感器在T₀温度下的波长为λ，计算光线光栅温度传感器的温度，再通过温度补偿公式ξ＝N(λ₁-λ₀)+B(λ_t1-λ_t0)-α□ΔT（N为应变计的应变系数（μξ/nm）；B为传感器修正系数(μξ/nm)；λ₁为应变光纤当前的波长值(nm)；λ₀为应变光纤初始的波长值(nm)；λ_it为温补光纤当前的波长值(nm)；λ_t0为温补光纤初始的波长值(nm)；α(μξ/℃)为被测物体热膨胀系数，ΔT=100×(λ_t1-λ_t0)，单位取℃，计算应变值，最终获得应力值；然后进行数据存储；计算后的应力值与计算好的应力阈值进行比较（这个阈值是通过材料力学方法，有限元方法计算得出的，主要是材料所能承受的最大拉力或压力），从而判定是否发送预警信息；超过阈值，人机界面就回发出报警信号提示操作人员采取紧急措施，同时报警信号超过EDGE/3G技术，以短信方式发送到主管门座式起重机安全运行的工作人员手机客户端；具有网络连接的个人电脑终端，用于远程浏览门座式起重机结构健康状况。

虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (2)

1.一种门座式起重机金属结构健康监测系统，其特征在于，所述系统包括：门座式起重机、光纤光栅传感器、解调仪、显示器、数据传输单元DTU、防火墙、数据库服务器、互联网服务器、短信服务器、电脑客户端和手机客户端； 

所述光纤光栅传感器通过门座式起重机与解调仪连接； 

所述显示器通过解调仪与数据传输单元DTU连接； 

所述数据传输单元DTU通过Internet与防火墙连接，该防火墙与所述数据库服务器连接； 

所述数据库服务器分别通过互联网服务器和短信服务器与所述电脑客户端和手机客户端连接。 

2.根据权利要求1所述的门座式起重机金属结构健康监测系统，其特征在于，所述光纤光栅传感器焊接在所述门座式起重机上，且由光纤光栅传感器组成传感网，实时采集门座式起重机金属结构健康参数的光信号。 

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