柔性网体状态在线感知监测系统及方法与流程

本申请涉及柔性网体结构状态监测，特别涉及一种柔性网体状态在线感知监测系统及方法。

背景技术：

1、随着海洋工程及水利设施的快速发展，柔性网体被广泛应用于核电厂冷源取水口拦截、水电站或泵站取水口拦污、河道漂浮物拦截以及海洋养殖等众多场景。作为水下防护的第一道物理屏障，柔性网体长期处于复杂多变的水动力环境中，持续承受着水流冲击、波浪起伏、潮汐变化以及各类漂浮物的撞击作用，面临着极高的安全运行压力。为了确保柔性网体结构的安全与稳定运行，防止因网体失效导致异物侵入关键设施，亟需对其在复杂工况下的受力和变形状态进行全面、准确的监测。

2、此外，在现有技术中，为了获取网体的空间形态，常采用水下视觉或声学探测技术，通过在水下布设摄像头和声纳设备，从外部对网体轮廓进行成像。然而，由于视觉监测极易受到水体浑浊度、低照度及高流速下生物附着的影响，且声学探测主要反映外部轮廓而无法穿透获取内部受力状态，导致在复杂海洋环境（如核电厂冷源取水口）工况下，图像识别效果差，且根本无法直接获得网体主纲、边纲等内部承力构件的真实应变状态。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种柔性网体状态在线感知监测系统及方法，以解决现有技术中无法连续在线感知柔性网体内部各区域的真实受力与应变分布的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种基于光纤传感的柔性网体状态在线感知监测系统，包括：

3、柔性网体本体，所述柔性网体本体包括用于承担整体张力载荷的主纲和边纲，以及用于提高局部刚度并传递网衣受力的加强筋；

4、多根光纤复合感知缆绳，布设于所述柔性网体本体的关键承力路径上，所述光纤复合感知缆绳直接作为所述主纲、所述边纲或所述加强筋中的至少一个参与网体编织；

5、水密光纤接续盒，用于汇聚光信号；

6、多芯传输光缆，用于远距离传输；光纤解调仪，用于发射和接收光信号并解析波长或相位变化；

7、数据处理模块，用于数据清洗与算法解析；

8、状态识别展示终端，用于状态评估与可视化预警。

9、在本发明的一具体实施例中，所述光纤复合感知缆绳由内至外依次包括：

10、位于最中心的传感光纤；

11、紧密包覆于所述传感光纤外侧的紧包层；

12、设置于所述紧包层外侧的加强层；

13、沿光缆长度方向间隔设置的定点耦合结构，所述定点耦合结构用于限制光缆与外部编织层之间的相对滑移；

14、外护套层；

15、外部编织承力层，由多股高强纤维绳股缠绕包裹于所述外护套层外侧。

16、在本发明的一具体实施例中，所述传感光纤为光纤布拉格光栅、弱光纤光栅阵列或分布式传感光纤；

17、所述加强层采用钢丝、芳纶或纤维增强件；所述外护套层采用聚乙烯或聚氨酯材料。

18、在本发明的一具体实施例中，所述外部编织承力层的绳股采用6股或8股对称编织拓扑结构，使最中心的所述传感光纤始终处于截面几何中性轴位置。

19、在本发明的一具体实施例中，所述光纤复合感知缆绳在所述柔性网体本体上按照主承力感知缆绳和分区感知缆绳的方式布置，围成多个相互连接的感知方格，每个所述感知方格与至少一个光纤测点或光纤区段对应。

20、在本发明的一具体实施例中，当所述柔性网体本体为平面网时，多根所述光纤复合感知缆绳分别沿横向和纵向布设，围成多个相互连接的感知方格；当所述柔性网体本体为立体网兜时，所述光纤复合感知缆绳沿网兜口部、尾部、纵向和环向布设，将所述立体网兜划分为多个空间感知区域。

21、在本发明的一具体实施例中，每个所述柔性网体本体内部的多根单芯传感光纤在同一所述水密光纤接续盒内汇聚，转换并输出一根所述多芯传输光缆；多个所述柔性网体本体分别以单根所述多芯传输光缆作为独立监测模块，并联接入同一台所述光纤解调仪。

22、在本发明的一具体实施例中，所述数据处理模块基于所述多芯传输光缆的接入通道，建立网体编号、接续盒编号、通道编号、测点编号与所述感知方格的空间通道映射关系。

23、在本发明的一具体实施例中，所述数据处理模块采用无应变作用的补偿光纤测点进行温度补偿，计算出各测点的实际轴向应变。

24、在本发明的一具体实施例中，所述状态识别展示终端运行空间三维形变重构算法，将各所述感知方格边界缆绳的一维应变数据转换为空间曲率，通过积分重构出所述柔性网体本体在三维空间中的形变曲面方程。

25、在本发明的一具体实施例中，所述状态识别展示终端根据不同区域的应变变化特征及区域应变差，执行整体堵塞诊断、局部堵塞或异物挂附诊断、网衣破损或连接松脱诊断、以及姿态异常诊断逻辑。

26、本发明还提供了一种柔性网体状态在线感知监测方法，应用于基于光纤传感的柔性网体状态在线感知监测系统，所述系统包括布设于柔性网体本体上并围成多个感知方格的光纤复合感知缆绳，所述方法包括：

27、获取光纤解调仪输出的原始波长或相位数据；

28、对所述原始波长或相位数据进行温度补偿，计算得到各测点的实际轴向应变；

29、将各所述感知方格边界缆绳的一维应变数据转换为空间曲率，通过积分重构出所述柔性网体本体在三维空间中的形变曲面方程；

30、根据不同区域的应变变化特征及区域应变差，执行异常状态诊断逻辑。

31、本发明的技术效果在于：本申请通过将多根光纤复合感知缆绳直接作为主纲、边纲或加强筋中的至少一个参与网体编织，摒弃了传统的外部附加式或端部孤立式监测手段，实现了柔性网体承力结构与感知结构的高度一体化。由于感知元件与网体的真实承力骨架在物理空间和力学传递上融为一体，使得网体的每一寸承力脉络都具备了自感知能力，克服了传统端部监测以点代面的盲区缺陷。该方案使得运维人员能够实时、连续、定量地掌握网体内部任意位置的真实应变分布，从而能够及时发现并精准定位网体局部堵塞、破损或姿态异常等风险。同时，结合空间三维形变重构算法与异常状态诊断逻辑，本申请实现了从一维光信号到三维空间状态的可视化重构以及故障类型的智能识别，为复杂水动力环境下的柔性网体安全运行提供了可靠、直观且智能的监测手段。

1.一种基于光纤传感的柔性网体状态在线感知监测系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于光纤传感的柔性网体状态在线感知监测系统，其特征在于，所述光纤复合感知缆绳由内至外依次包括：

3.根据权利要求2所述的基于光纤传感的柔性网体状态在线感知监测系统，其特征在于，所述传感光纤为光纤布拉格光栅、弱光纤光栅阵列或分布式传感光纤；

4.根据权利要求2所述的基于光纤传感的柔性网体状态在线感知监测系统，其特征在于，所述外部编织承力层的绳股采用6股或8股对称编织拓扑结构，使最中心的所述传感光纤始终处于截面几何中性轴位置。

5.根据权利要求1所述的基于光纤传感的柔性网体状态在线感知监测系统，其特征在于，所述光纤复合感知缆绳在所述柔性网体本体上按照主承力感知缆绳和分区感知缆绳的方式布置，围成多个相互连接的感知方格，每个所述感知方格与至少一个光纤测点或光纤区段对应。

6.根据权利要求5所述的基于光纤传感的柔性网体状态在线感知监测系统，其特征在于，当所述柔性网体本体为平面网时，多根所述光纤复合感知缆绳分别沿横向和纵向布设，围成多个相互连接的感知方格；当所述柔性网体本体为立体网兜时，所述光纤复合感知缆绳沿网兜口部、尾部、纵向和环向布设，将所述立体网兜划分为多个空间感知区域。

7.根据权利要求5所述的基于光纤传感的柔性网体状态在线感知监测系统，其特征在于，每个所述柔性网体本体内部的多根单芯传感光纤在同一所述水密光纤接续盒内汇聚，转换并输出一根所述多芯传输光缆；多个所述柔性网体本体分别以单根所述多芯传输光缆作为独立监测模块，并联接入同一台所述光纤解调仪。

8.根据权利要求7所述的基于光纤传感的柔性网体状态在线感知监测系统，其特征在于，所述数据处理模块基于所述多芯传输光缆的接入通道，建立网体编号、接续盒编号、通道编号、测点编号与所述感知方格的空间通道映射关系。

9.根据权利要求5所述的基于光纤传感的柔性网体状态在线感知监测系统，其特征在于，所述数据处理模块采用无应变作用的补偿光纤测点进行温度补偿，计算出各测点的实际轴向应变。

10.根据权利要求9所述的基于光纤传感的柔性网体状态在线感知监测系统，其特征在于，所述状态识别展示终端运行空间三维形变重构算法，将各所述感知方格边界缆绳的一维应变数据转换为空间曲率，通过积分重构出所述柔性网体本体在三维空间中的形变曲面方程。

11.根据权利要求10所述的基于光纤传感的柔性网体状态在线感知监测系统，其特征在于，所述状态识别展示终端根据不同区域的应变变化特征及区域应变差，执行整体堵塞诊断、局部堵塞或异物挂附诊断、网衣破损或连接松脱诊断、以及姿态异常诊断逻辑。

12.一种柔性网体状态在线感知监测方法，应用于基于光纤传感的柔性网体状态在线感知监测系统，所述系统包括布设于柔性网体本体上并围成多个感知方格的光纤复合感知缆绳，其特征在于，所述方法包括：