船舶主轴下沉量监测方法及系统

1.本发明涉及船舶主轴监测技术领域，具体涉及一种船舶主轴下沉量监测方法及系统。


背景技术：

2.在船舶运动过程中，船舶主轴将动力传递给螺旋桨使船舶运动。船舶主轴通常由滑片式轴承进行固定，在船舶的运动过程中滑片式轴承与船舶主轴之间存在摩擦，滑片式轴承会因为摩擦产生损耗，船舶主轴因为滑片式轴承的损耗会发生下沉，影响船舶的正常航行。因此需要对船舶主轴的下沉量进行定期的监测。
3.考虑到大型船舶螺旋桨及船舶主轴运行环境水深大，船体结构复杂，往往需要停船后由专业人员下潜进行检测，但人工检修过于繁琐。因此采用传感器对船舶主轴的下沉量进行实时监测可以提高监测效率。现有技术中对船舶主轴下沉量监测的传感器有电涡流传感器和电力传感器。电涡流传感器在船舶的工作过程中时，海水内的杂质将对电涡流传感器的工作造成影响，以至于电涡流传感器无法准确监测船舶主轴的下沉量。同样地，电力传感器在海水中要保证其密闭性，海水的渗入会导致电力传感器的损坏，进而导致电力传感器也无法准确监测船舶主轴的下沉量。


技术实现要素：

4.有鉴于此，有必要提供一种船舶主轴下沉量监测方法及系统，用以解决现有技术中存在的船舶主轴的下沉量监测准确率和可靠性较低的技术问题。
5.一方面，本发明提供了一种船舶主轴下沉量监测方法，用于基于敷设在船舶主轴下方的光纤传感单元监测所述船舶主轴的下沉量，所述船舶主轴下沉量监测方法包括：
6.基于下沉量监测需求和所述船舶主轴的半径确定所述光纤传感单元的敷设参数，并基于所述敷设参数敷设所述光纤传感单元；
7.基于所述光信号获取装置获取所述光纤传感单元的实时光信号，并基于所述实时光信号确定所述船舶主轴的下沉量。
8.在一些可能的实现方式中，所述光纤传感单元为分布式光纤传感单元或光纤光栅传感单元；
9.所述分布式光纤传感单元包括光纤；
10.所述光纤光栅传感单元包括所述光纤和设置在所述光纤上的光栅。
11.在一些可能的实现方式中，所述下沉量监测需求包括监测精度，所述敷设参数包括所述光纤传感单元沿所述船舶主轴轴向的排数。
12.在一些可能的实现方式中，所述光纤传感单元包括第一排光纤传感子单元和第二排光纤传感子单元，所述第一排光纤传感子单元包括多根第一传感光纤，所述第二排光纤传感子单元包括多个第二传感光纤，所述第二传感光纤的轴心位于与所述第二传感光纤相邻的两个第一传感光纤圆心连线中点的垂线上。
13.在一些可能的实现方式中，所述分布式光纤传感单元和所述光纤光栅传感单元均还包括包覆所述光纤的毛细软管。
14.在一些可能的实现方式中，所述下沉量监测需求还包括船舶主轴下沉监测范围，所述敷设参数还包括所述光纤传感单元沿所述船舶主轴径向的光纤根数；
15.所述光纤根数为：
16.n＝h/d
17.式中，n为光纤根数；h为船舶主轴下沉监测范围；d为所述毛细软管的外径。
18.在一些可能的实现方式中，所述敷设参数还包括所述光纤的长度，所述光纤的长度为：
[0019][0020]
式中，l为所述光纤的长度；d为所述船舶主轴的半径；h为船舶主轴下沉监测范围。
[0021]
在一些可能的实现方式中，当所述光纤传感单元为所述分布式光纤传感单元时，所述光信号获取装置包括第一光源、分路器以及光电探测器，所述分路器的两端分别连接于所述第一光源和所述分布式光纤传感单元，所述光电探测器连接于所述分布式光纤传感单元。
[0022]
在一些可能的实现方式中，当所述光纤传感单元为所述光纤光栅传感单元时，所述光信号获取装置包括第二光源、环形器以及解调仪，所述环形器分别连接于所述第二光源、所述光纤光栅传感单元以及所述解调仪。
[0023]
另一方面，本发明还提供了一种船舶主轴下沉量监测系统，用于基于敷设在船舶主轴下方的光纤传感单元监测所述船舶主轴的下沉量，所述船舶主轴下沉量监测系统包括：
[0024]
光纤传感单元敷设模块，用于基于下沉量监测需求和所述船舶主轴的半径确定所述光纤传感单元的敷设参数，并基于所述敷设参数敷设所述光纤传感单元；
[0025]
船舶主轴下沉量监测模块，用于基于所述光信号获取装置获取所述光纤传感单元的实时光信号，并基于所述实时光信号确定所述船舶主轴的下沉量。
[0026]
采用上述实施例的有益效果是：本发明提供的船舶主轴下沉量监测方法，通过基于敷设在船舶主轴下方的光纤传感单元监测船舶主轴的下沉量，由于光纤传感单元耐腐蚀性好、可靠性高和使用寿命长等特点，可提高船舶主轴下沉量的监测准确性和可靠性。进一步地，本发明通过基于下沉量监测需求和船舶主轴的半径确定光纤传感单元的敷设参数，并基于敷设参数敷设光纤传感单元，可提高光纤传感单元与下沉量监测需求的适配性，进而提高光纤传感单元敷设的合理性，从而可进一步提高船舶主轴下沉量监测的准确性和可靠性。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]
图1为本发明提供的船舶主轴下沉量监测方法的一个实施例流程示意图；
[0029]
图2为本发明提供的光纤传感单元的一个实施例结构示意图；
[0030]
图3为本发明提供的不同排数的光纤传感单元的一个实施例结构示意图；
[0031]
图4为本发明提供的光纤传感单元敷设方式的一个实施例流程示意图；
[0032]
图5为本发明提供的折返式光纤的一个实施例结构示意图；
[0033]
图6为本发明提供的光信号获取装置的一个实施例结构示意图；
[0034]
图7为本发明提供的光信号获取装置的另一个实施例结构示意图；
[0035]
图8为本发明提供的船舶主轴下沉量监测系统的一个实施例结构示意图；
[0036]
图9为本发明提供的电子设备的一个实施例结构示意图。
具体实施方式
[0037]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]
应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本发明中使用的流程图示出了根据本发明的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本发明内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器系统和/或微控制器系统中实现这些功能实体。
[0039]
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0040]
本发明提供了一种船舶主轴下沉量监测方法及系统，以下分别进行说明。
[0041]
图1为本发明提供的船舶主轴下沉量监测方法的一个实施例流程示意图，如图1所示，船舶主轴下沉量监测方法包括：
[0042]
s101、基于下沉量监测需求和船舶主轴的半径确定光纤传感单元的敷设参数，并基于敷设参数敷设光纤传感单元10；
[0043]
s102、基于光信号获取装置20获取光纤传感单元的实时光信号，并基于实时光信号确定船舶主轴的下沉量。
[0044]
与现有技术相比，本发明实施例提供的船舶主轴下沉量监测方法，通过基于敷设在船舶主轴下方的光纤传感单元10监测船舶主轴的下沉量，由于光纤传感单元10耐腐蚀性好、可靠性高和使用寿命长等特点，可提高船舶主轴下沉量的监测准确性和可靠性。进一步地，本发明实施例通过基于下沉量监测需求和船舶主轴的半径确定光纤传感单元10的敷设参数，并基于敷设参数敷设光纤传感单元10，可提高光纤传感单元10与下沉量监测需求的适配性，进而提高光纤传感单元10敷设的合理性，从而可进一步提高船舶主轴下沉量监测
的准确性和可靠性。
[0045]
在本发明的一些实施例中，光纤传感单元10为分布式光纤传感单元11，如图2所示，分布式光纤传感单元11包括光纤111。
[0046]
其中，分布式光纤传感单元11监测船舶主轴的下沉量的原理是：通过实时光信号来判断光纤111是否断裂，当船舶主轴下沉使光纤发生断裂时，通过断裂的光纤数量来判断船舶主轴的下沉量。
[0047]
但由于当船舶主轴发生下沉，但未使光纤111发生断裂时，仅通过光纤111无法获知船舶主轴的下沉量。为了解决这一技术问题，在本发明的一些实施例中，光纤传感单元10为光纤光栅传感单元12，如图2所示，光纤光栅传感单元包括12光纤111和设置在光纤上的光栅121。
[0048]
由于光纤光栅传感单元12中的光栅对应力变化较为敏感，因此，通过设置光纤传感单元10为光纤光栅传感单元12，相比于分布式光纤传感单元11，可提高光纤传感单元10的精度和灵敏度。
[0049]
需要说明的是：为了提高后续基于实时光信号确定船舶主轴的下沉量的效率和准确性，光纤光栅传感单元12中的光栅121在光纤111上等距间隔分布。
[0050]
在本发明的一些实施例中，下沉量监测需求包括监测精度，敷设参数包括光纤传感单元10沿船舶主轴轴向的排数。
[0051]
如图3所示，当光纤传感单元10的排数为一排时，光纤传感单元10的监测精度为相邻两根光纤111的距离，即：为光纤的直径。因此单排光纤传感单元的监测精度受限于光纤111的直径。
[0052]
为了提高光纤传感单元的监测精度，在本发明的具体实施例中，如图3所示，光纤传感单元10包括第一排光纤传感子单元101和第二排光纤传感子单元102，第一排光纤传感子单元101包括多根第一传感光纤1011，第二排光纤传感子单元102包括多个第二传感光纤1021，第二传感光纤1021的轴心位于与第二传感光纤1021相邻的两个第一传感光纤1011圆心连线中点的垂线上。
[0053]
本发明实施例通过设置光纤传感单元10包括错位并行的第一排光纤传感子单元101和第二排光纤传感子单元102，可使光纤传感单元10的精度为光纤111直径的二分之一，提高了光纤传感单元10的监测精度。
[0054]
进一步地，由于光纤111比较脆比较易断，且在敷设时，裸露的光纤111很难做到整齐的并排放置，因此，在本发明的一些实施例中，如图3所示，分布式光纤传感单元11和光纤光栅传感单元12均还包括包覆光纤111的毛细软管112。
[0055]
本发明实施例通过设置分布式光纤传感单元11和光纤光栅传感单元12均还包括包覆光纤111的毛细软管112，可提高光纤传感单元10的韧性和易固定性。
[0056]
在本发明的具体实施例中，毛细软管112的材料可为不锈钢。
[0057]
需要说明的是：当分布式光纤传感单元11和光纤光栅传感单元12均还包括包覆所述光纤111的毛细软管112，单排光纤传感单元10的监测精度为毛细软管112的外径，双排光纤传感单元10的监测精度为毛细软管112外径的一半。
[0058]
在本发明的具体实施例中，光纤111的直径为0.01mm，毛细软112管的外径为0.03mm。
[0059]
在本发明的一些实施例中，如图4所示，下沉量监测需求还包括船舶主轴下沉监测范围，敷设参数还包括光纤传感单元11沿船舶主轴径向的光纤根数；
[0060]
光纤根数为：
[0061]
n＝h/d
[0062]
式中，n为光纤根数；h为船舶主轴下沉监测范围；d为毛细软管的外径。
[0063]
在本发明的一些实施例中，敷设参数还包括光纤111的长度，光纤111的长度为：
[0064][0065]
式中，l为光纤111的长度；d为船舶主轴的半径；h为船舶主轴下沉监测范围。
[0066]
需要说明的是：当光纤传感单元10为光纤光栅传感单元12时，如图5所示，光纤光栅传感单元12中的光纤111可为折返式光纤，即：可将一根初始光纤进行折返形成多根双排光纤111，则每根光纤111的长度可为：
[0067][0068]
初始光纤的长度l0为：
[0069][0070]
需要说明的是：每根光纤111上包括一个光栅121，光栅121位于每根光纤111的中间位置。
[0071]
在本发明的一些实施例中，当光纤传感单元为分布式光纤传感单元时，如图6所示，光信号获取装置20包括第一光源21、分路器22以及光电探测器23，分路器22的两端分别连接于第一光源21和分布式光纤传感单元11，光电探测器23连接于分布式光纤传感单元11。
[0072]
需要说明的是：光电探测器23的个数与分布式光纤传感单元11中光纤111的根数相同。
[0073]
其中，光信号获取装置20的工作原理为：第一光源21发射的光线，经由光缆将光线传输至分路器22，再由分路器22将光线分至多条光纤111中，光电探测器23接收各光纤111产生的实时光信号，并基于实时光信号确定船舶主轴的下沉量。
[0074]
还需要说明的是：由于分布式光纤传感单元11所处于的环境复杂，环境、应力、时间等其他因素会对光纤111传输的实时光信号产生影响，因此设置分布式光纤传感单元11中的光纤111包括一根参照光纤和多根监测光纤，通过参照光纤生成的信号作为参照对比以此来保证对实时光信号分析的可靠性，从而确保确定出的船舶主轴的下沉量的可靠性。
[0075]
在本发明的一些实施例中，当光纤传感单元10为光纤光栅传感单元12时，如图7所示，光信号获取装置20包括第二光源24、环形器25以及解调仪26，环形器25分别连接于第二光源24、光纤光栅传感单元12以及解调仪26。
[0076]
其中，如图7所示，环形器25与光纤光栅传感单元12最底部的光纤连接。
[0077]
其中，光信号获取装置20的工作原理为：第二光源24发射光线经由环形器25将光线传输至光纤光栅传感单元12，生成实时光信号，实时光信号经由光纤光栅传感单元12的末端并反射回环形器25，再由环形器25传输至解调仪26，解调仪26利用时分/波分复用技术对实时光信号的波长进行分析，确定船舶主轴的下沉量。
[0078]
其中，时分复用(time division mutiplexing，tdm)技术是采用脉冲光源，各光栅121工作在相同的波长范围，利用不同长度的光纤111作为光学延时器件产生延时。
[0079]
波分复用(wavelength division multiplexing，wdm)技术是将不同波长的光栅121连接在光纤111上，由于波长不同，从而不会引起波长叠加，各光栅121占用一定的光谱范围，工作波长互不重叠。
[0080]
利用时分/波分复用技术，会使解调仪26探测到的实时光信号的波长发生改变，通过对解调仪26收到的实时光信号的波长的分析，即可获得光纤111的断裂情况，由此可监控船舶主轴的下沉量。
[0081]
为了更好实施本发明实施例中的船舶主轴下沉量监测方法，在船舶主轴下沉量监测方法基础之上，对应的，如图8所示，本发明实施例还提供了一种船舶主轴下沉量监测系统，用于基于敷设在船舶主轴下方的光纤传感单元监测船舶主轴的下沉量，船舶主轴下沉量监测系统800包括：
[0082]
光纤传感单元敷设模块801，用于基于下沉量监测需求和船舶主轴的半径确定光纤传感单元的敷设参数，并基于敷设参数敷设光纤传感单元；
[0083]
船舶主轴下沉量监测模块802，用于基于光信号获取装置获取光纤传感单元的实时光信号，并基于实时光信号确定船舶主轴的下沉量。
[0084]
上述实施例提供的船舶主轴下沉量监测系统800可实现上述船舶主轴下沉量监测方法实施例中描述的技术方案，上述各模块或单元具体实现的原理可参见上述船舶主轴下沉量监测方法实施例中的相应内容，此处不再赘述。
[0085]
如图9所示，本发明还相应提供了一种电子设备900。该电子设备900包括处理器901、存储器902及显示器903。图9仅示出了电子设备900的部分组件，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
[0086]
存储器902在一些实施例中可以是电子设备900的内部存储单元，例如电子设备900的硬盘或内存。存储器902在另一些实施例中也可以是电子设备900的外部存储设备，例如电子设备900上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。
[0087]
进一步地，存储器902还可既包括电子设备900的内部储存单元也包括外部存储设备。存储器902用于存储安装电子设备900的应用软件及各类数据。
[0088]
处理器901在一些实施例中可以是一中央处理器(central processing unit，cpu)，微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储器902中存储的程序代码或处理数据，例如本发明中的船舶主轴下沉量监测方法。
[0089]
显示器903在一些实施例中可以是led显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及oled(organic light-emitting diode，有机发光二极管)触摸器等。显示器903用于显示在电子设备900的信息以及用于显示可视化的用户界面。电子设备900的部件901-903通过系统总线相互通信。
[0090]
在本发明的一些实施例中，当处理器901执行存储器902中的船舶主轴下沉量监测程序时，可实现以下步骤：
[0091]
基于下沉量监测需求和船舶主轴的半径确定光纤传感单元的敷设参数，并基于敷设参数敷设光纤传感单元；
[0092]
基于光信号获取装置获取光纤传感单元的实时光信号，并基于实时光信号确定船舶主轴的下沉量。
[0093]
应当理解的是：处理器901在执行存储器902中的船舶主轴下沉量监测程序时，除了上面的功能之外，还可实现其它功能，具体可参见前面相应方法实施例的描述。
[0094]
进一步地，本发明实施例对提及的电子设备900的类型不做具体限定，电子设备900可以为手机、平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant，pda)、可穿戴设备、膝上型计算机(laptop)等便携式电子设备。便携式电子设备的示例性实施例包括但不限于搭载ios、android、microsoft或者其他操作系统的便携式电子设备。上述便携式电子设备也可以是其他便携式电子设备，诸如具有触敏表面(例如触控面板)的膝上型计算机(laptop)等。还应当理解的是，在本发明其他一些实施例中，电子设备900也可以不是便携式电子设备，而是具有触敏表面(例如触控面板)的台式计算机。
[0095]
相应地，本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储计算机可读取的程序或指令，程序或指令被处理器执行时，能够实现上述各方法实施例提供的船舶主轴下沉量监测方法步骤或功能。
[0096]
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件(如处理器，控制器等)来完成，计算机程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
[0097]
以上对本发明所提供的船舶主轴下沉量监测方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种船舶主轴下沉量监测方法，其特征在于，用于基于敷设在船舶主轴下方的光纤传感单元监测所述船舶主轴的下沉量，所述船舶主轴下沉量监测方法包括：基于下沉量监测需求和所述船舶主轴的半径确定所述光纤传感单元的敷设参数，并基于所述敷设参数敷设所述光纤传感单元；基于所述光信号获取装置获取所述光纤传感单元的实时光信号，并基于所述实时光信号确定所述船舶主轴的下沉量。2.根据权利要求1所述的船舶主轴下沉量监测方法，其特征在于，所述光纤传感单元为分布式光纤传感单元或光纤光栅传感单元；所述分布式光纤传感单元包括光纤；所述光纤光栅传感单元包括所述光纤和设置在所述光纤上的光栅。3.根据权利要求1所述的船舶主轴下沉量监测方法，其特征在于，所述下沉量监测需求包括监测精度，所述敷设参数包括所述光纤传感单元沿所述船舶主轴轴向的排数。4.根据权利要求3所述的船舶主轴下沉量监测方法，其特征在于，所述光纤传感单元包括第一排光纤传感子单元和第二排光纤传感子单元，所述第一排光纤传感子单元包括多根第一传感光纤，所述第二排光纤传感子单元包括多个第二传感光纤，所述第二传感光纤的轴心位于与所述第二传感光纤相邻的两个第一传感光纤圆心连线中点的垂线上。5.根据权利要求2所述的船舶主轴下沉量监测方法，其特征在于，所述分布式光纤传感单元和所述光纤光栅传感单元均还包括包覆所述光纤的毛细软管。6.根据权利要求5所述的船舶主轴下沉量监测方法，其特征在于，所述下沉量监测需求还包括船舶主轴下沉监测范围，所述敷设参数还包括所述光纤传感单元沿所述船舶主轴径向的光纤根数；所述光纤根数为：n＝h/d式中，n为光纤根数；h为船舶主轴下沉监测范围；d为所述毛细软管的外径。7.根据权利要求2所述的船舶主轴下沉量监测方法，其特征在于，所述敷设参数还包括所述光纤的长度，所述光纤的长度为：式中，l为所述光纤的长度；d为所述船舶主轴的半径；h为船舶主轴下沉监测范围。8.根据权利要求2所述的船舶主轴下沉量监测方法，其特征在于，当所述光纤传感单元为所述分布式光纤传感单元时，所述光信号获取装置包括第一光源、分路器以及光电探测器，所述分路器的两端分别连接于所述第一光源和所述分布式光纤传感单元，所述光电探测器连接于所述分布式光纤传感单元。9.根据权利要求2所述的船舶主轴下沉量监测方法，其特征在于，当所述光纤传感单元为所述光纤光栅传感单元时，所述光信号获取装置包括第二光源、环形器以及解调仪，所述环形器分别连接于所述第二光源、所述光纤光栅传感单元以及所述解调仪。10.一种船舶主轴下沉量监测系统，其特征在于，用于基于敷设在船舶主轴下方的光纤传感单元监测所述船舶主轴的下沉量，所述船舶主轴下沉量监测系统包括：光纤传感单元敷设模块，用于基于下沉量监测需求和所述船舶主轴的半径确定所述光
纤传感单元的敷设参数，并基于所述敷设参数敷设所述光纤传感单元；船舶主轴下沉量监测模块，用于基于所述光信号获取装置获取所述光纤传感单元的实时光信号，并基于所述实时光信号确定所述船舶主轴的下沉量。

技术总结
本发明提供了一种船舶主轴下沉量监测方法及系统，其方法包括：基于下沉量监测需求和所述船舶主轴的半径确定所述光纤传感单元的敷设参数，并基于所述敷设参数敷设所述光纤传感单元；基于所述光信号获取装置获取所述光纤传感单元的实时光信号，并基于所述实时光信号确定所述船舶主轴的下沉量。本发明利用光纤传感单元耐腐蚀性好、可靠性高和使用寿命长等特点，提高了船舶主轴下沉量的监测准确性和可靠性。进一步地，本发明通过基于下沉量监测需求和船舶主轴的半径确定光纤传感单元的敷设参数，并基于敷设参数敷设光纤传感单元，可提高光纤传感单元与下沉量监测需求的适配性，进一步提高了船舶主轴下沉量监测的准确性和可靠性。性。性。


技术研发人员：郭会勇 王朝垣 甘维兵 唐健冠 范典 姜德生
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/4/20