深海立管姿态监测的分布式光纤传感技术

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1、深海立管姿态监测的分布式光纤传感技术任鹏申宇李轩周智*(大连理工大学土木工程学院辽宁大连116024)摘　要：针对恶劣服役环境下深海立管水下姿态的不确定性与铺管过程中立管的大变形易损特性，提出基于分布式光纤应变传感的深海立管姿态在线监测方法。本文采用空间曲线重构算法处理立管表面获取的光纤应变信息，构建了集传感技术、信息处理、可视化输出于一体的立管姿态监测系统，通过柔性模型立管对监测方法的有效性进行了验证。结果表明，本方法能够有效跟踪模型立管的姿态变化，特别是针对模拟铺管过程的可视化效果良好；姿态监测数据与实际几何形态比较吻合，适合作为深海立管

2、长期健康监测与完整性管理的潜在技术手段。关键词：深海立管;姿态监测;分布式光纤传感;曲线重构算法;中图分类号:P752文献标识码:AADistributedFiberOpticSensingTechnologyforShapeMonitoringofDeepwaterriserRENPeng,LIXuan,SHENYu,ZHOUZhi*(SchoolofCivilEngineering,DalianUniversityofTechnology,Liaoning,Dalian,116024)Abstract:Theshapeofthedeepw

3、aterriserisuncertaininaharshenvironment,especiallythelargedeformationcharacteristicduringapipe-layingprocess.Thispaperproposedadistributedfiberopticstrainsensingbasedmethodforon-lineshapemonitoringofdeepwaterriser.Atypeofspatialcurvereconstructionalgorithmhasbeenutilizedtoh

4、andlethefiberstrainobtainedonthesurfaceofrisers.Thus,anon-lineshapemonitoringsystemhasbeenconstructedbyintegratingsensingtechnology,dataprocessandvisualizedoutput.Theeffectivenessofthemethodisverifiedbyflexiblemodelrisertests.Thetestresultsshowthatthechangeoftheactualshapec

5、anbetrackedbythismethodandthemeasureddataagreewellwiththeactualgeometricone.Thevisualizationplaysagoodroleonsimulatingthepipe-layingprocess.Thisstudymeetsthelong-termmonitoringandtheintegritymanagementfordeepwaterriserspotentially.Keywords：Deepwaterriser,Shapemonitoring,dis

6、tributedfiberopticsensing,spatialcurvereconstructionalgorithm引言_________________________________________________________基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）（2011CB013705）；国家科技支撑项目（2011BAK02B01）；教育部新世纪优秀人才支持计划（NCET-10-0290）通信作者：周智（1973.07），男，湖南永州人，教授，博士生导师，主要从事结构健康监测研究。E-mail：zhouzhi@dl

7、ut.edu.cn随着我国南海油气资源的开发逐步拓展到3000米左右的深海，作为油气输送生命线的深海立管大量投入使用。深海立管是具有几何大变形的柔性结构，由于上部平台位置变化、大尺度涡激运动和海床接触等复杂因素的影响，铺管作业等复杂工况下的水下姿态处于不确定状态；采取实时、有效的监测手段掌握深海立管的几何形态，及时进行状态评定，对于保障浮式平台的安全作业意义重大。目前深海立管的水下姿态监测，主要依赖集成在自容式数据记录器（logger）的倾角仪完成[1]；该监测方法容易受到传感器布设区段局部振动的干扰，数据的准确性受到质疑[2]。Menega

8、ldo等研发了能够沿立管爬行并装载惯性定位设备的水下机器人，利用机器人爬行轨迹得到立管的几何形态，进行了有限元分析验证[3]。以上方法获取的立管姿态信息均基于后期的