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海洋鉆井平臺(tái)是從事海上油氣勘探開發(fā)作業(yè)的大型鋼結(jié)構(gòu)體。自升式鉆井平臺(tái)是海上可移動(dòng)式鉆井平臺(tái)的一種，作業(yè)時(shí)將樁腿插入海底泥面以下，站立在海床上，利用樁腿托起船體并保持船體底部與海平面有一定的氣隙。

隨著全球海上鉆探市場(chǎng)的回暖，自升式鉆井平臺(tái)的市場(chǎng)利用率有所回升，未來需求還將進(jìn)一步提高。國內(nèi)自主研發(fā)的自升式鉆井平臺(tái)的使用規(guī)模也在逐年擴(kuò)大，中國境內(nèi)作業(yè)的鉆井平臺(tái)中80%為自升式鉆井平臺(tái)。

海上鉆井平臺(tái)運(yùn)營使用的安全性和可靠性非常重要，樁腿作為自升式鉆井平臺(tái)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其安全可靠性直接關(guān)系到整個(gè)鉆井平臺(tái)在海上作業(yè)的安全。

自升式鉆井平臺(tái)的樁腿在使用過程中，長期受到海水的腐蝕及不斷變化的環(huán)境荷載的作用，在平衡位置附近循環(huán)震蕩產(chǎn)生隨時(shí)間變化的應(yīng)力（或應(yīng)變），很容易產(chǎn)生疲勞裂紋并產(chǎn)生一定的疲勞累積損傷，對(duì)整個(gè)自升式平臺(tái)的安全性構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。且樁腿處于水下，不易觀察。因此，監(jiān)測(cè)技術(shù)的采用是很重要的。

監(jiān)測(cè)技術(shù)作為工程師的眼睛，在工程的安全施工和順利運(yùn)營中發(fā)揮著不可忽視的作用。目前工程監(jiān)測(cè)所采用的傳感器元件主要是基于電阻式、電感式及鋼弦式等的點(diǎn)式傳感器。但海洋環(huán)境惡劣，潮濕且腐蝕性強(qiáng)，這些常規(guī)的電類傳感器普遍存在壽命短、易受周圍環(huán)境影響、易受電磁干擾、易被腐蝕等問題。

光纖類傳感技術(shù)是近年來發(fā)展起來的先進(jìn)監(jiān)測(cè)技術(shù)。光纖傳感器是利用光纖技術(shù)和光學(xué)原理，將感受的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。

在光纖傳感器中，光纖既是傳感介質(zhì)，也是傳輸介質(zhì)。作為傳感介質(zhì)的光纖，具有測(cè)量敏感性高、性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)；而作為傳輸介質(zhì)的光纖，在傳輸過程中不受電磁干擾、信號(hào)損失小，傳感光纖可以直接通過光纜連到控制檢測(cè)中心，這樣就可以試驗(yàn)遠(yuǎn)程分布式監(jiān)測(cè)。

SOFO(源于法語Surveilance d’Ouvrages par Fibres Optiques的首字母，意為光纖結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè))是由瑞士聯(lián)邦工業(yè)學(xué)院土木工程系IMAC應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的一種點(diǎn)式光纖傳感器。

SOFO系統(tǒng)包括傳感器、一套讀數(shù)儀、數(shù)據(jù)采集和分析軟件。傳感器由兩根光纖組成，分別是測(cè)量光纖和參考光纖，這兩根光纖都裝在同一根保護(hù)管中。測(cè)量光纖與被測(cè)結(jié)構(gòu)結(jié)合并隨結(jié)構(gòu)一起變形。為了測(cè)量縮短和伸長，測(cè)量光纖被預(yù)張拉了0.5%。參考光纖是松弛的，因此與結(jié)構(gòu)的變形無關(guān)；它的作用是補(bǔ)償溫度對(duì)傳感器的影響。讀數(shù)儀發(fā)出的光學(xué)信號(hào)(光)通過一個(gè)  耦合器進(jìn)入傳感器，在兩根光纖末端被反射鏡反射回讀數(shù)儀，在讀數(shù)儀中被一對(duì)匹配光纖解調(diào)。返回光包含有結(jié)構(gòu)物變形的信息，該信息被讀數(shù)儀解碼，并在筆記本電腦上顯示。典型傳感器的長度范圍是250mm-10m，分辨率與標(biāo)距無關(guān)，為2 μm，精度為0.2%。傳感器的動(dòng)態(tài)范圍在受壓時(shí)為0.5%，在伸長時(shí)為1%。

SOFO系統(tǒng)在上世紀(jì)90年代初開始研制，1995年開始商業(yè)化生產(chǎn)，隨后應(yīng)用于各種民用結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)，例如巖土工程、橋梁、大壩、民用和工業(yè)建筑等。該系統(tǒng)對(duì)溫度變化、電磁場(chǎng)、濕度和腐蝕不敏感，至少6年內(nèi)（第一次安裝后）不受漂移的影響，這使得該系統(tǒng)既適合短期監(jiān)測(cè)也適合長期監(jiān)測(cè)(估計(jì)長期穩(wěn)定性長達(dá)20年)。傳感器可直接埋入新拌混凝土或者使用專門設(shè)計(jì)的便于安裝的L型支架在結(jié)構(gòu)表面上安裝。無需標(biāo)定，成活率高(在正常條件下，正確埋入混凝土中的傳感器的成活率高于95%)。長標(biāo)距傳感器比傳統(tǒng)應(yīng)變傳感器更可靠，更精確，它測(cè)得的是長距離內(nèi)的平均應(yīng)變，不受材料局部缺陷如裂縫和氣孔的影響。

自升式海上鉆井平臺(tái)樁腿監(jiān)測(cè)基于光纖低相干涉原理的SOFO監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用定期、連續(xù)和準(zhǔn)靜態(tài)監(jiān)測(cè)模式，用以增加對(duì)樁腿荷載、樁腿荷載分布、來自平臺(tái)荷載的重心等結(jié)構(gòu)情況的了解。監(jiān)測(cè)參數(shù)包括：

• 每根樁腿(共三根樁腿)某個(gè)截面的荷載

• 平均應(yīng)變

• 整體平均曲率和溫度

SOFO系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)樁腿每根樁（3根樁/每根樁腿）在荷載作用下產(chǎn)生的平均應(yīng)變來間接監(jiān)測(cè)每根樁腿的荷載，如圖下所示。測(cè)得了樁腿每根樁上的平均應(yīng)變，可計(jì)算出樁腿的總荷載。

整套系統(tǒng)建議采用9個(gè)SOFO標(biāo)準(zhǔn)傳感器(3個(gè)/樁腿)和9個(gè)熱電偶(三根樁腿)。使用標(biāo)準(zhǔn)的L形支架并按焊接步驟把這些傳感器安裝在表面上。

標(biāo)準(zhǔn)SOFO傳感器用于監(jiān)測(cè)平均應(yīng)變。由于樁腿由鋼材制成，而鋼材被認(rèn)為是均勻材料，建議的傳感器長度為0.5到1m。

因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)暴露在溫度變化的環(huán)境中，因此有必要監(jiān)測(cè)溫度來區(qū)分測(cè)得總應(yīng)變中的溫度應(yīng)變。為此建議使用SOFO系統(tǒng)兼容的K型熱電偶。為了使這些傳感器與SOFO系統(tǒng)相兼容，必須使用SOFO橋接設(shè)備和ADAM模塊。

把同在一根樁腿上的一組SOFO傳感器連接到中繼連接箱，以便進(jìn)行集中測(cè)量。相應(yīng)的ADAM模塊也安裝在箱子中。三個(gè)中繼連接箱被連接到平臺(tái)上辦公室內(nèi)的測(cè)量中心。測(cè)量中心包括12通道的SOFO讀數(shù)儀，SOFO橋接單元，以及ADAM模塊的電源。讀數(shù)儀可以選擇SOFO便攜讀數(shù)儀，使用方便。

SOFO系統(tǒng)將記錄變形和溫度，并保存在單一關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。這簡化了數(shù)據(jù)處理和分析。該數(shù)據(jù)庫可以與其它數(shù)據(jù)庫對(duì)接，便于和其它已安裝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。SOFO傳感器讀數(shù)一次約需6-10秒，熱電偶讀數(shù)一次約需2-3秒。傳感器僅能順序讀取(非同時(shí))。因此，讀取所有傳感器的平均時(shí)間大約是2分鐘。使用SOFO Pro和SOFO View軟件，可以實(shí)時(shí)計(jì)算，并在顯示屏上顯示預(yù)警和警告(如超過某些閥值)。

零點(diǎn)測(cè)量是第一步執(zhí)行的有意義的測(cè)量(之前的測(cè)量可視為檢查測(cè)量)，零點(diǎn)是將來所有測(cè)量的基準(zhǔn)。因此，監(jiān)測(cè)參數(shù)的演變將相對(duì)于零點(diǎn)被記錄和顯示。這就是準(zhǔn)確確定測(cè)量時(shí)間如此重要的原因。零點(diǎn)測(cè)量的設(shè)定取決于實(shí)際項(xiàng)目的要求。

• 24~48 小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)：為了記錄結(jié)構(gòu)對(duì)每天溫度變化的響應(yīng)，建議連續(xù)監(jiān)測(cè)。在24到48小時(shí)內(nèi)，每小時(shí)將做一組測(cè)量。

• 荷載測(cè)試 (若有的話)： 一般每次加載后，做一組測(cè)量。

• 翻新、維修或擴(kuò)建之前：該測(cè)量有助于了解結(jié)構(gòu)重建前的狀態(tài)，每天在一段既定時(shí)間（有代表性的）測(cè)量幾次 (如：在早上、中午、下午和晚上做一組測(cè)量)。另外為了確定每日溫度的影響，建議做幾次連續(xù)24小時(shí)或者48小時(shí)的監(jiān)測(cè) (每小時(shí)做一組測(cè)量)。

• 翻新、維修 或擴(kuò)建期間：除了每天4次的連續(xù)監(jiān)測(cè)外， 一般每次增加或減少荷載后做一組測(cè)量。

• 在役期間長期監(jiān)測(cè)：對(duì)于長期監(jiān)控，建議每天至少做1-4組測(cè)量，對(duì)于周期監(jiān)測(cè)，至少每周到每月做一組測(cè)量。還建議每年做24-28小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)（24小時(shí)內(nèi)至少每小時(shí)做一組測(cè)量）。

• 特別事件：在強(qiáng)風(fēng)、大雨或者地震發(fā)生時(shí)或之后做一組測(cè)量。