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海洋鉆井平臺是從事海上油氣勘探開發作業的大型鋼結構體。自升式鉆井平臺是海上可移動式鉆井平臺的一種，作業時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的回暖，自升式鉆井平臺的市場利用率有所回升，未來需求還將進一步提高。國內自主研發的自升式鉆井平臺的使用規模也在逐年擴大，中國境內作業的鉆井平臺中80%為自升式鉆井平臺。

海上鉆井平臺運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的關鍵結構，其安全可靠性直接關系到整個鉆井平臺在海上作業的安全。

自升式鉆井平臺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境荷載的作用，在平衡位置附近循環震蕩產生隨時間變化的應力（或應變），很容易產生疲勞裂紋并產生一定的疲勞累積損傷，對整個自升式平臺的安全性構成嚴重的威脅。且樁腿處于水下，不易觀察。因此，監測技術的采用是很重要的。

監測技術作為工程師的眼睛，在工程的安全施工和順利運營中發揮著不可忽視的作用。目前工程監測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式傳感器。但海洋環境惡劣，潮濕且腐蝕性強，這些常規的電類傳感器普遍存在壽命短、易受周圍環境影響、易受電磁干擾、易被腐蝕等問題。

光纖類傳感技術是近年來發展起來的先進監測技術。光纖傳感器是利用光纖技術和光學原理，將感受的被測量轉換成可用輸出信號的傳感器。

在光纖傳感器中，光纖既是傳感介質，也是傳輸介質。作為傳感介質的光纖，具有測量敏感性高、性能穩定的優點；而作為傳輸介質的光纖，在傳輸過程中不受電磁干擾、信號損失小，傳感光纖可以直接通過光纜連到控制檢測中心，這樣就可以試驗遠程分布式監測。

SOFO(源于法語Surveilance d’Ouvrages par Fibres Optiques的首字母，意為光纖結構監測)是由瑞士聯邦工業學院土木工程系IMAC應力分析實驗室開發的一種點式光纖傳感器。

SOFO系統包括傳感器、一套讀數儀、數據采集和分析軟件。傳感器由兩根光纖組成，分別是測量光纖和參考光纖，這兩根光纖都裝在同一根保護管中。測量光纖與被測結構結合并隨結構一起變形。為了測量縮短和伸長，測量光纖被預張拉了0.5%。參考光纖是松弛的，因此與結構的變形無關；它的作用是補償溫度對傳感器的影響。讀數儀發出的光學信號(光)通過一個  耦合器進入傳感器，在兩根光纖末端被反射鏡反射回讀數儀，在讀數儀中被一對匹配光纖解調。返回光包含有結構物變形的信息，該信息被讀數儀解碼，并在筆記本電腦上顯示。典型傳感器的長度范圍是250mm-10m，分辨率與標距無關，為2 μm，精度為0.2%。傳感器的動態范圍在受壓時為0.5%，在伸長時為1%。

SOFO系統在上世紀90年代初開始研制，1995年開始商業化生產，隨后應用于各種民用結構的監測，例如巖土工程、橋梁、大壩、民用和工業建筑等。該系統對溫度變化、電磁場、濕度和腐蝕不敏感，至少6年內（第一次安裝后）不受漂移的影響，這使得該系統既適合短期監測也適合長期監測(估計長期穩定性長達20年)。傳感器可直接埋入新拌混凝土或者使用專門設計的便于安裝的L型支架在結構表面上安裝。無需標定，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%)。長標距傳感器比傳統應變傳感器更可靠，更精確，它測得的是長距離內的平均應變，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樁腿監測基于光纖低相干涉原理的SOFO監測系統，采用定期、連續和準靜態監測模式，用以增加對樁腿荷載、樁腿荷載分布、來自平臺荷載的重心等結構情況的了解。監測參數包括：

• 每根樁腿(共三根樁腿)某個截面的荷載

• 平均應變

• 整體平均曲率和溫度

SOFO系統通過監測樁腿每根樁（3根樁/每根樁腿）在荷載作用下產生的平均應變來間接監測每根樁腿的荷載，如圖下所示。測得了樁腿每根樁上的平均應變，可計算出樁腿的總荷載。

整套系統建議采用9個SOFO標準傳感器(3個/樁腿)和9個熱電偶(三根樁腿)。使用標準的L形支架并按焊接步驟把這些傳感器安裝在表面上。

標準SOFO傳感器用于監測平均應變。由于樁腿由鋼材制成，而鋼材被認為是均勻材料，建議的傳感器長度為0.5到1m。

因為結構暴露在溫度變化的環境中，因此有必要監測溫度來區分測得總應變中的溫度應變。為此建議使用SOFO系統兼容的K型熱電偶。為了使這些傳感器與SOFO系統相兼容，必須使用SOFO橋接設備和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，以便進行集中測量。相應的ADAM模塊也安裝在箱子中。三個中繼連接箱被連接到平臺上辦公室內的測量中心。測量中心包括12通道的SOFO讀數儀，SOFO橋接單元，以及ADAM模塊的電源。讀數儀可以選擇SOFO便攜讀數儀，使用方便。

SOFO系統將記錄變形和溫度，并保存在單一關系數據庫中。這簡化了數據處理和分析。該數據庫可以與其它數據庫對接，便于和其它已安裝的監測系統進行數據同步。SOFO傳感器讀數一次約需6-10秒，熱電偶讀數一次約需2-3秒。傳感器僅能順序讀取(非同時)。因此，讀取所有傳感器的平均時間大約是2分鐘。使用SOFO Pro和SOFO View軟件，可以實時計算，并在顯示屏上顯示預警和警告(如超過某些閥值)。

零點測量是第一步執行的有意義的測量(之前的測量可視為檢查測量)，零點是將來所有測量的基準。因此，監測參數的演變將相對于零點被記錄和顯示。這就是準確確定測量時間如此重要的原因。零點測量的設定取決于實際項目的要求。

• 24~48 小時連續監測：為了記錄結構對每天溫度變化的響應，建議連續監測。在24到48小時內，每小時將做一組測量。

• 荷載測試 (若有的話)： 一般每次加載后，做一組測量。

• 翻新、維修或擴建之前：該測量有助于了解結構重建前的狀態，每天在一段既定時間（有代表性的）測量幾次 (如：在早上、中午、下午和晚上做一組測量)。另外為了確定每日溫度的影響，建議做幾次連續24小時或者48小時的監測 (每小時做一組測量)。

• 翻新、維修 或擴建期間：除了每天4次的連續監測外， 一般每次增加或減少荷載后做一組測量。

• 在役期間長期監測：對于長期監控，建議每天至少做1-4組測量，對于周期監測，至少每周到每月做一組測量。還建議每年做24-28小時連續監測（24小時內至少每小時做一組測量）。

• 特別事件：在強風、大雨或者地震發生時或之后做一組測量。