CN105043436B - 一种自适应深海自容式监测装置及其工作方法 - Google Patents

一种自适应深海自容式监测装置及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种深海自容式系泊姿态与振动监测装置及其工作方法,该装置包括:检测该装置在海域中的水深信息的水深模块、检测该装置的倾角信息的倾角模块、用于检测该装置在海域中的运行加速度信息的加速度模块,所述水深模块和倾角模块与AD转换模块相连接,所述AD转换模块和加速度模块与微处理器相连接,所述微处理器分别与时钟模块、电源模块和存储模块相连接,所述存储模块与工作模式设定模块相连接,所述工作模式设定模块对该装置的工作状态进行设定和存储。本装置能根据当前的测量值自适应的修改工作模式,可以更有效的测量重要时刻水下系泊的姿态和振动情况。

Description

一种自适应深海自容式监测装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及海洋平台水下监测领域,尤其涉及一种深海自容式系泊姿态与振动监测装置及其工作方法。
背景技术
海洋平台结构是开发海洋油气资源的最重要的基础设施,它是海上生产作业和生活的基地。一般海洋平台的服役期为20年,但由于海洋平台造价昂贵、结构复杂、体积庞大、许多海洋平台都是超期服役。由于海洋平台长期在海洋中的恶劣环境下服役,海洋环境的变化对其有很大的影响,加上海水的冲击、侵蚀,海洋平台面临着材料老化等诸多问题,在突发的恶劣情况下,海洋平台极易发生突发状况。海洋平台水下系泊系统与立管系统关系着平台的安全,其姿态、受力与振动需要长时间监测。
目前水下测量仪器大多采用电缆连接式,即通过电缆给传感器供电,同时把水中传感器的信号通过电缆传送回水上终端进行处理。海洋浮式平台靠系泊锚链的收放进行重新定位,在水下拉线会受到限制。无线水下设备传耗电量较大,无法保证持续长久的工作。
现有的独立的存储和电池供电的自容式传感器数据采集装置的工作模式一经设置下水后就不能改变,不能更有效的适应环境变化、专注与测量关键时刻的水下系统数据。
发明内容
根据现有技术存在的问题,本发明公开了一种自适应深海自容式监测装置,根据实时测量到的数据信息判断环境因素,可以实时改变该装置的工作模式,更有效的利用该装置的电量和存储空间,具体方案是:
一种自适应深海自容式监测装置,包括:检测该装置在海域中的水深信息的水深模块、检测该装置的倾角信息的倾角模块、用于检测该装置在海域中的运行加速度信息的加速度模块,所述水深模块和倾角模块与AD转换模块相连接,所述AD转换模块和加速度模块与微处理器相连接,所述微处理器分别与时钟模块、电源模块和存储模块相连接,所述存储模块与工作模式设定模块相连接,所述工作模式设定模块对该装置的工作状态进行设定和存储。
该装置在工作时设定工作状态、休息状态和测试状态;该装置的工作模式信息包括间歇工作时的工作时长、休息时长、加速度工作频率、倾角工作频率和水深工作频率,所述倾角工作频率和水深工作频率一致;
所述工作模式设定模块内存储有工作模式条目的工作状态信息,具体包括水深区间信息、选择本模式的倾角方差区间信息、跳出本模式的最小倾角方差信息、跳出本模式的最小加速度方差信息、本模式下加速度模块的工作频率、倾角模块的工作频率和水深度模块的工作频率。
该装置设定最大优先级模式即系泊收放模式,在该模式下其工作时长未结束时不能从该模式跳出进入其他模式,该工作模式下的工作信息只包含本模式下加速度模块的工作频率、倾角模块的工作频率、工作时长和休息时长信息。
一种自适应深海自容式监测装置的工作方法,其特征在于:具体包括以下步骤:
S1:该装置通过时钟实时中断计算在各个工作状态下进行的时长,休息状态下:本装置处于最大省电模式,不进行数据采集,当休息时间到达休息时长时进入测试状态开始采集该装置的工作状态信息;
S2:根据采集到的数据信息计算一定时间间隔的加速度数据方差、倾角数据方差、水深数据变化量和水深均值,当测试状态进入时钟中断时:如果水深数据变化量大于水深变化阈值则选择系泊收放模式,如果小于则读出水深均值所在水深区间的所有条目信息,根据计算的倾角数据方差所在的区间选择对应的工作模式;
S3:在工作状态下进入中断时,如果工作时间等于设定值,则关闭外围电路,进入最大省电模式;如果工作时间不足工作时长则判断是否进行工作模式切换。
S3中:在判断是否进行工作模式切换时:
如果当前为系泊收放工作模式则不切换退出中断;
如果否则判断水深数据变化量是否大于水深变化阈值:
如果是则写文件尾,结束本段工作切换到系泊收放模式进行采集工作,退出中断,如果水深数据变化量小于水深变化阈值则判断加速度数据方差、倾角数据方差中是否至少有一个大于跳出本工作模式的方差值,如果有则写文件尾,结束本段工作,将工作状态设为测试状态,退出中断,如果加速度数据方差和倾角数据方差都小于本工作模式的方差值则不进行工作模式调整,结束中断,继续在此工作模式下进行工作。
由于采用了上述技术方案,本发明提供的一种自适应深海自容式监测装置及其工作方法,本装置能根据当前的测量值自适应的修改工作模式,可以更有效的测量重要时刻水下系泊的姿态和振动情况。当遇到台风、海流、或收放系泊时,本装置能增大工作时间,提高工作频率,可以更好的采集关键时刻信息。在一般海况下,可以自适应的减少工作时间,工作频率,增加休息时间,节省该装置的电池电量和存储卡的存储空间。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术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申请中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,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。
图1为本发明中深海自容式加速度数据采集装置的结构示意图;
图2为本发明中该装置的工作流程图;
图3为本发明中该装置的工作流程图;
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚,下面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的描述:
如图1所示的一种自适应深海自容式监测装置包括:水深度采集模块7、倾角采集模块6、加速度采集模块5,水深度采集模块7采集该装置在海域的水深度信息,倾角采集模块6采集该装置安放的倾角信息,加速度采集模块5负责采集该装置的运行的加速度信息。水深度采集模块7和倾角采集模块6与AD转换模块8相连接,AD转换模块8和加速度采集模块5与微处理器1相连接,微处理器1分别与时钟模块2、电源模块3和存储模块4相连接,存储模块4与工作模式设定模块9相连接,工作模式设定模块9对该装置的工作状态进行设定和存储。
进一步的,该装置在工作时设定工作状态、休息状态和测试状态;该装置的工作模式信息包括间歇工作时的工作时长、休息时长、加速度工作频率、倾角工作频率和水深工作频率,所述倾角工作频率和水深工作频率一致。
所述工作模式设定模块9内存储有工作模式条目的工作状态信息,具体包括水深区间信息、选择本模式的倾角方差区间信息、跳出本模式的最小倾角方差信息、跳出本模式的最小加速度方差信息、本模式下加速度模块5的工作频率、倾角模块6的工作频率和水深度模块7的工作频率。例如表一所示:
表一:
该装置设定最大优先级模式即系泊收放模式,在该模式下其工作时长未结束时不能从该模式跳出进入其他模式,该工作模式下的工作信息只包含本模式下加速度采集模块5的工作频率、倾角采集模块6的工作频率、工作时长和休息时长信息。如表二所示:
表二:
如图2和图3所示的一种自适应深海自容式监测装置的工作方法,具体包括以下步骤:
S1:该装置通过时钟实时中断计算在各个工作状态下进行的时长,休息状态下:本装置处于最大省电模式,不进行数据采集,当休息时间到达休息时长时进入测试状态开始采集该装置的工作状态信息;
S2:根据采集到的数据信息计算一定时间间隔的加速度数据方差、倾角数据方差、水深数据变化量和水深均值,当测试状态进入时钟中断时:如果水深数据变化量大于水深变化阈值则选择系泊收放模式,如果小于则读出水深均值所在水深区间的所有条目信息,根据计算的倾角数据方差所在的区间选择对应的工作模式;
S3:在工作状态下进入中断时,如果工作时间等于设定值,则关闭外围电路,进入最大省电模式;如果工作时间不足工作时长则判断是否进行工作模式切换。
S3中:在判断是否进行工作模式切换时:
如果当前为系泊收放工作模式则不切换退出中断;
如果否则判断水深数据变化量是否大于水深变化阈值:
如果是则写文件尾,结束本段工作切换到系泊收放模式进行采集工作,退出中断,如果水深数据变化量小于水深变化阈值则判断加速度数据方差、倾角数据方差中是否至少有一个大于跳出本工作模式的方差值,如果有则写文件尾,结束本段工作,将工作状态设为测试状态,退出中断,如果加速度数据方差和倾角数据方差都小于本工作模式的方差值则不进行工作模式调整,结束中断,继续在此工作模式下进行工作。
文件头信息包括:开始工作的时间(年月日时分秒)、工作时间(时长)、休息时间(时长)、倾角采集模块6的工作频率、水深度采集模块7的工作频率、加速度采集模块5的工作频率。
文件尾信息包括:本次存储数据的起始地址、本次存储数据的结束地址。系统信息是指:存储数据的起始地址、工作时间(时长)、休息时间(时长)加速度采集模块5的工作频率、倾角采集模块6的工作频率、水深度采集模块7的工作频率。
实施例:
该装置设置有工作、休息、测试三种工作状态,通过时钟实时中断计数来计量在各个状态下进行的时长。该装置的三个工作状态的切换及自适应的选择并切换工作模式,其具体步骤如下:
该装置一上电是处于休息状态的,休息状态时,本装置处于最大省电模式,不进行数据采集和存储。当休息时间到达休息时长,则在此次实时时钟中断中打开各外围电路,把状态设为测试状态。此后装置进入测试状态,可以采集数据信息。
如图2所示,装置在测试状态时采集倾角、水深及加速度数据信息,计算1分钟时间间隔的加速度数据方差(AccVar),倾角数据方差(AngVar),水深数据变化量(DepDif)及水深均值。当以测试状态进入时钟中断时,将利用以上计算值比较并选择合适的工作模式。其具体比较选择过程如下,先比较水深数据变化量(DepDif)与水深变化阈值的关系,若大于,则选择具有最高优先级的系泊收放工作模式。若小于,则读出水深均值所在水深区间的所有条目,根据计算的倾角数据方差(AngVar)所在的区间选择一工作模式设定表的条目。最后根据条目的后四条设置该装置的工作模式,即设置该装置的工作时长、休息时长、加速度采集模块5的工作频率、倾角采集模块6的工作频率、水深度采集模块7的工作频率(由后两项设定了定时器A的中断时间间隔、加速度计计数设定(AccNum)、倾角计数设定(AngNum))。把该装置状态设为工作状态,开始了采集存储过程。
在工作状态时,如图2所示,装置在工作状态时也要计算1分钟时间间隔的加速度数据方差(AccVar),倾角数据方差(AngVar),水深数据变化量(DepDif)及水深均值。以上计算的值用于在定时时钟中断来临时,在中断处理时判断是否跳出本工作模式。其具体步骤如下:
进入在工作状态进入中断时,若工作时间计数器(WorkTimeCount)等于设定值(WorkTimeNum),则关闭外围电路,进入最大省电模式,该装置状态设为休息状态(S=0)。
若工作时间计数器(WorkTimeCount)不足工作时长(WorkTimeNum),接下来进行判断是否进行工作模式切换。先判断当前是否为最高优先级的系泊收放工作模式(WF=1),若是,则不切换退出中断。
若不是(WF=0),先比较水深数据变化量(DepDif)与水深变化阈值的关系,若大于阈值,则写文件尾,结束本段工作,之后切换到最高优先级的系泊收放工作模式(WF=1)进行采集工作,退出中断。
若水深数据变化量(DepDif)小于阈值,再比较计算得来的加速度数据方差(AccVar),倾角数据方差(AngVar)是否有一个大于跳出本工作模式的方差值,若是有,则写文件尾,结束本段工作,将工作状态设为测试状态,退出中断。通过之后一分钟的测试选择最适合的工作模式,从而切换工作模式。若没有一个大于,则不进行工作模式调整,结束中断,继续在此工作模式下进行工作。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种自适应深海自容式监测装置,其特征在于包括:检测该装置在海域中的水深信息的水深模块(7)、检测该装置的倾角信息的倾角模块(6)、用于检测该装置在海域中的运行加速度信息的加速度模块(5),所述水深模块(7)和倾角模块(6)与AD转换模块(8)相连接,所述AD转换模块(8)和加速度模块(5)与微处理器(1)相连接,所述微处理器(1)分别与时钟模块(2)、电源模块(3)和存储模块(4)相连接,所述存储模块(4)与工作模式设定模块(9)相连接,所述工作模式设定模块(9)对该装置的工作状态进行设定和存储;
该装置设定最大优先级模式即系泊收放模式,在该模式下其工作时长未结束时不能从该模式跳出进入其他模式,该工作模式下的工作信息只包含本模式下加速度模块(5)的工作频率、倾角模块(6)的工作频率、工作时长和休息时长信息;
一种自适应深海自容式监测装置的工作方法具体包括以下步骤:
S1:该装置通过时钟实时中断计算在工作状态、休息状态及测试状态下进行的时长,休息状态下:本装置处于最大省电模式,不进行数据采集,当休息时间到达休息时长时进入测试状态开始采集该装置的工作状态信息;
S2:根据采集到的数据信息计算一定时间间隔的加速度数据方差、倾角数据方差、水深数据变化量和水深均值,当测试状态进入时钟中断时:如果水深数据变化量大于水深变化阈值则选择系泊收放模式,如果小于则读出水深均值所在水深区间的所有条目信息,根据计算的倾角数据方差所在的区间选择对应的工作模式;
S3:在工作状态下进入中断时,如果工作时间等于设定值,则关闭外围电路,进入最大省电模式;如果工作时间不足工作时长则判断是否进行工作模式切换;
其中,所述步骤S3中:在判断是否进行工作模式切换时:
如果当前为系泊收放工作模式则不切换退出中断;
如果否则判断水深数据变化量是否大于水深变化阈值:
如果是则写文件尾,结束本段工作切换到系泊收放模式进行采集工作,退出中断,如果水深数据变化量小于水深变化阈值则判断加速度数据方差、倾角数据方差中是否至少有一个大于跳出本工作模式的方差值,如果有则写文件尾,结束本段工作,将工作状态设为测试状态,退出中断,如果加速度数据方差和倾角数据方差都小于本工作模式的方差值则不进行工作模式调整,结束中断,继续在此工作模式下进行工作。
2.根据权利要求1所述的一种自适应深海自容式监测装置,其特征还在于:该装置在工作时设定工作状态、休息状态和测试状态;该装置的工作模式信息包括间歇工作时的工作时长、休息时长、加速度工作频率、倾角工作频率和水深工作频率,所述倾角工作频率和水深工作频率一致;
所述工作模式设定模块(9)内存储有工作模式条目的工作状态信息,具体包括水深区间信息、选择本模式的倾角方差区间信息、跳出本模式的最小倾角方差信息、跳出本模式的最小加速度方差信息、本模式下加速度模块(5)的工作频率、倾角模块(6)和水深模块(7)的工作频率。
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