CN106201977A - 深水立管一体式数据采集装置 - Google Patents

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刘超
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张益公
朱为全
申辉
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BEIJING GAOTAI DEEP-SEA TECHNOLOGY Co Ltd
China National Offshore Oil Corp CNOOC
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Abstract

本发明公开了一种深水立管一体式数据采集装置，包括数据采集组件、运动处理器、采用FAT文件系统的微控制器、计时器、存储器、输出接口和供电组件，数据采集组件包括适于与深水立管运动特性匹配的三轴加速度传感器和三轴角速度传感器；运动处理器的输入端分别与三轴加速度传感器和三轴角速度传感器连接；微控制器与运动处理器的输出端连接；计时器进一步包括有源晶振和实时时钟，有源晶振和实时时钟分别与微控制器连接；存储器与微控制器连接；输出接口与微控制器连接；供电组件分别与微控制器和存储器连接。根据本发明的深水立管一体式数据采集装置，优化立管监测、维护和修复计划，并验证立管设计计算模型和工具,有助于现场操作决策的制定。

Description

深水立管一体式数据采集装置
技术领域
本发明涉及海洋石油工程技术领域，具体而言，特别涉及一种深水立管一体式数据采集装置。
背景技术
在海洋石油工程领域中，立管系统是连接水面浮式置和位于海床的海底设备(如井口、PLEM、总管)的导管。相关技术中的立管系统的设计一般依据行业规范和标准，这种立管系统，可能会存在假设的环境载荷和实际有差异的缺点。另外，受到立管计算分析模型的局限性的影响，立管损伤可能具有不确定性，并且立管实际安装与分析模型也可能存在偏差，仅通过前期设计不可能准确反映出作用在立管上的真实载荷和实际应力。尽管在立管系统设计之初，采用提高设计标准或加大安全系数等手段解决立管强度问题，但立管破坏或失效事故仍时有发生。当在立管系统出现故障时，将危及整个海洋石油工程的安全。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。有鉴于此，本发明提供了一种深水立管一体式数据采集装置。通过使用该深水立管一体式数据采集装置有助于现场操作决策的制定，优化立管监测、维护和修复计划，并验证立管设计计算模型和工具。
根据本发明实施例提供的一种深水立管一体式数据采集装置，包括：数据采集组件、运动处理器、采用FAT文件系统的微控制器、计时器、存储器、输出接口和供电组件，所述数据采集组件包括适于与深水立管运动特性匹配的三轴加速度传感器和三轴角速度传感器；所述运动处理器的输入端分别与所述三轴加速度传感器和所述三轴角速度传感器连接，以接收所述三轴加速度传感器和所述三轴角速度传感器接收到的对所述立管的监测信息；所述微控制器与所述运动处理器的输出端连接，用于接收所述运动处理器处理后的所述立管的状态信息；所述计时器包括有源晶振和实时时钟，所述有源晶振和所述实时时钟分别与所述微控制器连接；所述存储器与所述微控制器连接，以存储所述微控制器处理后立管的状态信息；所述输出接口与所述微控制器连接；所述供电组件分别与所述微控制器和所述存储器连接。
根据本发明的实施例的深水立管一体式数据采集装置，立管监测数据可用于判定立管的完整性，有助于现场操作决策的制定，优化立管监测、维护和修复计划，并验证立管设计计算模型和工具。通过测量环境条件、浮体运动、立管整体响应等数据，立管监测可以获得立管准确的疲劳和强度状态，为立管定期检测提供有价值的参考数据。
另外，根据本发明上述实施例的一种深水立管一体式数据采集装置，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述深水立管一体式数据采集装置，进一步包括用于对模拟信号进行调理和滤波的信号处理器，所述信号处理器与所述电源组件连接，所述微控制器进一步包括一输入端口，所述信号处理器的输出端与所述输入端口连接，所述信号处理器用于降低所述深水立管一体式数据采集装置的噪声，提高测量数据的可靠性和准确性。
根据本发明的一个实施例，所述深水立管一体式数据采集装置，进一步包括模数转换器，所述信号处理器的输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述输入端口连接，所述模数转换器用于将模拟信号转换成数字信号。
根据本发明的一个实施例，所述数据采集组件进一步包括温度传感器，所述温度传感器与所述微控制器连接，将实时监测所述深水立管一体式数据采集装置的运行温度，当温度超过限值时，将对所述数据采集组件对所述立管的监测信息进行温度修正。
根据本发明的一个实施例，所述计时器进一步包括时钟备份电源，所述时钟备份电源与所述实时时钟连接，所述计时器用于提供所述深水立管一体式数据采集装置运行时的准确时间。
根据本发明的一个实施例，所述存储器为固定存储器，所述固定存储器是所述微控制器中的记忆设备，所述存储器用于存储所述微控制器处理后立管的状态信息。
根据本发明的一个实施例，所述存储器为可移动存储器，所述可移动存储器在不同终端间移动的存储设备，便与存储所述微控制器处理后立管的状态信息。
根据本发明的一个实施例，所述输出接口包括异步传输标准接口，所述异步传输标准接口通过异步收发传输器与所述微控制器连接，所述异步传输标准接口用于所述深水立管一体式数据采集装置调试和外部通信模块的数据传输。
根据本发明的一个实施例，所述输出接口还包括USB接口，所述USB接口通过异步收发传输器与所述微控制器连接，所述USB用于下载所述存储器的数据。
根据本发明的一个实施例，所述供电组件包括带有引出端的电池组以及与所述电池组连接的电源控制器，所述电源控制器与所述微控制器和所述存储器分别连接，所述供电组件用于为所述深水立管一体式数据采集装置供电。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的深水立管一体式数据采集装置示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，深水立管一体式数据采集装置100包括数据采集组件10、运动处理器20、采用FAT文件系统的微控制器30、计时器40、存储器50、输出接口60和供电组件70。
具体而言，数据采集组件10包括适于与深水立管匹配的三轴加速度传感器11和三轴角速度传感器12。三轴加速度传感器11和三轴角速度传感器12用于对深水立管的状态信息进行采集。运动处理器20的输入端分别与三轴加速度传感器11和三轴角速度传感器12连接，以接收三轴加速度传感器11和三轴角速度传感器12采集到的对立管的监测信息。
微控制器30与运动处理器20的输出端连接，用于接收运动处理器20的处理后的立管的状态信息，并对接收到的立管的状态信息进行处理。计时器40包括有源晶振41和实时时钟42，有源晶振41和实时时钟42分别与微控制器30连接。存储器50与微控制器30连接，以存储微控制器30处理后立管的状态信息。输出接口60与微控制器30连接。
根据本发明的实施例的深水立管一体式数据采集装置100，通过采集立管监测数据可用于判定立管的完整性，有助于现场操作决策的制定，优化立管监测、维护和修复计划，并验证立管设计计算模型和工具。同时，通过测量环境条件、浮体运动、立管整体响应等数据，立管监测可以获得立管准确的疲劳和强度状态，为立管定期检测提供有价值的参考数据。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，深水立管一体式数据采集装置100进一步包括用于对模拟信号进行调理和滤波的信号处理器80，信号处理器80与电源组件连接，微控制器30进一步包括一输入端口(未示出)，信号处理器80的输出端与输入端口连接，信号处理器80用于降低深水立管一体式数据采集装置100的噪声，提高测量数据的可靠性和准确性。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，深水立管一体式数据采集装置100进一步包括模数转换器90，信号处理器80的输出端与模数转换器90的输入端连接，模数转换器90的输出端与输入端口连接，模数转换器90用于将模拟信号转换成数字信号，以便于微控制器30处理。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，数据采集组件10进一步包括温度传感器13，温度传感器13与微控制器30连接，因温度对三轴加速度传感器11和三轴角速度传感器12的检测结果有一定的影响，由此，温度传感器13可以对深水立管所处的环境温度进行检测，微控制器30可以根据温度传感器13检测到的温度对三轴加速度传感器11和三轴角速度传感器12检测到的数据进行修整。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，计时器40进一步包括时钟备份电源43，时钟备份电源43与实时时钟42连接，计时器40用于提供深水立管一体式数据采集装置100运行时的准确时间。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，存储器50为固定存储器，固定存储器是微控制器30中的记忆设备，固定存储器用于存储微控制器30处理后立管的状态信息。可以理解的是，存储器50也不限定为固定存储器，例如，根据本发明的另一个实施例，存储器50为可移动存储器，可移动存储器在不同终端间移动的存储设备，便于存储微控制器30处理后的立管的状态信息。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，输出接口60包括异步传输标准接口62，异步传输标准接口62通过异步收发传输器61与微控制器30连接，异步传输标准接口62用于深水立管一体式数据采集装置100调试和外部通信模块的数据传输。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，输出接口60还包括USB接口64，USB接口64接口通过异步收发传输器63与微控制器30连接，USB用于下载存储器50的数据。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，供电组件70包括带有引出端的73的电池组71以及与电池组71连接的电源控制器72，电源控制器72与微控制器30和存储器50分别连接，异步传输标准接口61用于为深水立管一体式数据采集装置100供电。
根据本发明的实施例的深水立管一体式数据采集装置100，还可以包括一个看门狗系统(未示出)，用于同时给微处理器产生复位信号。
根据本发明的一个实施例，深水立管一体式数据采集装置100，还可以包括一个编码器(未示出)，编码器用于设计深水立管一体式数据采集装置100的ID编码。
根据本发明的一个实施例，深水立管一体式数据采集装置100，采用数模隔离供电，保证了信号处理器80的精度和稳定性，提高了测量数据的准确性。
根据本发明的一个实施例，深水立管一体式数据采集装置100，存储于微控制器30中的FAT文件系统，支持大容量数据存储。根据本发明的一个实施例，电源控制器72包括电源转换电路，电源转换电路用于转换不同电压，带来便利，节省资金，减少能源的浪费。
根据本发明的一个实施例，电源控制器72包括电源保护电路，电源保护电路在电源发生过压、欠压、缺相、错相时，起到报警和保护作用。根据本发明的一个实施例，电源控制器72包括电源管理电路，电源管理电路用于降低异步传输标准接口61闲置时的能耗，使用寿命更长。
根据本发明的一个实施例，电源控制器72使用电池组71供电。根据本发明的一个实施例，电源控制器72还使用电池组71通过端口73接入外部电源。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种深水立管一体式数据采集装置，其特征在于，包括：数据采集组件、运动处理器、采用FAT文件系统的微控制器、计时器、存储器、输出接口和供电组件，所述数据采集组件包括适于与深水立管运动特性匹配的三轴加速度传感器和三轴角速度传感器；所述运动处理器的输入端分别与所述三轴加速度传感器和所述三轴角速度传感器连接，以接收所述三轴加速度传感器和所述三轴角速度传感器接收到的对所述立管的监测信息；所述微控制器与所述运动处理器的输出端连接，用于接收所述运动处理器的处理后的所述立管的状态信息；所述计时器包括有源晶振和实时时钟，所述有源晶振和所述实时时钟分别与所述微控制器连接；所述存储器与所述微控制器连接，以存储所述微控制器处理后立管的状态信息；所述输出接口与所述微控制器连接；所述供电组件分别与所述微控制器和所述存储器连接。
2.根据权利要求1所述的深水立管一体式数据采集装置，其特征在于，进一步包括用于对模拟信号进行调理和滤波的信号处理器，所述信号处理器与所述电源组件连接，所述微控制器进一步包括一输入端口，所述信号处理器的输出端与所述输入端口连接。
3.根据权利要求1所述的深水立管一体式数据采集装置，其特征在于，进一步包括模数转换器，所述信号处理器的输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述输入端口连接。
4.根据权利要求1所述的深水立管一体式数据采集装置，其特征在于，所述数据采集组件进一步包括温度传感器，所述温度传感器与所述微控制器连接。
5.根据权利要求1所述的深水立管一体式数据采集装置，其特征在于，所述计时器进一步包括时钟备份电源，所述时钟备份电源与所述实时时钟连接。
6.根据权利要求1所述的深水立管一体式数据采集装置，其特征在于，所述存储器为固定存储器。
7.根据权利要求1所述的深水立管一体式数据采集装置，其特征在于，所述存储器为可移动存储器。
8.根据权利要求1所述的深水立管一体式数据采集装置，其特征在于，所述输出接口包括异步传输标准接口，所述异步传输标准接口通过异步收发传输器与所述微控制器连接。
9.根据权利要求1所述的深水立管一体式数据采集装置，其特征在于，所述输出接口还包括USB接口，所述USB接口通过异步收发传输器与所述微控制器连接。
10.根据权利要求1所述的深水立管一体式数据采集装置，其特征在于，所述供电器组件包括带有引出端的电池组以及与所述电池组连接的电源控制器，所述电源控制器与所述微控制器和所述存储器分别连接。
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