CN107559595A - 一种船舶管道振动应急处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶管道振动应急处理系统，包括数据采集卡、微型处理器和传感器组、舵机和电机驱动器，数据采集卡与微型处理器连接，微型处理器分别与舵机和电机驱动器连接，舵机连接管道阀门，电机驱动器连接禁锢支架；传感器组包括设置在被测管道外侧的振动传感器、加速度传感器和位移传感器，振动传感器、加速度传感器和位移传感器分别与数据采集卡连接以将采集到的管路振动信号发送至数据采集卡；微型处理器连接上位机。本发明原理简单、智能化程度高，能对管道振动信号进行采集、存储和分析，当检测到异常信号时能够通过控制舵机和电机驱动器自动实现对船舶管道异常振动的应急处理，对管道破裂、泄漏等类似故障具有一定监测与应急处理作用。

Description

一种船舶管道振动应急处理系统

技术领域

本发明涉及管道振动处理技术领域，具体涉及一种船舶管道振动应急处理系统。

背景技术

管道是船舶动力装置的重要组成部分，管道振动是动力装置振动的重要方面。强烈的管道振动会使设置在管道间的附属设备，特别是各种焊缝、管路支架等连接处经受反复交变的振动应力作用，使管道受到附加的疲劳载荷，促使疲劳裂纹的形成与扩展，产生松动，泄漏甚至爆炸事故。对于大型船舶，各种不同管径的管道纵横交错地布置在船舶的甲板及各种舱室中，由于液体的压力脉动和甲板的振动，管道会发生振动甚至剧烈的振动，管道振动会降低管道的输送效率，引起结构振动疲劳，甚至由此导致管系结构破坏，造成重大的经济损失，因此船舶管道振动应急处理系统显得尤为重要。

现有技术一般是通过检测管道振动的各种信号，当信号异常时发出警报，再由人为解决各种故障消除警报，或遇到紧急情况强制关闭阀门，这种处理方式效率低下，如果人为处理不当或者不及时将会造成严重的后果。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的效率低、风险高的不足，提供一种船舶管道振动应急处理系统，它能够对管道振动信号进行采集和存储、分析，并实现对船舶管道异常振动的应急处理。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种船舶管道振动应急处理系统，包括数据采集卡、微型处理器和传感器组，还包括舵机和电机驱动器，所述数据采集卡与所述微型处理器连接，所述微型处理器分别与所述舵机和电机驱动器连接，所述舵机连接管道阀门，所述电机驱动器连接禁锢支架；所述传感器组包括设置在被测管道外侧的振动传感器、加速度传感器和位移传感器，所述振动传感器、加速度传感器和位移传感器分别与所述数据采集卡连接以将采集到的管路振动信号发送至数据采集卡；所述微型处理器连接上位机。

上述方案中，所述传感器组还包括流量传感器，所述流量传感器设置在所述管道阀门上，并与所述数据采集卡连接。

上述方案中，所述传感器组还包括支架振动传感器，所述支架振动传感器设置在所述禁锢支架上，并与所述数据采集卡连接。

上述方案中，所述舵机为MG996R型号舵机。

上述方案中，所述数据采集卡内设有主控单元、信号放大单元、信号传输单元和存储单元，所述信号放大单元、信号传输单元和存储单元分别与所述主控单元连接。

上述方案中，所述信号放大单元包括第一运算放大器、第二运算放大器和仪表放大器。

本发明的船舶管道振动应急处理系统的使用方法，包括以下步骤：

S1、传感器组的各个传感器分别采集管路的振动信号，并发送至数据采集卡；

S2、数据采集卡将各传感器收集的振动信号进行信号放大并提取振动特征，包括振动频率、振动幅度、相角、偏心位移；

S3、数据采集卡将采集的信号发送至微型处理器进行分析处理，并由微型处理器发送至上位机；

S4、上位机对提取出的振动特征进行分析，并划分合理的振动参数波动范围，从而对不同的状态进行识别；

S5、当上位机检测出异常信号时，通过指令控制舵机调整管道阀门的闭合程度，并控制电机驱动器驱动禁锢支架夹持管道。

本发明的有益效果在于：

本发明的船舶管道振动应急处理系统原理简单、智能化程度高，能够对管道振动信号进行采集、存储和分析，当检测到异常信号时能够通过控制舵机和电机驱动器自动实现对船舶管道异常振动的应急处理，因此对管道破裂、管道泄漏等类似故障具有一定监测与应急处理作用。避免了人工处理不及时或处理不当的高风险，减少了船舶生命财产的损失，提高船舶机舱自动化程度。

数据采集卡内设置的信号放大单元采用仪表放大器及其外围电路来完成小信号放大及噪声抑制，具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂移等特点，可为后续数据采集提供稳定、可靠的模拟信号，进一步提高了应急处理效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明船舶管道振动应急处理系统的工作原理示意图；

图2是图1所示的船舶管道振动应急处理系统的信号放大单元的原理图。

图中：10、数据采集卡；11、主控单元；12、信号放大单元；121、第一运算放大器；122、第二运算放大器；123、仪表放大器；13、信号传输单元；14、存储单元；20、微型处理器；31、振动传感器；32、加速度传感器；33、位移传感器；34、流量传感器；35、支架振动传感器；40、舵机；50、电机驱动器；60、管道阀门；70、禁锢支架；80、上位机。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，为本发明一较佳实施例的船舶管道振动应急处理系统，包括数据采集卡10、微型处理器20、传感器组、舵机40和电机驱动器50，数据采集卡10与微型处理器20连接，微型处理器20分别与舵机40和电机驱动器50连接，舵机40连接管道阀门60，电机驱动器50连接禁锢支架70；传感器组包括设置在被测管道外侧的振动传感器31、加速度传感器32和位移传感器33，振动传感器31、加速度传感器32和位移传感器33分别与数据采集卡10连接以将采集到的管路振动信号发送至数据采集卡10；微型处理器20连接上位机80。具体的，振动传感器31检测管道振动信号随时间的幅度变化，加速度传感器32检测管道振动加速度随时间的变化，位移传感器33检测管道振动各方向位移随时间的变化，以便计算振动频率、相角和偏心位移。

进一步优化，本实施例中，传感器组还包括流量传感器34，流量传感器34设置在管道阀门60上，并与数据采集卡10连接。流量传感器34检测管道阀门60的气体流量。

进一步优化，本实施例中，传感器组还包括支架振动传感器35，支架振动传感器35设置在禁锢支架70上，并与数据采集卡10连接。支架振动传感器35检测禁锢支架70的振动参数。

进一步优化，本实施例中，舵机40为MG996R型号舵机。舵机40为管道阀门60的位置伺服驱动器，由于管道阀门60的开度随振动的状态不断变化，舵机40可实现多角度变化并固定，其基于单片机控制，并且具有简单、精度高、成本低、体积小的特点。

进一步优化，本实施例中，数据采集卡10内设有主控单元11、信号放大单元12、信号传输单元13和存储单元14，信号放大单元12、信号传输单元13和存储单元14分别与主控单元11连接。主控单元11是数据采集卡10的控制器，信号放大单元12对所采集的信号进行放大与优化，信号传输单元13传输信号到微型处理器20，存储单元14实现对信号的存储与更新。

进一步优化，本实施例中，信号放大单元12包括第一运算放大器121、第二运算放大器122和仪表放大器123。

第一运算放大器121的正极输入端通过电阻R₂接地，负极输入端分别连接电阻R₁一端和电阻R₃一端，电阻R₁另一端通过电容C₁接地，电阻R₃另一端分别连接第一运算放大器121输出端和电阻R₅一端。

第二运算放大器122的正极输入端分别连接电阻R₁₁一端、电容C₈一端，电容C₈另一端接地，电阻R₁₁另一端分别连接电阻R₁₀一端、电容C₇一端，第二运算放大器122的负极输入端分别连接电容C₇另一端和电阻R₁₃一端，第二运算放大器122的正极电源端通过电容C₉接地，负极电源端通过电容C₁₀接地，输出端分别连接电阻R₁₃另一端、二极管D₁负极、二极管D₂正极，二极管D₁正极接负电源端，二极管D₂负极接正电源端。

仪表放大器123的VIN-端连接电阻R₆一端，电阻R₆另一端连接电位器R₁₄滑动端和电容C₂一端，电位器R₁₄两端分别连接电阻R₄和电阻R₅；仪表放大器123的RG1端连接电阻R₇一端，电阻R₇另一端连接电位器R₁₅一端，电位器R₁₅另一端和滑动端分别连接仪表放大器123的RG2端；仪表放大器123的VIN+端连接电阻R₈；仪表放大器123的正极电源端分别连接电阻R₉一端、电容C₄一端，电阻R₉另一端分别连接电感L₁一端和电容C₃一端，电容C₃另一端连接电容C₄另一端并接地；仪表放大器123的负极电源端分别连接电阻R₁₂一端和电容C₅一端，电阻R₁₂另一端分别连接电感L₂一端和电容C₆一端，电容C₆另一端连接电容C₅另一端并接地，仪表放大器123的输出端连接电阻R₁₀一端，电阻R₁₀另一端分别连接电阻R₁₁另一端和电容C₇另一端。

传感器信号从第一运算放大器121输入端流入，经第一运算放大器121放大，通过调节电位器R₁₄的阻值，使仪表放大器123的负输入端上电压等于电阻R₈端的电压，经仪表放大器123等器件组成的二级放大电路，输出电压也就等于零，零点校正功能就实现了；随后放大信号经第二运算放大器122及电阻R₁₀、电阻R₁₁、电容C₇和电容C₈组成二阶RC有源滤波电路滤除干扰，就可给后续数据采集提供稳定、可靠的模拟信号。

数据采集卡10内设置的信号放大单元12采用仪表放大器123及其外围电路来完成小信号放大及噪声抑制，具有高共模抑制比、高输入阻抗、低噪声、低线性误差、低失调漂移等特点，可为后续数据采集提供稳定、可靠的模拟信号，进一步提高了应急处理效率。

本发明的船舶管道振动应急处理系统的使用方法，包括以下步骤：

S1、传感器组的各个传感器分别采集管路的振动信号，并发送至数据采集卡10；

S2、数据采集卡10将各传感器收集的振动信号进行信号放大并提取振动特征，包括振动频率、振动幅度、相角、偏心位移；

S3、数据采集卡10将采集的信号发送至微型处理器20进行分析处理，并由微型处理器20发送至上位机80；

S4、上位机80对提取出的振动特征进行分析，并划分合理的振动参数波动范围，从而对不同的状态进行识别；

S5、当上位机80检测出异常信号时，通过指令控制舵机40调整管道阀门60的闭合程度，并控制电机驱动器50驱动禁锢支架70夹持管道，进而达到应急处理效果。

本发明的船舶管道振动应急处理系统原理简单、智能化程度高，能够对管道振动信号进行采集、存储和分析，当检测到异常信号时能够自动实现对船舶管道异常振动的应急处理，因此对管道破裂、管道泄漏等类似故障具有一定监测与应急处理作用。避免了人工处理不及时或处理不当的高风险，减少了船舶生命财产的损失，提高船舶机舱自动化程度。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种船舶管道振动应急处理系统，包括数据采集卡、微型处理器和传感器组，其特征在于，还包括舵机和电机驱动器，所述数据采集卡与所述微型处理器连接，所述微型处理器分别与所述舵机和电机驱动器连接，所述舵机连接管道阀门，所述电机驱动器连接禁锢支架；所述传感器组包括设置在被测管道外侧的振动传感器、加速度传感器和位移传感器，所述振动传感器、加速度传感器和位移传感器分别与所述数据采集卡连接以将采集到的管路振动信号发送至数据采集卡；所述微型处理器连接上位机。

2.根据权利要求1所述的船舶管道振动应急处理系统，其特征在于，所述传感器组还包括流量传感器，所述流量传感器设置在所述管道阀门上，并与所述数据采集卡连接。

3.根据权利要求1所述的船舶管道振动应急处理系统，其特征在于，所述传感器组还包括支架振动传感器，所述支架振动传感器设置在所述禁锢支架上，并与所述数据采集卡连接。

4.根据权利要求1所述的船舶管道振动应急处理系统，其特征在于，所述舵机为MG996R型号舵机。

5.根据权利要求1所述的船舶管道振动应急处理系统，其特征在于，所述数据采集卡内设有主控单元、信号放大单元、信号传输单元和存储单元，所述信号放大单元、信号传输单元和存储单元分别与所述主控单元连接。

6.根据权利要求5所述的船舶管道振动应急处理系统，其特征在于，所述信号放大单元包括第一运算放大器、第二运算放大器和仪表放大器。

7.根据权利要求1所述的船舶管道振动应急处理系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、传感器组的各个传感器分别采集管路的振动信号，并发送至数据采集卡；

S2、数据采集卡将各传感器收集的振动信号进行信号放大并提取振动特征，包括振动频率、振动幅度、相角、偏心位移；

S3、数据采集卡将采集的信号发送至微型处理器进行分析处理，并由微型处理器发送至上位机；

S4、上位机对提取出的振动特征进行分析，并划分合理的振动参数波动范围，从而对不同的状态进行识别；

S5、当上位机检测出异常信号时，通过指令控制舵机调整管道阀门的闭合程度，并控制电机驱动器驱动禁锢支架夹持管道。