CN107860352A - 水下自容式应变测量装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下自容式应变测量装置及系统，属于应变测量领域。该装置包括水密封装箱、主控制器模块、应变测量模块、信号通道水密接插件、信号通讯及故障报警模块、数据传输模块、供电模块；主控制器模块、应变测量模块、信号通讯及故障报警模块、供电模块设置在水密封装箱内部；信号通道水密接插件安装在水密封装箱的安装口处；主控制器模块与供电模块、应变测量模块、信号通讯及故障报警模块分别连接；数据传输模块集成在主控制器模块中；解决了现有的应变测量系统工作环境受限，待测水下工程结构与测量系统之间距离大，获取到的应变信号质量不高的问题；达到了提高获取到的应变信号质量，拓展了水下应变测量的作业范围的效果。

Description

水下自容式应变测量装置及系统

技术领域

本发明实施例涉及应变测量领域，特别涉及一种水下自容式应变测量装置及系统。

背景技术

工程实际中，为了解决部件、机构、结构的静、动强度问题以及分析其受力、变形和可靠性，验证理论设计计算和的正确性等，需要确定应力或应变分布。

水下工程结构在实际应用过程中常处于较为复杂的应力状态，其可能承受的载荷包括母船提供的耦合作用力、水体的拖曳作用、波浪载荷、涡激振动等各类水动力载荷，因此准确测量水下工程结构的应力状态对水下工程结构的设计改造、安全校核、科学实验和风险评估具有重要的作用。

目前，应变测量系统通常设置于干燥安全的无水空间，需要人工进行数据采集与提取工作，大多水下工程结构的应变待测区处于较深水域，如果将应变测试系统设置于母船或其他干燥安全的无水空间，信号通道线的长度需要增加，会导致信号衰减严重，无法获取到高质量的应变信号。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种水下自容式应变测量装置及系统。该技术方案如下：

第一方面，提供了一种水下自容式应变测量装置，该装置包括水密封装箱、主控制器模块、应变测量模块、信号通道水密接插件、信号通讯及故障报警模块、数据传输模块、供电模块；

主控制器模块、应变测量模块、信号通讯及故障报警模块、供电模块设置在水密封装箱内部；

信号通道水密接插件安装在水密封装箱的安装口处；

主控制器模块与供电模块、应变测量模块、信号通讯及故障报警模块分别连接；

数据传输模块集成在主控制器模块中；

应变测量模块与信号通信线的一端连接，信号通信线的另一端与信号通道水密接插件连接；

应变测量模块，用于采集应变电信号，将与应变电信号对应的应变数据发送至主控制器模块；

主控制器模块，用于监控应变测量模块和供电模块的工作状态，接收并存储应变测量模块发送的应变数据，根据应变测量模块和供电模块的工作状态控制信号通讯及故障报警模块，通过数据传输模块传输应变数据；

供电模块，用于为应变测量模块和主控制器模块供电。

可选的，应变测量模块包括应变电信号采集单元、应变数据传输单元和故障上报单元；

应变测量模块，用于通过应变电信号采集单元采集应变电信号，通过应变数据传输单元将与应变电信号对应的应变数据发送至主控制器模块；

应变测量模块，还用于在应变电信号采集单元存在故障时，通过故障上报单元将故障信息发送至主控制器模块。

可选的，主控制器模块包括供电监测单元、指令发送单元、应变测量监测单元和数据存储单元；

主控制器模块，用于通过供电监测单元监测供电模块是否发生故障；

主控制器模块，用于通过应变测量监测单元监测应变测量模块是否发生故障；

主控制器模块，用于在供电模块发生故障时，通过指令发送单元向供电模块发送供电控制指令，以及向信号通讯及故障报警模块发送供电故障报警指令；

主控制器模块，用于在应变测量模块发生故障时，通过指令发送单元向信号通讯及故障报警模块发送应变故障报警指令；

主控器模块，用于通过数据存储单元存储接收到的应变数据。

可选的，信号通讯及故障报警模块包括供电监测信号灯、供电异常报警灯、应变采集监测信号灯和应变采集异常报警灯；

信号通讯及故障报警模块，用于在供电模块发生故障时，点亮供电异常报警灯；

信号通讯及故障报警模块，用于在应变测量模块发生故障时，点亮应变采集异常报警灯。

可选的，数据传输模块包括有线数据传输单元和无线数据传输单元。

可选的，供电模块包括有线供电单元和锂电池供电单元。

可选的，信号通道水密接插件包括信号通道水密接插头和信号通道水密接插座；

信号通道水密接插头用于将待测水下工程结构与水下自容式应变测量装置连接，信号通道水密接插座安装在水密封装箱的安装口处；

信号通道水密接插头包括信号通道线保护套和插头，插头上设置有针槽和可移动螺纹锁紧套，信号通道线穿过信号通道线保护套与插头连接，信号通道线保护套与插头连接；

信号通道水密接插座包括信号通道线保护套、插座、周向密封圈、固定螺母、中空固定螺栓，插座上设置有插针和可移动螺纹锁紧套，插座的底部设置有周向密封圈，信号通道线保护套与插座连接，中空固定螺栓套设在信号通道线保护套上，固定螺母套设在中空固定螺栓上，信号通道线穿过中空固定螺栓和信号通道线保护套与插座连接。

第二方面，提供了一种水下自容式应变测量系统，该系统包括如上述第一方面所示的水下自容式应变测量装置和计算机；

计算机与水下自容式应变测量装置连接；

计算机，用于控制水下自容式应变测量装置，以及与水下自容式应变测量装置进行数据传输。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

该水下自容式应变测量装置包括水密封装箱、主控制器模块、应变测量模块、信号通道水密封接插件、信号通讯及故障报警模块、数据传输模块、供电模块，将主控制器模块、应变测量模块、信号通讯及故障报警模块、供电模块设置在水密封装箱中，主控制器模块与应变测量模块连接，应变测量模块通过信号通道线与信号通道水密封接插件连接，信号通道水密封接插件通过信号通道线与测量待测水下工程结构的应变传感器连接，建立水下信号通道，由于主控制器模块和应变测量模块均在水下，且主控制器模块和应变侧测量模块之间的距离缩小，待测水下工程结构与应变测量系统之间的距离缩小，能够减小信号衰减，解决了现有的应变测量系统工作环境受限，待测水下工程结构与测量系统之间距离大，获取到的应变信号质量不高的问题；达到了提高获取到的应变信号质量，拓展了水下应变测量的作业范围的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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是根据一示例性实施例示出的一种水下自容式应变测量装置的结构框图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种应变测量模块的结构框图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种供电模块的结构框图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种数据传输模块的结构框图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种信号通讯及故障报警模块的结构框图；

图6是根据一示例性实施例示出的一种主控制器模块的结构框图；

图7是根据一示例性实施例示出的一种信号通道水密封接插件在水密封装箱上的安装示意图；

图8是根据一示例性实施例示出的一种信号通道水密封接插件的结构示意图；

图9是根据一示例性实施例示出的一种水下自容式应变测量系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

请参考图1，其示出了本发明一个实施例提供的水下自容式应变测量装置的结构框图。如图1所示，该水下自容式应变测量装置包括主控制器模块110、应变测量模块120、信号通道水密接插件130、信号通讯及故障报警模块140、水密封装箱150、供电模块160、数据传输模块170。

主控制器模块110、应变测量模块120、信号通讯及故障报警模块140设置在水密封装箱150内。

供电模块160设置在水密封装箱150内。

供电模块160用于为应变测量模块120和主控制器模块110供电。

信号通道水密接插件130安装在水密封装箱150的安装口处。

水密封装箱150上的安装口的数量与信号通道水密接插件130的数量相等，信号通道水密接插件130的数量根据实际需要确定。

信号通道水密封接插件130用于为水密封装箱150内的应变测量模块120提供信号传输通道。

信号通道水密接插件130实现了水密封装箱150内外信号通道的搭建，保证了信号通道通畅。

水密封装箱150用于密封主控制器110、应变测量模块120、供电模块160和信号通讯及故障报警模块140，利用水密封装箱150和水密封接插件130可以实现密封，令应变测量装置在水下工作。

主控制器模块110与供电模块160、应变测量模块120、信号通讯及故障报警模块140分别连接。

数据传输模块170击沉工资啊主控制器模块110中。

应变测量模块120与信号通道线的一端连接，信号通道线的另一端与信号通道水密接插件130连接。

信号通道水密接插件130用于连接应变传感器，应变传感器用于获取待测水下工程的应变信息。

应变测量模块120用于采集应变电信号，将与应变电信号对应的应变数据发送至主控制器模块110。

主控制器模块110用于监控应变测量模块120和供电模块160的工作状态，接收并存储应变测量模块120发送的应变数据，根据应变测量模块120和供电模块160的工作状态控制信号通讯及故障报警模块140，通过数据传输模块170传输应变数据。

可选的，主控制器模块110通过数据传输模块170将应变数据传输至计算机。

计算机中安装有与水下自容式应变测量装置对应的计算机配套软件，计算机通过该计算机配套软件实现对该水下自容式应变测量装置的控制，以及与该水下自容式应变测量装置进行数据传输。

在基于图1所示实施例的可选实施例中，应变测量模块120包括应变电信号采集单元121、故障上报单元122和应变数据传输单元123，如图2所示。

应变电信号采集单元121是应变测量模块120中的核心部分，用于采集应变电信号。

应变数据传输单元123用于将与应变电信号对应的应变数据发送至主控制器模块110。

故障上报单元122用于在应变电信号采集单元存在故障时，生成故障信息并将故障信息发送至主控制器模块110，主控制器模块110根据故障信息进行后续处理。

应变测量模块120用于通过应变电信号采集单元121采集应变电信号，通过应变数据传输单元123将与应变电信号对应的应变数据发送至主控制器模块110。

应变测量模块120用于在应变电信号采集单元存在故障时，通过故障上报单元将故障信息发送至主控制器模块。

在基于图1所示实施例的可选实施例中，供电模块160包括有线供电单元161和锂电池供电单元162，如图3所示。

有线供电单元161通过水密接插件延伸出有线供电通道，有线供电单元161从该水下自容式应变测量装置外的电源设备取电后供电。

可选的，水密接插件安装在水密封装箱上的安装口处，水密接插件保证了水密封装箱的密封性。

锂电池供电单元162包括锂电池和散热装置。可选的，散热装置紧贴水密封装箱的箱体，将锂电池工作过程中产生的热量通过箱体和水体传输出去，实现散热效果。

在供电模块160工作时，若工作条件允许即可达到有线供电的条件，首选有线供电单元161进行供电，当有线供电单元161出现故障时，由锂电池供电单元162进行供电；若工作条件不允许即无法达到有线供电的条件，由锂电池供电单元162供电。

在基于图1所示实施例的可选实施例中，数据传输模块170包括有线数据传输单元171和无线数据传输单元172，如图4所示。

有线数据传输单元171通过网络接口建立有线数据传输通道。

数据传输模块170中内置路由器，无线数据传输单元172通过路由器建立无线数据传输通道。

在该水下自容式应变测量装置工作时，根据实际工作环境和需求，可以将计算机与主控制器模块建立局域网连接，实现数据传输。

在基于图1所示实施例的可选实施例中，信号通讯及故障报警模块140包括供电监测信号灯141、供电异常报警灯142、应变采集监测信号灯143、应变采集异常报警灯144，如图5所示。

可选的，水密封装箱150上设置有水密透明罩体，信号通讯及故障报警模块140设置在水密透明罩体所对应的位置，用户可通过信号通讯及故障报警模块140中的指示灯直观地判断该水下自容式应变测量装置的工作状态。

供电监测信号灯141用于指示供电模块160的工作状态为正常。

供电异常报警灯142用于指示供电模块160的工作状态为故障。

应变采集监测信号灯143用于指示应变测量模块120的工作状态为正常。

应变采集监测信号灯144用于指示应变测量模块120的工作状态为故障。

信号通讯及故障报警模块140用于在供电模块发生故障式，电量供电异常报警灯142，熄灭供电监测信号灯141。

在供电模块160正常工作时，供电监测信号灯141点亮，供电异常报警灯142熄灭。

可选的，供电监测信号灯141通过显示不同颜色表示有线供电或锂电池供电。

信号通讯机故障报警模块140用于在应变测量模块120发生故障时，点亮应变采集异常报警灯144，熄灭应变采集监测信号灯143。

在应变测量模块120正常工作时，应变采集监测信号灯143点亮，应变采集异常报警灯144熄灭。

在基于图1所示实施例的可选实施例中，主控制器模块110包括供电监测单元111、指令发送单元112、应变测量监测单元113和数据存储单元114，如图6所示。

供电监测单元111接收供电模块160发送的供电模块的状态信息。

主控制器模块110用于通过供电监测单元111监测供电模块160是否发生故障。

应变测量监测单元113用于接收应变测量模块120发送的应变测量模块的状态信息。

主控制器模块110用于通过应变测量监测单元113监测应变测量模块120是否发生故障。

主控制器模块110用于在供电模块120发生故障时，通过指令发送单元112向供电模块发送供电控制指令，以及向信号通讯及故障报警模块发送供电故障报警指令。

可选的，当供电监测单元111监测到供电模块120中的有线供电单元121发生故障时，主控制器模块110通过指令发送单元112向供电模块120发送第一供电控制指令，第一供电控制指令用于控制供电模块120切断有线供电并转化为锂电池供电，且主控制器模块110向信号通讯及故障报警模块发送第一供电故障报警指令，第一供电故障报警指令用于控制信号通讯及故障报警模块140中的供电监测信号灯141切换显示颜色。

可选的，当供电监测单元111监测到供电模块120中的有线供电单元121和锂电池供电单元122均发生故障时，主控制器模块110通过指令发送单元112向供电模块120发送第二供电控制指令，第一供电控制指令用于控制供电模块120切断有线供电和锂电池供电，改用备用电池供电，且主控制器模块110向信号通讯及故障报警模块发送第二供电故障报警指令，第二供电故障报警指令用于控制信号通讯及故障报警模块140中的供电监测信号灯141熄灭，点亮供电异常报警灯142。

主控制器模块110用于在应变测量模块120发生故障时，通过指令发送单元112向信号通讯及故障报警模块发送应变故障报警指令。

可选的，当应变测量监测单元113接收到应变测量模块120中的故障上报单元122发送的故障信息时，主控制器模块120通过指令发送单元112向信号通讯及故障报警模块140发送应变故障报警指令；应变故障报警指令用于控制信号通讯及故障报警模块140中的应变采集监测信号灯143熄灭，点亮应变采集异常报警灯144。

主控制器模块110用于通过数据存储单元114存储接收到的应变数据。

主控器模块110接收应变测量模块120中应变数据传输单元123发送的应变数据，并通过数据存储单元114存储应变数据。

在基于图1至图5所示实施例的可选实施例中，信号通道水密接插件130在水密封装箱150上的安装方式如图7所示，图8示例性地示出了信号通道水密接插件130的结构示意图。

如图8所示，信号通道水密接插件包括信号通道水机接插头和信号通道水密接插座。

信号通道水密接插头与信号通道水密接插座配套。

信号通道水密接插头用于将应变传感器与该水下自容式应变测力装置连接；应变传感器用于获取待测水下工程的应变信息

信号通道水密接插座132安装在水密封装箱150的安装口处，如图7所示，在实际使用时，信号通道水密接插头131插在信号通道水密接插座132上。

如图8所示，信号通道水密接插头包括信号通道线保护套21和插头，插头上设置有针槽22和可移动螺纹锁紧套28；信号通道线保护套21与插头连接，信号通道线24穿过信号通道线保护套21与插头连接。

信号通道水密接插座包括信号通道线保护套21、插座、周向密封圈23、固定螺母25、中空固定螺栓26；

插座上设置有插针27和可移动螺纹锁紧套28；插座的底部设置有周向密封圈；

信号通道线保护套21与插座连接，中空固定螺栓26套设在信号通道线保护套21上，固定螺母25套设在中空固定螺栓26上；

信号通道线24穿过中空固定螺栓26和信号通道线保护套21与插座连接。

在实际使用时，将信号通道水密接插头131插在信号通道水密接插座132上，信号通道水密接插头131上的针槽22与信号通道水密接插座132上的插针27对准，拧紧可移动螺纹锁紧套28。

将信号通道水密接插座132安装在水密封装箱130的安装口处，周向垫圈23紧贴在水密封装箱130的外部，起到密封作用；拧紧固定螺母25，将信号通道水密插接座132固定在水密封装箱150上，如图7所示。

综上所述，本发明实施例提供的水下自容式应变测量装置，包括水密封装箱、主控制器模块、应变测量模块、信号通道水密封接插件、信号通讯及故障报警模块、数据传输模块，将主控制器模块、应变测量模块、信号通讯及故障报警模块设置在水密封装箱中，主控制器模块与应变测量模块连接，应变测量模块通过信号通道线与信号通道水密封接插件连接，信号通道水密封接插件通过信号通道线与测量待测水下工程结构的应变传感器连接，建立水下信号通道，由于主控制器模块和应变测量模块均在水下，且主控制器模块和应变侧测量模块之间的距离缩小，待测水下工程结构与应变测量系统之间的距离缩小，能够减小信号衰减，解决了现有的应变测量系统工作环境受限，待测水下工程结构与测量系统之间距离大，获取到的应变信号质量不高的问题；达到了提高获取到的应变信号质量，拓展了水下应变测量的作业范围的效果。

请参考图9，其示出了本发明一个实施例提供的水下自容式应变测量系统的结构框图。如图9所示，该水下自容式应变测量系统包括如图1所示的水下自容式应变测量装置100、计算机200和待测水下工程结构300。

计算机200与水下自容式应变测量装置100连接。

可选的，计算机与水下自容式应变测量装置建立有线连接，或者，计算机与水下自容式应变测量装置建立无线连接。

计算机200用于控制水下自容式应变测量装置100，以及与水下自容式应变测量装置进行数据传输。

计算机中安装有与水下自容式应变测量装置对应的计算机配套软件，计算机通过该计算机配套软件实现对该水下自容式应变测量装置的控制，以及与该水下自容式应变测量装置进行数据传输。

可选的，通过计算机设置水下自容式应变测量装置的工作参数。

在应变测量时，将水下自容式应变测量装置放置在水下的待测区域附近，待测水下工程结构300通过信号通道线与信号通道水密接插件与水下自容式应变测量装置连接，将采集到应变电信号发送至水下自容式应变测量装置中的应变测量模块，再由应变测量模块将与应变电信号对应的应变数据发送至主控制器模块；应变测量结束后，回收水下自容式应变测量装置，通过数据传输模块将获取到的应变数据发送至计算机中，由计算机处理应变数据。

本发明实施例提供的水下自容式应变测量系统，缩小了应变测量模块与主控制器模块之间的信号传输距离，降低了信号衰减，提高了应变测量的质量；另外，在不方便利用计算机获取实时采集到的应变数据时，可由主控制器存储实时应变数据，拓展了应变测量的工作环境。

需要说明的是：上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水下自容式应变测量装置，其特征在于，所述装置包括水密封装箱、主控制器模块、应变测量模块、信号通道水密接插件、信号通讯及故障报警模块、数据传输模块、供电模块；

所述主控制器模块、所述应变测量模块、所述信号通讯及故障报警模块、所述供电模块设置在所述水密封装箱内部；

所述信号通道水密接插件安装在所述水密封装箱的安装口处；

所述主控制器模块与所述供电模块、所述应变测量模块、所述信号通讯及故障报警模块分别连接；

所述数据传输模块集成在所述主控制器模块中；

所述应变测量模块与信号通信线的一端连接，所述信号通信线的另一端与所述信号通道水密接插件连接；

所述应变测量模块，用于采集应变电信号，将与所述应变电信号对应的应变数据发送至所述主控制器模块；

所述主控制器模块，用于监控所述应变测量模块和所述供电模块的工作状态，接收并存储所述应变测量模块发送的所述应变数据，根据所述应变测量模块和所述供电模块的工作状态控制所述信号通讯及故障报警模块，通过所述数据传输模块传输所述应变数据；

所述供电模块，用于为所述应变测量模块和所述主控制器模块供电。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述应变测量模块包括应变电信号采集单元、应变数据传输单元和故障上报单元；

所述应变测量模块，用于通过所述应变电信号采集单元采集应变电信号，通过所述应变数据传输单元将与所述应变电信号对应的应变数据发送至所述主控制器模块；

所述应变测量模块，还用于在所述应变电信号采集单元存在故障时，通过所述故障上报单元将故障信息发送至所述主控制器模块。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主控制器模块包括供电监测单元、指令发送单元、应变测量监测单元和数据存储单元；

所述主控制器模块，用于通过所述供电监测单元监测所述供电模块是否发生故障；

所述主控制器模块，用于通过所述应变测量监测单元监测所述应变测量模块是否发生故障；

所述主控制器模块，用于在所述供电模块发生故障时，通过所述指令发送单元向供电模块发送供电控制指令，以及向所述信号通讯及故障报警模块发送供电故障报警指令；

所述主控制器模块，用于在所述应变测量模块发生故障时，通过所述指令发送单元向所述信号通讯及故障报警模块发送应变故障报警指令；

所述主控器模块，用于通过所述数据存储单元存储接收到的所述应变数据。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号通讯及故障报警模块包括供电监测信号灯、供电异常报警灯、应变采集监测信号灯和应变采集异常报警灯；

所述信号通讯及故障报警模块，用于在所述供电模块发生故障时，点亮所述供电异常报警灯；

所述信号通讯及故障报警模块，用于在所述应变测量模块发生故障时，点亮所述应变采集异常报警灯。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据传输模块包括有线数据传输单元和无线数据传输单元。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述供电模块包括有线供电单元和锂电池供电单元。

7.根据权利要求1至6任一所述的装置，其特征在于，所述信号通道水密接插件包括信号通道水密接插头和信号通道水密接插座；

所述信号通道水密接插头用于将待测水下工程结构与所述水下自容式应变测量装置连接，所述信号通道水密接插座安装在所述水密封装箱的安装口处；

所述信号通道水密接插头包括信号通道线保护套和插头，所述插头上设置有针槽和可移动螺纹锁紧套，所述信号通道线穿过所述信号通道线保护套与所述插头连接，所述信号通道线保护套与所述插头连接；

所述信号通道水密接插座包括信号通道线保护套、插座、周向密封圈、固定螺母、中空固定螺栓，所述插座上设置有插针和可移动螺纹锁紧套，所述插座的底部设置有所述周向密封圈，所述信号通道线保护套与所述插座连接，所述中空固定螺栓套设在所述信号通道线保护套上，所述固定螺母套设在所述中空固定螺栓上，所述信号通道线穿过所述中空固定螺栓和所述信号通道线保护套与所述插座连接。

8.一种水下自容式应变测量系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1至7任一所述的水下自容式应变测量装置和计算机；

所述计算机与所述水下自容式应变测量装置连接；

所述计算机，用于控制所述水下自容式应变测量装置，以及与所述水下自容式应变测量装置进行数据传输。