CN110568792B - 一种海洋平台振动噪声舒适性监测装置及在线监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种海洋平台振动噪声舒适性监测装置及在线监测方法，包括数据存储分析平台，其通过交换机连接有多个分布式测试终端；单个分布式测试终端的输入端连接有传感器；还包括计算机终端，其通过交换机与数据存储分析平台相连；分布式测试终端采集各个传感器传递的数据，将时域信号转换为频谱数据并传输给数据存储分析平台，数据存储分析平台将频谱数据和预设的限制值以及历史数据进行比较，当超过限制值时由报警处理发出警告。本发明实现了海洋平台中设备、舱室的振动及空气噪声的实时监测，以及时排除振动噪声异常故障，保证平台满足船级符号的舒适性要求。

Description

一种海洋平台振动噪声舒适性监测装置及在线监测方法
技术领域
本发明涉及船舶振动噪声控制技术领域，尤其是一种海洋平台振动噪声舒适性监测装置及在线监测方法。
背景技术
随着人们对绿色环保认识的不断提高以及海洋开发方式向循环利用型的转变，海洋平台及船舶产生的振动噪声对人员健康及海洋生物的影响正日益受到人们的关注。为此，国际标准化组织(ISO)、国际海事组织(IMO)、国际大洋勘探协会(ICES)、主要船级社等均对海洋平台振动、舱室噪声提出了严格要求。
基于海洋平台及船舶结构安全性和人员健康考虑，国际标准化组织分别制定了ISO 6954:1984、ISO 6954:2000(E)船舶振动衡准，对海洋平台及船舶结构振动进行了区划和限制，并给出了平台结构振动的详细测量与计算评估准则；国际海事组织在第91届海安会(MSC91)第338号关于SOLAS修正案的决议MSC.337(91)，对船舶舱室噪声进行了进一步限制，并于2014年7月开始强制实施。相对于船舶舱室噪声原标准，新标准对超过10000总吨以上商船的卧室、医务室、餐厅、办公室等居住舱室噪声提出了更高要求，使得上述舱室噪声限值较原标准(A468决议)普遍下降5dBA。海洋平台舱室噪声控制虽未纳入强制性规范，但其较船舶舱室噪声要求往往更为严格，如NORSOK S002规定北海作业区域半潜作业平台居住舱室噪声不得高于45dBA。
海洋平台振动噪声控制水平已成为平台交付的一项重要指标，平台振动噪声不达标往往会面临罚款、延期交付等严重后果。平台振动噪声控制贯穿于平台方案设计、技术设计、建造、试航交付乃至使用的全寿期。由于许多不可避免因素的影响，设备有可能会出现各种故障，以致降低或失去其预定的功能，与该设备相关的振动噪声亦会出现异常。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的海洋平台振动噪声舒适性监测装置及在线监测方法，从而对包括设备在内的海洋平台整体进行振动噪声实时监测，随时掌握海洋平台中振动噪声的状态，实时对超标振动与噪声进行警告，并对长期数据进行存储，可靠性高，数据存储量大，大大保障了平台满足船级符号的舒适性要求。
本发明所采用的技术方案如下：
一种海洋平台振动噪声舒适性监测装置，包括数据存储分析平台，所述数据存储分析平台通过交换机连接有多个分布式测试终端；单个分布式测试终端的输入端连接有传感器；还包括计算机终端，所述计算机终端通过交换机与数据存储分析平台相连；
所述分布式测试终端布置于海洋平台的各个独立舱室内；所述分布式测试终端用于采集传感器传递的数据并对数据临时存储和预处理；
所述交换机用于分布式测试终端、数据存储分析平台以及计算机终端之间的以太网连接；所述分布式测试终端与数据存储分析平台之间、以及数据存储分析平台与计算机终端之间，通过交换机进行实时双向数据传输；
所述数据存储分析平台上安装有软件系统；
所述软件系统的结构为：包括后台功能模块、数据库模块、web功能模块、用户管理模块；所述后台功能模块用于数据采集通讯、数据处理以及数据存储；所述数据库模块用于分布式测试终端传输的数据的存储和查询；web功能模块用于硬件控制和数据分析与显示，所述计算机终端通过web功能模块进行数据存储分析平台上的数据查看和系统设置；所述用户管理模块用于用户操作权限的设置。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述传感器为设备振动传感器、平台振动传感器、空气噪声传感器中的一种或多种。
所述设备振动传感器为压电式加速度传感器，频率范围为10Hz-10kHz；所述平台振动传感器为三向电容式加速度传感器，频率范围为1Hz-80Hz；所述空气噪声传感器为传声器，频率范围为20Hz–20kHz。
所述分布式测试终端上配置有多个采集通道，每个采集通道采集来自传感器的对应频段的数据。
所述分布式测试终端包括FPGA芯片和DSP芯片；FPGA芯片将各个采集通道采集的时域信号进行信号调理及A/D转换，DSP芯片从FPGA芯片获取转换后的时域信号并进行信号处理转换为频谱数据，DSP芯片将频谱数据传输给数据存储分析平台。
所述数据存储分析平台将频谱数据和预设的限制值进行比较，当频谱数据超过限制值时，数据存储分析平台向分布式测试终端请求上传所有采集通道的时域数据，数据存储分析平台通过时域数据进行原因分析。
所述web功能模块的硬件控制功能用于分布式测试终端的参数设置、计算机终端的权限设置、数据库模块的备份和还原。
所述web功能模块的数据分析与显示功能用于振动噪声状态显示、趋势分析、报警处理、数据分析。
所述振动噪声状态显示以列表形式显示所有测点的振动加速度总级和A计权声压级，或者所述振动噪声状态显示以海洋平台模型形式显示所有测点的位置；趋势分析根据指定测点在指定时间段内的历史数据显示变化规律曲线；报警处理显示超限值自动报警；数据分析则在报警后自动分析振动和噪声数据并得到异常测点位置。
一种利用所述的海洋平台振动噪声舒适性监测装置的在线监测方法，包括如下步骤：
第一步：确定海洋平台中振动噪声的监测对象，
第二步：布置分布式测试终端，在检测对象上确定具体的测点位置，并在各个测点处布置相应的传感器；
第三步：将第二步中的传感器与分布式测试终端相连，将分布式测试终端与交换机相连；
第四步：在海洋平台上设置数据存储分析平台，并将数据存储分析平台与交换机相连；对数据存储分析平台进行IP地址设置和软件系统设置；
第五步：传感器实时监测测点处的振动噪声，并将信号传递给分布式测试终端；分布式测试终端对指定时间段内的信号进行傅里叶变换，并将时域信号转换为频谱数据；分布式测试终端将频谱数据传输给数据存储分析平台；
第六步：数据存储分析平台将第五步中的频谱数据和预设的限制值进行比较，当频谱数据超过限制值时，报警处理显示超限值报警，同时数据存储分析平台向分布式测试终端请求上传所有采集通道的时域数据；当频谱数据低于限制值时，数据存储分析平台将当次数据与历史数据进行比较，当增加趋势超过限定曲线时，由报警处理发出警告；
第七步：用户通过计算机终端查询数据存储分析平台上的数据信息，获知海洋平台各个测点的振动噪声实时数据。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，采用分布式测试终端、集中式数据存储分析平台和计算机终端，通过以太网连接成整体，系统整体简单可靠，便于安装，适用于海洋平台全船的振动噪声舒适性的监测；分布式测试终端上根据监测对象的不同分别设置采集通道，在数据采集时进行时域数据预处理，间隔指定时间向数据存储分析平台传输频谱数据，仅在振动噪声超标情况下才直接传输时域数据，大幅降低了监测装置整体的数据传输量和存储量，大幅降低了网络负载要求；
本发明还包括如下优点：
数据存储分析平台中集成预设了国内外船级社的海洋平台的振动与噪声限值，出现超限值监测信号时系统自动发出警告，并结合振动噪声数据库和超限值信号的异常频段，判断可能出现故障的设备，并进行定位；
数据存储分析平台自动对设备振动和噪声的历史数据进行趋势分析，当趋势出现显著增大时，发出警告；
通过计算机终端能够远程完成系统设置，并分析所有数据；计算机终端可以直接三维显示分布式测试终端及其传感器在海洋平台上的安装位置和对应的数据结果。
通过海洋平台振动噪声的在线监测，一方面及时了解船体当前的状况，实时进行报警监测，同时还将设备各种工作状态下的振动噪声数据进行存储、管理和分析，实现海洋平台上设备的故障预测和早期诊断。
附图说明
图1为本发明的硬件连接结构示意图。
图2为本发明的软件系统逻辑关系图。
图3为本发明的监测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的一种海洋平台振动噪声舒适性监测装置，包括数据存储分析平台，数据存储分析平台通过交换机连接有多个分布式测试终端；单个分布式测试终端的输入端连接有传感器；还包括计算机终端，计算机终端通过交换机与数据存储分析平台相连；采用分布式测试终端和集中式的数据存储分析平台组成，并采用船上以太网连接，简化了系统装置，提高了系统整体的可靠性。
分布式测试终端布置于海洋平台的各个独立舱室内；分布式测试终端用于采集传感器传递的数据并对数据临时存储和预处理；分布式测试终端布置于靠近测点的位置；
交换机用于分布式测试终端、数据存储分析平台以及计算机终端之间的以太网连接，交换机接口网速大于100M；分布式测试终端与数据存储分析平台之间、以及数据存储分析平台与计算机终端之间，通过交换机进行实时双向数据传输；
数据存储分析平台上安装有软件系统；数据存储分析平台可布置于海洋平台的任意位置，如布置于海洋平台的主控中心；可直接通过数据存储分析平台查看数据和完成系统设置，也可通过计算机终端登录后利用web功能模块进行数据查看与系统设置。
如图2所示，软件系统的结构为：包括后台功能模块、数据库模块、web功能模块、用户管理模块；后台功能模块用于数据采集通讯、数据处理以及数据存储；数据库模块用于分布式测试终端传输的数据的存储和查询；web功能模块用于硬件控制和数据分析与显示，计算机终端通过web功能模块进行数据存储分析平台上的数据查看和系统设置，即web功能模块是数据存储分析平台与计算机终端的交互接口；用户管理模块用于用户操作权限的设置，如设置管理员、普通用户、来宾等具有不同权限的角色，并为不同的角色分配不同的操作权限，以保证系统的安全。
传感器为设备振动传感器、平台振动传感器、空气噪声传感器中的一种或多种；传感器的数量和种类根据测点需求确定。
设备振动传感器为压电式加速度传感器，频率范围为10Hz-10kHz，工作温度范围为-40℃～+120℃，壳体材料为304不锈钢，满足IP65防护等级；平台振动传感器为三向电容式加速度传感器，频率范围为1Hz-80Hz，工作温度范围为-40℃～+120℃，壳体材料为304不锈钢，满足IP65防护等级；空气噪声传感器为传声器，频率范围为20Hz–20kHz，工作温度范围为-40℃～+120℃，壳体材料为304不锈钢。
分布式测试终端上配置有多个采集通道，每个采集通道采集来自传感器的对应频段的数据，每个采集通道的接口型式和传感器电源可由程序控制，具备通电自启动功能；分布式测试终端具有FFT、1/3倍频程、滤波、积分、计权等计算功能，根据系统的程序设定进行数值、线谱、1/3倍频程谱或时域数据的上传。
分布式测试终端包括FPGA芯片和DSP芯片；FPGA芯片将各个采集通道采集的时域信号进行信号调理及A/D转换，DSP芯片从FPGA芯片获取转换后的时域信号并进行FFT、1/3倍频程、滤波、积分、计权等信号处理转换为频谱数据，DSP芯片将频谱数据传输给数据存储分析平台。
数据存储分析平台将频谱数据和预设的限制值进行比较，当频谱数据超过限制值时，数据存储分析平台向分布式测试终端请求上传所有采集通道的时域数据，数据存储分析平台中的后台功能模块通过时域数据进行原因分析，结合振动噪声数据库和超限值信号的异常频段，判断可能出现故障的设备，并进行定位；当数据量达到存储容量的限制时，数据库模块根据数据趋势分析结果自动稀化趋势变化不大的时间段内的测试数据。
分布式测试终端间隔指定时间向数据存储分析平台传输频谱数据，仅在振动噪声超标情况下才直接传输时域数据，大幅降低了监测装置整体的数据传输量和存储量，大幅降低了网络负载要求。
当频谱数据低于限制值时，数据存储分析平台中的后台功能模块将当次数据与历史数据进行比较，当增加趋势超过限定曲线时，由报警处理发出警告。
根据具体海洋平台船级符号，在数据存储分析平台内预先设置船级社和国际组织规定的相应测试位置的限制值。
数据存储分析平台中后台功能模块根据分布式测试终端传送的频谱数据，求得振动加速度总级与A计权声压级。
海洋平台全船上的空气噪声和设备振动数据频率高、数据量大，采用传输和保存频谱数据的方式大大降低了网络负载要求和数据存储量；集中式的数据存储分析平台对得到的频谱数据进行限制值比较和趋势分析，出现异常时自动发出警告，并从分布式测试终端获取时域数据，用于分析故障原因。
web功能模块的硬件控制功能用于分布式测试终端的参数设置、计算机终端的权限设置、数据库模块的备份和还原。
web功能模块的数据分析与显示功能用于振动噪声状态显示、趋势分析、报警处理、数据分析。
振动噪声状态显示以列表形式显示所有测点的振动加速度总级和A计权声压级，或者振动噪声状态显示以海洋平台模型形式显示所有测点的位置；趋势分析根据指定测点在指定时间段内的历史数据显示变化规律曲线；报警处理显示超限值自动报警；数据分析则在报警后自动分析振动和噪声数据并得到异常测点位置。
本实施例的一种海洋平台振动噪声舒适性监测装置的在线监测方法，如图3所示，包括如下步骤：
第一步：确定海洋平台中振动噪声的监测对象，
第二步：布置分布式测试终端，在检测对象上确定具体的测点位置，并在各个测点处布置相应的传感器；分布式测试终端布置于测点附近；
第三步：将第二步中的传感器与分布式测试终端相连，将分布式测试终端与交换机相连，完成相应的传感器连接和以太网连接；
第四步：在海洋平台上，如主控中心内设置数据存储分析平台，并将数据存储分析平台与交换机相连，完成相应的以太网连接；对数据存储分析平台进行IP地址设置和软件系统设置；
第五步：传感器实时监测测点处的振动噪声，并将信号传递给分布式测试终端；分布式测试终端对指定时间段内的信号进行傅里叶变换，并将时域信号转换为频谱数据；分布式测试终端将频谱数据传输给数据存储分析平台；
第六步：数据存储分析平台将第五步中的频谱数据和预设的限制值进行比较，当频谱数据超过限制值时，报警处理显示超限值报警，同时数据存储分析平台向分布式测试终端请求上传所有采集通道的时域数据；当频谱数据低于限制值时，数据存储分析平台将当次数据与历史数据进行比较，当增加趋势超过限定曲线时，由报警处理发出警告；
第七步：用户通过计算机终端查询数据存储分析平台上的数据信息，获知海洋平台各个测点的振动噪声实时数据。
本发明基于分布式数据采集硬件系统和集中式的数据存储分析平台，通过以太网连接形成整体，自动建立振动噪声数据库，用于实时监测海洋平台中设备、舱室的振动和空气噪声，并及时排除振动噪声异常故障，大大保障了海洋平台满足船级符号的舒适性要求。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (9)

1.一种海洋平台振动噪声舒适性监测装置，其特征在于：包括数据存储分析平台，所述数据存储分析平台通过交换机连接有多个分布式测试终端；单个分布式测试终端的输入端连接有传感器；还包括计算机终端，所述计算机终端通过交换机与数据存储分析平台相连；
所述分布式测试终端布置于海洋平台的各个独立舱室内；所述分布式测试终端用于采集传感器传递的数据并对数据临时存储和预处理；
所述交换机用于分布式测试终端、数据存储分析平台以及计算机终端之间的以太网连接；所述分布式测试终端与数据存储分析平台之间、以及数据存储分析平台与计算机终端之间，通过交换机进行实时双向数据传输；
所述数据存储分析平台上安装有软件系统；
所述软件系统的结构为：包括后台功能模块、数据库模块、web功能模块、用户管理模块；所述后台功能模块用于数据采集通讯、数据处理以及数据存储；所述数据库模块用于分布式测试终端传输的数据的存储和查询；web功能模块用于硬件控制和数据分析与显示，所述计算机终端通过web功能模块进行数据存储分析平台上的数据查看和系统设置；所述用户管理模块用于用户操作权限的设置；
所述海洋平台振动噪声舒适性监测装置的在线监测方法，包括如下步骤：
第一步：确定海洋平台中振动噪声的监测对象；
第二步：布置分布式测试终端，在监测对象上确定具体的测点位置，并在各个测点处布置相应的传感器；
第三步：将第二步中的传感器与分布式测试终端相连，将分布式测试终端与交换机相连；
第四步：在海洋平台上设置数据存储分析平台，并将数据存储分析平台与交换机相连；对数据存储分析平台进行IP地址设置和软件系统设置；
第五步：传感器实时监测测点处的振动噪声，并将信号传递给分布式测试终端；分布式测试终端对指定时间段内的信号进行傅里叶变换，并将时域信号转换为频谱数据；分布式测试终端将频谱数据传输给数据存储分析平台；
第六步：数据存储分析平台将第五步中的频谱数据和预设的限制值进行比较，当频谱数据超过限制值时，报警处理显示超限值报警，同时数据存储分析平台向分布式测试终端请求上传所有采集通道的时域数据；当频谱数据低于限制值时，数据存储分析平台将当次数据与历史数据进行比较，当增加趋势超过限定曲线时，由报警处理发出警告；
第七步：用户通过计算机终端查询数据存储分析平台上的数据信息，获知海洋平台各个测点的振动噪声实时数据。
2.如权利要求1所述的一种海洋平台振动噪声舒适性监测装置，其特征在于：所述传感器为设备振动传感器、平台振动传感器、空气噪声传感器中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的一种海洋平台振动噪声舒适性监测装置，其特征在于：所述设备振动传感器为压电式加速度传感器，频率范围为10Hz - 10kHz；所述平台振动传感器为三向电容式加速度传感器，频率范围为1Hz - 80Hz；所述空气噪声传感器为传声器，频率范围为20Hz–20kHz。
4.如权利要求1所述的一种海洋平台振动噪声舒适性监测装置，其特征在于：所述分布式测试终端上配置有多个采集通道，每个采集通道采集来自传感器的对应频段的数据。
5.如权利要求4所述的一种海洋平台振动噪声舒适性监测装置，其特征在于：所述分布式测试终端包括FPGA芯片和DSP芯片；FPGA芯片将各个采集通道采集的时域信号进行信号调理及A/D转换，DSP芯片从FPGA芯片获取转换后的时域信号并进行信号处理转换为频谱数据，DSP芯片将频谱数据传输给数据存储分析平台。
6.如权利要求5所述的一种海洋平台振动噪声舒适性监测装置，其特征在于：所述数据存储分析平台将频谱数据和预设的限制值进行比较，当频谱数据超过限制值时，数据存储分析平台向分布式测试终端请求上传所有采集通道的时域数据，数据存储分析平台通过时域数据进行原因分析。
7.如权利要求1所述的一种海洋平台振动噪声舒适性监测装置，其特征在于：所述web功能模块的硬件控制功能用于分布式测试终端的参数设置、计算机终端的权限设置、数据库模块的备份和还原。
8.如权利要求1所述的一种海洋平台振动噪声舒适性监测装置，其特征在于：所述web功能模块的数据分析与显示功能用于振动噪声状态显示、趋势分析、报警处理、数据分析。
9.如权利要求8所述的一种海洋平台振动噪声舒适性监测装置，其特征在于：所述振动噪声状态显示以列表形式显示所有测点的振动加速度总级和A计权声压级，或者所述振动噪声状态显示以海洋平台模型形式显示所有测点的位置；趋势分析根据指定测点在指定时间段内的历史数据显示变化规律曲线；报警处理显示超限值自动报警；数据分析则在报警后自动分析振动和噪声数据并得到异常测点位置。
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