CN110986893A - 一种系泊系统的水深-姿态监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种系泊系统的水深‑姿态监测装置，其特征在于，该监测装置包括：第一外壳；水位计，水位计设置在第一外壳内，实时采集当前测量点的水深数据；倾角传感器，倾角传感器设置在第一外壳内，用于实时采集当前测量点的倾角数据；微处理器，微处理器设置在第一外壳内，用于控制水位计和倾角传感器的启动或停止；数据传输模块，数据传输模块设置在第一外壳内，用于传输当前测量点的水深数据和倾角数据；水声传输装置，水声传输装置设置在第一外壳内，用于将当前测量点的水深数据和倾角数据分别转化为声信号后，传输至外部上位机；数据存储模块，数据存储模块设置在第一外壳内；电源模块，电源模块设置在第一外壳内，本发明可以广泛应用于海洋浮式平台水下结构的监测技术领域中。

Description

一种系泊系统的水深-姿态监测装置
技术领域
本发明是关于一种系泊系统的水深-姿态监测装置，属于海洋浮式平台水下结构的监测技术领域。
背景技术
悬链线系泊系统在海洋浮式平台的定位中占有重要的作用，在波浪、海流、台风等环境外力综合作用下，系泊系统提供水平回复力以保持浮体的定位。根据悬链线即锚链内张力的变化规律及系泊系统动力响应，可得到系泊系统与上端浮体的相互影响关系，从而可验证锚链的设计是否合理，并为今后系泊系统的设计起指导性作用。
为保障海洋平台结构作业的安全性，对系泊系统进行现场监测非常重要。目前，对于系泊系统的现场监测，许多生产平台采用通过监测锚链止缆器顶端张力的方法直接获得系泊力。然而，止缆器只能测得锚链静止时的受力，无法测量海流、波浪等引起的波频运动，且由于锚链和其收放装置存在接触摩擦等因素，该测量方法得到的系泊力误差较大，无法真实反映系泊受力情况。
因此，研究人员对测量方法进行改进，通过监测锚链的姿态结合水深等信息计算系泊力，对系泊系统进行监测。目前，水下测量仪器大多采用在线式和自容式，在线式水下测量仪器通过电缆为传感器供电，同时将水中传感器的信号通过信号线传送至水上终端进行处理。然而，海洋浮式平台需要根据锚链的收放进行重新定位，对水下布线产生影响，同时，也为线缆防护和长期有效性带来限制。现有技术中自容式水下测量仪器的缺点是无法实时传输信号，也无法获知传感器的状态、结构以及在水下的工作行为。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种具有长期有效性且能够实时传输信号的系泊系统的水深-姿态监测装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种系泊系统的水深-姿态监测装置，其特征在于，该监测装置包括：第一外壳；倾角传感器，所述倾角传感器设置在所述第一外壳内，所述倾角传感器用于实时采集当前测量点的倾角数据；水位计，所述水位计设置在所述第一外壳内，所述水位计用于实时采集当前测量点的水深数据；微处理器，所述微处理器设置在所述第一外壳内，所述微处理器用于控制所述水位计和倾角传感器的启动或停止；数据传输模块，所述数据传输模块设置在所述第一外壳内，所述数据传输模块用于传输当前测量点的水深数据和倾角数据；水声传输装置，所述水声传输装置设置在所述第一外壳内，所述水声传输装置用于将当前测量点的水深数据和倾角数据分别转化为声信号后，传输至外部上位机；数据存储模块，所述数据存储模块设置在所述第一外壳内，所述数据存储模块用于存储当前测量点的水深数据和倾角数据；电源模块，所述电源模块设置在所述第一外壳内，所述电源模块用于通过电池为该监测装置的各用电部件进行供电。
优选地，该监测装置还包括时钟管理器，所述时钟管理器设置在所述电路板上，所述时钟管理器用于为所述微处理器提供当前时间，以及当所述微处理器休眠时，采用报警模式定时产生中断信号，唤醒所述微处理器。
优选地，所述水声传输装置包括声学发送端和声学接收端，其中，所述声学发送端包括声电换能器和控制器；所述声学发送端设置在所述第一外壳内，所述声电换能器用于将当前测量点的水深数据和倾角数据分别转化为声信号，并发送至所述控制器；所述控制器用于将声信号形式的水深数据和倾角数据发送至所述声学接收端；所述声学接收端用于将接收的声信号通过电信号或光纤信号传输至外部上位机。
优选地，所述电路板上还设置有通讯接口，所述通讯接口用于将外部上位机设置的参数传输至所述微处理器。
优选地，所述参数包括所述水位计和倾角传感器的采集时间、采样时长、休眠时间和采样频率。
优选地，该监测装置还包括第二外壳和备用电池，所述第二外壳内设置有备用电池，所述第一外壳和第二外壳上均设置有防水接口，所述备用电池连接所述第二外壳上的防水接口，所述电源模块连接所述第一外壳上的防水接口。
优选地，所述电池或备用电池均采用串联连接的高能锂亚电池。
优选地，所述第一外壳和第二外壳均采用钛合金或不锈钢金属密封筒。
优选地，所述水位计的探头设置在所述第一外壳的底部。
优选地，所述第一外壳内还设置有用于放置所述电池的电池架，所述电池架连接所述电源模块。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置有水位计、倾角传感器、数据传输模块、微处理器和水声传输装置，利用水声通讯对测量点的水深和姿态数据进行实时传输，可自由设定水位计和倾角传感器的采样时间和采样频率等参数，依靠声传输系统进行水下数据传输，平台接收端负责接收和保存数据，并进行对系泊水深—姿态的实时数据分析，节约了打捞数据、拷贝数据的费用和相关人工成本，具有长期有效性。2、本发明的整体密封在防水第一外壳中，方便于水下安装，第一外壳采用钛合金或不锈钢金属密封筒，具有防水耐压的优点。3、本发明可以通过观察水声传输装置的长时间传输频率降低或不传输数据等情况，判断监测装置是否发生损坏，进而能够对监测装置进行及时处理，例如打捞修复和二次安装，本发明可以广泛应用于海洋浮式平台水下结构的监测技术领域中。
附图说明
图1是本发明监测装置的结构示意图；
图2本发明监测装置的信号传输示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图1、图2所示，本发明提供的系泊系统的水深-姿态监测装置包括第一外壳1，第一外壳1内插设固定有电路板，电路板上从上到下依次设置有水声传输装置2、微处理器3、数据存储模块4、数据传输模块5、倾角传感器6、时钟管理器7、水位计8和电源模块9，其中，水位计8的探头设置在第一外壳1的底部。数据存储模块4、数据传输模块5、倾角传感器6、时钟管理器7、水位计8和电源模块9分别连接微处理器3。
倾角传感器6用于实时采集当前测量点的倾角数据。水位计8用于实时采集当前测量点的水深数据。微处理器3用于根据预先设定的参数，控制水位计8和倾角传感器6的启动或停止。数据传输模块5用于将当前测量点的水深数据和倾角数据发送至水声传输装置2。水声传输装置2用于将当前测量点的水深数据和倾角数据分别转化为声信号后，传输至位于水面上的外部上位机。时钟管理器7用于为微处理器3提供当前时间，以及当微处理器3休眠时，采用报警模式定时产生中断信号，以唤醒微处理器3，防止微处理器3死机。数据存储模块4用于存储当前测量点的水深数据和倾角数据等。电源模块9用于通过电池为该监测装置的各用电部件进行供电。
在一个优选的实施例中，水声传输装置2包括声学发送端和声学接收端，其中，声学发送端包括声电换能器和控制器。声学发送端设置在第一外壳内，声学接收端设置在水面上，声电换能器用于将当前测量点的水深数据和倾角数据分别转化为声信号，并发送至控制器，控制器用于将声信号形式的水深数据和倾角数据发送至声学接收端，声学接收端用于将接收的声信号通过电信号或光纤信号传输至外部上位机。
在一个优选的实施例中，位于微处理器3的上方，电路板上还设置有通讯接口，用于将上位机设置的水位计8和倾角传感器6的采集时间、采样时长、休眠时间和采样频率等参数传输至微处理器3。
在一个优选的实施例中，第一外壳1内还设置有电池架，电池架设置在电路板上，用于放置电池，电池架通过排线与电源模块9连接。
在一个优选的实施例中，该监测装置还包括第二外壳和备用电池，第二外壳内设置有备用电池，第一外壳1和第二外壳上均设置有防水接口，备用电池连接第二外壳上的防水接口，电源模块9连接第一外壳1上的防水接口。当第一外壳1内的电池电量不足时，两防水接口连接，使得电源模块9可以通过备用电池为监测装置的各用电部件进行供电。
在一个优选的实施例中，电池或备用电池均可以采用串联连接的高能锂亚电池。
在一个优选的实施例中，第一外壳1和第二外壳均可以采用钛合金或不锈钢金属密封筒。
在一个优选的实施例中，数据存储模块4可以采用SD卡。
下面通过具体实施例详细说明本发明系泊系统的水深-姿态监测装置的使用方法：
1)在浮式平台每一锚链上间隔设置两监测装置。
2)上位机预先设置微处理器3的参数，水位计8和倾角传感器6根据预设的参数自动启动，分别采集测量点处的水深数据以及倾角数据。
3)水声传输装置2将电子信号形式的水深数据以及倾角数据转化为声信号形式的水深数据以及倾角数据，发送至船上接收装置，船上接收装置接收上述数据，从而获取浮式平台上各锚链的姿态信息，并进行实时保存、显示等工作。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种系泊系统的水深-姿态监测装置，其特征在于，该监测装置包括：
第一外壳；
倾角传感器，所述倾角传感器设置在所述第一外壳内，所述倾角传感器用于实时采集当前测量点的倾角数据；
水位计，所述水位计设置在所述第一外壳内，所述水位计用于实时采集当前测量点的水深数据；
微处理器，所述微处理器设置在所述第一外壳内，所述微处理器用于控制所述水位计和倾角传感器的启动或停止；
数据传输模块，所述数据传输模块设置在所述第一外壳内，所述数据传输模块用于传输当前测量点的水深数据和倾角数据；
水声传输装置，所述水声传输装置设置在所述第一外壳内，所述水声传输装置用于将当前测量点的水深数据和倾角数据分别转化为声信号后，传输至外部上位机；
数据存储模块，所述数据存储模块设置在所述第一外壳内，所述数据存储模块用于存储当前测量点的水深数据和倾角数据；
电源模块，所述电源模块设置在所述第一外壳内，所述电源模块用于通过电池为该监测装置的各用电部件进行供电。
2.如权利要求1所述的一种系泊系统的水深-姿态监测装置，其特征在于，该监测装置还包括时钟管理器，所述时钟管理器设置在所述电路板上，所述时钟管理器用于为所述微处理器提供当前时间，以及当所述微处理器休眠时，采用报警模式定时产生中断信号，唤醒所述微处理器。
3.如权利要求1所述的一种系泊系统的水深-姿态监测装置，其特征在于，所述水声传输装置包括声学发送端和声学接收端，其中，所述声学发送端包括声电换能器和控制器；
所述声学发送端设置在所述第一外壳内，所述声电换能器用于将当前测量点的水深数据和倾角数据分别转化为声信号，并发送至所述控制器；所述控制器用于将声信号形式的水深数据和倾角数据发送至所述声学接收端；所述声学接收端用于将接收的声信号通过电信号或光纤信号传输至外部上位机。
4.如权利要求1所述的一种系泊系统的水深-姿态监测装置，其特征在于，所述电路板上还设置有通讯接口，所述通讯接口用于将外部上位机设置的参数传输至所述微处理器。
5.如权利要求4所述的一种系泊系统的水深-姿态监测装置，其特征在于，所述参数包括所述水位计和倾角传感器的采集时间、采样时长、休眠时间和采样频率。
6.如权利要求1所述的一种系泊系统的水深-姿态监测装置，其特征在于，该监测装置还包括第二外壳和备用电池，所述第二外壳内设置有备用电池，所述第一外壳和第二外壳上均设置有防水接口，所述备用电池连接所述第二外壳上的防水接口，所述电源模块连接所述第一外壳上的防水接口。
7.如权利要求6所述的一种系泊系统的水深-姿态监测装置，其特征在于，所述电池或备用电池均采用串联连接的高能锂亚电池。
8.如权利要求6所述的一种系泊系统的水深-姿态监测装置，其特征在于，所述第一外壳和第二外壳均采用钛合金或不锈钢金属密封筒。
9.如权利要求1至8任一项所述的一种系泊系统的水深-姿态监测装置，其特征在于，所述水位计的探头设置在所述第一外壳的底部。
10.如权利要求1至8任一项所述的一种系泊系统的水深-姿态监测装置，其特征在于，所述第一外壳内还设置有用于放置所述电池的电池架，所述电池架连接所述电源模块。
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