CN112325925A - 一种海洋导管架平台结构健康监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海洋导管架平台结构健康监测系统。该系统中蓄电池供电模块分别电连接工控机和第一采集仪,在交流电源异常时为工控机和第一采集仪提供电能;太阳能供电模块分别电连接第二采集仪和第三采集仪,在交流电源异常时为第二采集仪和第三采集仪提供电能;工控机通信连接第一北斗通信模块,工控机将处理后的结构动态响应参数、风速风向参数和海浪参数发送至第一北斗通信模块,第一北斗通信模块将接收到的数据转换为短报文格式数据后发送出去。本发明能确保在平台停电期间为监测设备持续供电,保证监测数据的完整性,且监测数据使用北斗系统的短报文发送,确保监测数据及时发送出去。
Description
技术领域
本发明涉及海洋平台领域,更具体地说,涉及一种海洋导管架平台结构健康监测系统。
背景技术
导管架平台是一类海洋工程结构物,为开发和利用海洋资源提供了海上作业与生活的场所。全世界95%的海上平台都是钢质导管架设计的。导管架结构是坚固的平台,由于其刚性的动态特性,主要用于浅水域(水深小于300米)。导管架是由钢管构成的结构,该钢管使用桩锚固在海底。导管架平台结构服役于恶劣的海洋环境中,承受来自海洋环境的各种载荷(如风载荷、波浪载荷、冰载荷等)和上部组块及钻采设备等自身载荷的交互作用,此外有时还要遭受到地震、台风、海啸、船舶等的破坏,这些载荷产生的承载力和振动会直接影响平台和导管架结构的强度与寿命以及运动特性。随着服役年限增长,由于环境腐蚀、材料老化、构件缺陷、机械损伤、突发灾害、疲劳及裂纹扩展的损伤积累等原因,平台抗力衰减现象日益严重。抗力衰减会导致平台可靠性降低,甚至发生平台倒塌事故,一旦发生平台结构安全事故,无论是人员损伤还是经济损失,所造成的后果都是十分严重的。因此,对平台结构进行健康监测是非常有意义的一项工作。
众多学者和工程技术人员对导管架平台结构的健康监测相关技术和方法进行了大量而广泛地研究。文献[1]所建立的平台结构健康监测系统主要包括振动监测和应变监测两大系统,其中振动监测采用加速度传感器,应变监测采用光纤FBG应变传感器,信号传输采用无线传输技术。文献[2]建立了一套海洋平台导管架安全监测系统,采用光纤光栅应变、倾角和加速度传感器分别对海洋石油平台导管架的腿桩支撑力、相对沉降和摆幅进行监测。文献[3]将振动检测技术应用到导管架海洋平台上部组块结构损伤实时监测中,振动检测采用加速度传感器,在东海某导管架平台上进行了应用试验研究,验证了振动检测技术在导管架平台结构健康监测上的适用性。文献[4]将声发射技术应用到导管架海洋平台上部组块结构损伤实时监测中,以CEP导管架平台为研究对象,研究了适合工程现场的监测方案。文献[5]介绍了一种固定式导管架平台综合强度监测系统,平台关键部位的应力、加速度及与结构响应相关的环境参数进行长期监测,平台结构响应监测的主要内容包括如下两个方面,一是监测导管架关键节点的应力、给出动态应力的长期分布情况,二是针对平台重要部位的加速度进行监测,给出平台的整体运行性能。文献[6]提出了导管架平台整体位移监测、桩基载荷监测、平台不均匀沉降监测的原理、方法以及相应的预警条件,其中位移监测采用光纤光栅加速度传感器,桩基载荷监测采用光纤光栅应变传感器,平台不均匀沉降监测通过光纤光栅应变传感器、倾角传感器。文献[7-8]提出了导管架海洋平台结构整体位移、桩端承载力、倾斜等监测原理和预警条件,并在南海某平台进行了实地监测,监测结果表明该导管架海洋平台运行正常,测试采用光纤光栅技术。
总结现有监测装置及方法,其主要不足体现在以下几个方面:一是所建立监测系统的监测指标不够全面;二是监测系统的数据传输均依靠平台网络,在平台断电情况下,无法回传数据;三是监测数据的采集不能保证全天候采集,特别是在台风工况下,无法保证数据采集的完整性。针对上述技术的不足,本专利提出一种基于北斗通信的海洋导管架平台结构健康监测装置及监测方法,可解决现有监测方法中存在的不足。
文献[1]CN102901560,一种海洋导管架平台结构安全综合监测系统,2013.01.30,
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发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述缺陷,提供一种海洋导管架平台结构健康监测系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种海洋导管架平台结构健康监测系统,包括工控机、太阳能供电模块、蓄电池供电模块、第一北斗通信模块、结构响应传感器组、风速风向仪、雷达测波仪、第一采集仪、第二采集仪和第三采集仪;
所述蓄电池供电模块分别电连接所述工控机和所述第一采集仪,在交流电源异常时为所述工控机和所述第一采集仪提供电能;所述太阳能供电模块分别电连接所述第二采集仪和所述第三采集仪,在交流电源异常时为所述第二采集仪和所述第三采集仪提供电能;
所述结构响应传感器组通过所述第一采集仪通信连接所述工控机,所述结构响应传感器组安装在海洋导管架平台上、用于采集海洋导管架平台的结构动态响应参数;所述风速风向仪通过所述第二采集仪通信连接所述工控机,所述风速风向仪安装在海洋导管架平台上、用于采集海洋导管架平台所在位置的风速风向参数;所述雷达测波仪通过所述第三采集仪通信连接所述工控机,所述雷达测波仪安装在海洋导管架平台上、用于采集海洋导管架平台所在位置的海浪参数;
所述工控机通信连接所述第一北斗通信模块,所述工控机将处理后的结构动态响应参数、风速风向参数和海浪参数发送至所述第一北斗通信模块,所述第一北斗通信模块将接收到的数据转换为短报文格式数据后发送出去。
进一步,本发明所述的海洋导管架平台结构健康监测系统还包括陆地服务器和第二北斗通信模块,所述第二北斗通信模块通信连接所述陆地服务器;所述第二北斗通信模块将接收的所述第一北斗通信模块发送的短报文格式数据传输至所述陆地服务器。
进一步,本发明所述的海洋导管架平台结构健康监测系统还包括与所述陆地服务器通信连接的监控终端,所述监控终端用于显示所述短报文格式数据。
进一步,在本发明所述的海洋导管架平台结构健康监测系统中,所述太阳能供电模块包括太阳能板和光伏蓄电池组,所述光伏蓄电池组分别连接所述太阳能板和交流电源,所述太阳能板和电流电源用于为所述光伏蓄电池组充电。
进一步,在本发明所述的海洋导管架平台结构健康监测系统中,所述蓄电池供电模块包括铅酸蓄电池组和UPS电路,所述铅酸蓄电池组电连接交流电源,所述电流电源为所述铅酸蓄电池组充电;所述铅酸蓄电池组通过所述UPS电路电连接所述工控机。
进一步,在本发明所述的海洋导管架平台结构健康监测系统中,所述风速风向仪安装在海洋导管架平台的井架天车上;
所述雷达测波仪安装在海洋导管架平台的下甲板的右舷船尾处。
进一步,在本发明所述的海洋导管架平台结构健康监测系统中,所述结构响应传感器组包括第一加速度传感器、第二加速度传感器、第三加速度传感器、第四加速度传感器、第五加速度传感器和位移倾角传感器;
所述第一加速度传感器安装在海洋导管架平台的下甲板的右舷船尾立柱上,所述第二加速度传感器安装在海洋导管架平台的下甲板的左舷船首立柱上,所述第三加速度传感器安装在海洋导管架平台的底甲板的右舷船尾立柱上,所述第四加速度传感器安装在海洋导管架平台的蜘蛛甲板的右舷船尾立柱上,所述第五加速度传感器安装在海洋导管架平台的蜘蛛的甲板左舷船首立柱上;所述位移倾角传感器安装在海洋导管架平台的下甲板的右舷船尾立柱上。
进一步,在本发明所述的海洋导管架平台结构健康监测系统中,所述结构响应传感器组还包括8个应变传感器,其中4个应变传感器安装在海洋导管架平台的蜘蛛甲板的左舷第四节点下斜撑截面处,且沿截面均匀分布;另外4个应变传感器安装在海洋导管架平台的蜘蛛甲板的右舷第一节点水平斜撑截面处,且沿截面均匀分布。
进一步,在本发明所述的海洋导管架平台结构健康监测系统中,所述工控机、第一采集仪、第二采集仪和第三采集仪位于海洋导管架平台的中控室内;
所述第一北斗通信模块安装在海洋导管架平台的生活楼的顶层甲板上。
进一步,本发明所述的海洋导管架平台结构健康监测系统还包括与所述工控机通信连接的阵列式存储器,所述阵列式存储器用于存储所述结构动态响应参数、风速风向参数和海浪参数。
实施本发明的一种海洋导管架平台结构健康监测系统,具有以下有益效果:本发明能确保在平台停电期间为监测设备持续供电,保证监测数据的完整性,且监测数据使用北斗系统的短报文发送,确保监测数据及时发送出去。
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是一实施例提供的海洋导管架平台结构健康监测系统的结构示意图;
图2是一实施例提供的海洋导管架平台的结构示意图;
图3是一实施例提供的海洋导管架平台结构健康监测系统的结构示意图。
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。
实施例1
参考图1和图2,本实施例的海洋导管架平台结构健康监测系统包括工控机101、太阳能供电模块102、蓄电池供电模块103、第一北斗通信模块104、结构响应传感器组105、风速风向仪106、雷达测波仪107、第一采集仪108、第二采集仪109和第三采集仪110,蓄电池供电模块103分别电连接工控机101和第一采集仪108,蓄电池供电模块103在交流电源异常时为工控机101和第一采集仪108提供电能。太阳能供电模块102分别电连接第二采集仪109和第三采集仪110,太阳能供电模块102在交流电源异常时为第二采集仪109和第三采集仪110提供电能。在海洋导管架平台正常工作时,使用交流电源为监测系统供电,该交流电源可参考现有技术;优选地,该电流电源为220V电流电源。作为选择,若结构响应传感器组105、风速风向仪106和雷达测波仪107需要供电,则可由太阳能供电模块102和/或蓄电池供电模块103提供电能,也可分别由第一采集仪108、第二采集仪109和第三采集仪110提供电能。第一北斗通信模块104可由工控机101供电,或由太阳能供电模块102提供电能,或由蓄电池供电模块103提供电能。
本实施例的海洋导管架平台结构健康监测系统中太阳能供电模块102包括太阳能板和光伏蓄电池组,光伏蓄电池组分别连接太阳能板和交流电源,太阳能板和电流电源用于为光伏蓄电池组充电。太阳能供电模块102包括能够检测交流电源通断状态的第一检测电路,当检测到交流电源断开时,光伏蓄电池组开始为第二采集仪109和第三采集仪110提供电能。太阳能板将太阳能转化为电能的转换电路可参考现有技术。作为选择,本实施例中太阳能板输出12V直流电。
本实施例的海洋导管架平台结构健康监测系统中蓄电池供电模块103包括铅酸蓄电池组和UPS电路,铅酸蓄电池组电连接交流电源,电流电源为铅酸蓄电池组充电;铅酸蓄电池组通过UPS电路电连接工控机101,UPS电路通过逆变、稳压和变压后给工控机101供电。蓄电池供电模块103包括能够检测交流电源通断状态的第二检测电路,当检测到交流电源断开时,铅酸蓄电池组开始为工控机101和第一采集仪108提供电能。
结构响应传感器组105通过第一采集仪108通信连接工控机101,结构响应传感器组105安装在海洋导管架平台上、用于采集海洋导管架平台的结构动态响应参数,可以理解,结构响应传感器组105实时采集海洋导管架平台的结构动态响应参数,结构响应传感器组105采集的结构动态响应参数通过第一采集仪108传输至工控机101。
风速风向仪106通过第二采集仪109通信连接工控机101,风速风向仪106安装在海洋导管架平台上、用于采集海洋导管架平台所在位置的风速风向参数,可以理解,风速风向仪106实时采集海洋导管架平台所在位置的风速风向参数,该风速风向参数风向、风速等参数,风速风向仪106采集的风速风向参数通过第二采集仪109传输至工控机101。
雷达测波仪107通过第三采集仪110通信连接工控机101,雷达测波仪107安装在海洋导管架平台上、用于采集海洋导管架平台所在位置的海浪参数,可以理解,雷达测波仪107实时采集海洋导管架平台所在位置的海浪参数,该海浪参数包括海浪高度、波周期等参数,雷达测波仪107采集的海浪参数通过第三采集仪110传输至工控机101。作为选择,本实施例的海洋导管架平台结构健康监测系统还包括与工控机101通信连接的阵列式存储器,阵列式存储器用于存储结构动态响应参数、风速风向参数和海浪参数。
工控机101通信连接第一北斗通信模块104,工控机101将处理后的结构动态响应参数、风速风向参数和海浪参数发送至第一北斗通信模块104,第一北斗通信模块104将接收到的数据转换为短报文格式数据后发送出去。第一北斗通信模块104的短报文功能可参考现有技术。
作为选择,本实施例的海洋导管架平台结构健康监测系统中风速风向仪106安装在海洋导管架平台的井架天车上。
作为选择,本实施例的海洋导管架平台结构健康监测系统中雷达测波仪107安装在海洋导管架平台的下甲板的右舷船尾处。
作为选择,参考图2,本实施例的海洋导管架平台结构健康监测系统中结构响应传感器组105包括第一加速度传感器4、第二加速度传感器11、第三加速度传感器6、第四加速度传感器7、第五加速度传感器10和位移倾角传感器3,第一加速度传感器4安装在海洋导管架平台的下甲板的右舷船尾立柱上,第二加速度传感器11安装在海洋导管架平台的下甲板的左舷船首立柱上,第三加速度传感器6安装在海洋导管架平台的底甲板的右舷船尾立柱上,第四加速度传感器7安装在海洋导管架平台的蜘蛛甲板的右舷船尾立柱上,第五加速度传感器10安装在海洋导管架平台的蜘蛛的甲板左舷船首立柱上;位移倾角传感器3安装在海洋导管架平台的下甲板的右舷船尾立柱上。
优选地,第一加速度传感器4安装在海洋导管架平台的下甲板的右舷船尾立柱距甲板面1.5米高处处,第二加速度传感器11安装在海洋导管架平台的下甲板的左舷船首立柱距甲板面1.5米高度处,第三加速度传感器6安装在海洋导管架平台的底甲板的右舷船尾立柱距甲板面1.5米高度处,第四加速度传感器7安装在海洋导管架平台的蜘蛛甲板的右舷船尾立柱距甲板面1.5米高度处,第五加速度传感器10安装在海洋导管架平台的蜘蛛的甲板左舷船首立柱距甲板面1.5米高度处。位移倾角传感器3安装在海洋导管架平台的下甲板的右舷船尾立柱距甲板面2米高度处。
作为选择,参考图2,本实施例的海洋导管架平台结构健康监测系统中结构响应传感器组105还包括8个应变传感器,其中4个应变传感器安装在海洋导管架平台的蜘蛛甲板的左舷第四节点下斜撑截面处,且沿截面均匀分布;优选地,这4个应变传感器安装在海洋导管架平台的蜘蛛甲板的左舷第四节点下斜撑且与节点焊趾距离为3米截面处,4个应变传感器沿该截面均匀分布,图2中使用标号8表示这4个应变传感器。另外4个应变传感器安装在海洋导管架平台的蜘蛛甲板的右舷第一节点水平斜撑截面处,且沿截面均匀分布;优选地,这4个应变传感器安装在海洋导管架平台的蜘蛛甲板的右舷第一节点水平斜撑截面且与节点焊趾距离为2米截面处,同样4个应变传感器沿该截面均匀分布,图2中使用标号9表示这4个应变传感器。
作为选择,本实施例的海洋导管架平台结构健康监测系统中工控机101、第一采集仪108、第二采集仪109和第三采集仪110位于海洋导管架平台的中控室内。
作为选择,本实施例的海洋导管架平台结构健康监测系统中第一北斗通信模块104安装在海洋导管架平台的生活楼的顶层甲板上。
本实施例能确保在平台停电期间为监测设备持续供电,保证监测数据的完整性,且监测数据使用北斗系统的短报文发送,确保监测数据及时发送出去。
实施例2
参考图2和图3,在实施例1的基础上,本实施例的海洋导管架平台结构健康监测系统还包括:陆地服务器201、第二北斗通信模块202和监控终端203,第二北斗通信模块202通信连接陆地服务器201,陆地服务器201通信连接的监控终端203。第二北斗通信模块202和第一北斗通信模块104建立通信连接,第二北斗通信模块202将接收的第一北斗通信模块104发送的短报文格式数据传输至陆地服务器201,监控终端203从陆地服务器201获取短报文格式数据,经解码转换后在监控终端203上显示,实现远程监测和数据管理。
本实施例能确保在平台停电期间为监测设备持续供电,保证监测数据的完整性,且监测数据使用北斗系统的短报文发送,确保监测数据及时发送出去。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施,并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰,均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种海洋导管架平台结构健康监测系统,其特征在于,包括工控机(101)、太阳能供电模块(102)、蓄电池供电模块(103)、第一北斗通信模块(104)、结构响应传感器组(105)、风速风向仪(106)、雷达测波仪(107)、第一采集仪(108)、第二采集仪(109)和第三采集仪(110);
所述蓄电池供电模块(103)分别电连接所述工控机(101)和所述第一采集仪(108),在交流电源异常时为所述工控机(101)和所述第一采集仪(108)提供电能;所述太阳能供电模块(102)分别电连接所述第二采集仪(109)和所述第三采集仪(110),在交流电源异常时为所述第二采集仪(109)和所述第三采集仪(110)提供电能;
所述结构响应传感器组(105)通过所述第一采集仪(108)通信连接所述工控机(101),所述结构响应传感器组(105)安装在海洋导管架平台上、用于采集海洋导管架平台的结构动态响应参数;所述风速风向仪(106)通过所述第二采集仪(109)通信连接所述工控机(101),所述风速风向仪(106)安装在海洋导管架平台上、用于采集海洋导管架平台所在位置的风速风向参数;所述雷达测波仪(107)通过所述第三采集仪(110)通信连接所述工控机(101),所述雷达测波仪(107)安装在海洋导管架平台上、用于采集海洋导管架平台所在位置的海浪参数;
所述工控机(101)通信连接所述第一北斗通信模块(104),所述工控机(101)将处理后的结构动态响应参数、风速风向参数和海浪参数发送至所述第一北斗通信模块(104),所述第一北斗通信模块(104)将接收到的数据转换为短报文格式数据后发送出去。
2.根据权利要求1所述的海洋导管架平台结构健康监测系统,其特征在于,还包括陆地服务器(201)和第二北斗通信模块(202),所述第二北斗通信模块(202)通信连接所述陆地服务器(201);所述第二北斗通信模块(202)将接收的所述第一北斗通信模块(104)发送的短报文格式数据传输至所述陆地服务器(201)。
3.根据权利要求2所述的海洋导管架平台结构健康监测系统,其特征在于,还包括与所述陆地服务器(201)通信连接的监控终端(203),所述监控终端(203)用于显示所述短报文格式数据。
4.根据权利要求1所述的海洋导管架平台结构健康监测系统,其特征在于,所述太阳能供电模块(102)包括太阳能板和光伏蓄电池组,所述光伏蓄电池组分别连接所述太阳能板和交流电源,所述太阳能板和电流电源用于为所述光伏蓄电池组充电。
5.根据权利要求1所述的海洋导管架平台结构健康监测系统,其特征在于,所述蓄电池供电模块(103)包括铅酸蓄电池组和UPS电路,所述铅酸蓄电池组电连接交流电源,所述电流电源为所述铅酸蓄电池组充电;所述铅酸蓄电池组通过所述UPS电路电连接所述工控机(101)。
6.根据权利要求1所述的海洋导管架平台结构健康监测系统,其特征在于,所述风速风向仪(106)安装在海洋导管架平台的井架天车上;
所述雷达测波仪(107)安装在海洋导管架平台的下甲板的右舷船尾处。
7.根据权利要求1所述的海洋导管架平台结构健康监测系统,其特征在于,所述结构响应传感器组(105)包括第一加速度传感器、第二加速度传感器、第三加速度传感器、第四加速度传感器、第五加速度传感器和位移倾角传感器;
所述第一加速度传感器安装在海洋导管架平台的下甲板的右舷船尾立柱上,所述第二加速度传感器安装在海洋导管架平台的下甲板的左舷船首立柱上,所述第三加速度传感器安装在海洋导管架平台的底甲板的右舷船尾立柱上,所述第四加速度传感器安装在海洋导管架平台的蜘蛛甲板的右舷船尾立柱上,所述第五加速度传感器安装在海洋导管架平台的蜘蛛的甲板左舷船首立柱上;所述位移倾角传感器安装在海洋导管架平台的下甲板的右舷船尾立柱上。
8.根据权利要求7所述的海洋导管架平台结构健康监测系统,其特征在于,所述结构响应传感器组(105)还包括8个应变传感器,其中4个应变传感器安装在海洋导管架平台的蜘蛛甲板的左舷第四节点下斜撑截面处,且沿截面均匀分布;另外4个应变传感器安装在海洋导管架平台的蜘蛛甲板的右舷第一节点水平斜撑截面处,且沿截面均匀分布。
9.根据权利要求1所述的海洋导管架平台结构健康监测系统,其特征在于,所述工控机(101)、第一采集仪(108)、第二采集仪(109)和第三采集仪(110)位于海洋导管架平台的中控室内;
所述第一北斗通信模块(104)安装在海洋导管架平台的生活楼的顶层甲板上。
10.根据权利要求1所述的海洋导管架平台结构健康监测系统,其特征在于,还包括与所述工控机(101)通信连接的阵列式存储器,所述阵列式存储器用于存储所述结构动态响应参数、风速风向参数和海浪参数。
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