CN115801215A - 一种用于船舶轴系振动监测的分布式采集同步装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于船舶轴系振动监测的分布式采集同步装置，包括若干个传感器，传感器分布设置在船舶轴系多个位置，以同步采集轴系多个位置的采集数据；分布式采集单元组包括若干个作为分布式采集单元的采集模块，采集模块分布设置在船舶轴系的多个轴段位置，用于获取传感器组的采集数据；综合显控单元包括相互电连接的同步模块、电源和上位机，同步模块用于对采集数据进行分析生成分析结果，对分析结果和采集数据进行储存并发送至上位机，上位机用于显示分析结果和对分布式采集单元组发送预设指令，电源用于同步模块和上位机的供电。本发明利用同步触发脉冲实现多个分布式采集单元之间的同步数据采集，减小了各个采集单元之间的时延不确定性。
Description
技术领域
本发明属于船舶轴系运行状态监测与故障诊断技术领域，具体涉及一种用于船舶轴系振动监测的分布式采集同步装置与方法。
背景技术
近年来，我国船舶维修保障任务日益繁重，船舶健康管理的需求愈加强烈，采用故障预测与健康管理相结合的方式对装备进行运行状态健康监测逐步成为了解决该项难题的研究热点。船舶动力系统作为保证航行能力、机动性和安全的最关键系统，动力系统一旦发生问题，将直接导致船舶丧失动力，产生难以预计灾难性后果。基于此，发明人开发了一套轴系运行状态监测装置。
目前国内外多个企业和高校已采用多种不同技术实现了船舶轴系运行状态的监测，但主要集中在轴上单点或单个舱室测量。而船舶轴系结构复杂且跨度大，单点或单舱室测量无法准确、全面地对轴系运行状态进行监测。为了快速准确的实现整个轴系运行状态的监测，提高了数据分析精度和同步性，分布式同步采集成为轴系振动测量的重要研究方向。目前常用的同步方法主要有硬触发和软触发两种。硬触发使用一条额外的外部触发线实现多单元的同步触发，触发速度快、精度高、时延小，但是额外的外部触发线增加了系统复杂性，加剧了船舶内部环境的恶劣程度。软触发是通过软件或协议设置实现多单元的同步触发，不需要额外的触发线，结构简单，不会对外界环境造成影响，但是存在着时延不确定、触发精度不高等问题，例如当采样率为1000Hz(分析频率为500Hz)时，软触发可能带来的最大同步误差为2ms，则其在500Hz处，两路信号的相位误差将高达到360度，该误差严重影响两路信号之间的相位谱分析结果。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于船舶轴系振动监测的分布式采集同步装置与方法，利用同步触发脉冲实现多个分布式采集单元之间的同步数据采集，减小了各个采集单元之间的时延不确定性；利用网线进行供电及同步脉冲的分发，减少了船舶系统中的线缆布放，提高了系统的使用方便性，降低了维护成本。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种用于船舶轴系振动监测的分布式采集同步装置，包括顺次连接的传感器组、分布式采集单元组和综合显控单元；其中，
传感器组包括若干个传感器，传感器分布设置在船舶轴系的多个位置，以同步采集轴系多个位置的采集数据；
分布式采集单元组包括若干个集成了多种轴系运行状态参数采集功能的作为分布式采集单元的采集模块，采集模块分布设置在船舶轴系的多个轴段位置，用于获取传感器组的采集数据；
综合显控单元包括相互电连接的同步模块、电源和上位机，同步模块用于对采集数据进行分析生成分析结果，对分析结果和采集数据进行储存并发送至上位机，上位机用于显示分析结果和对分布式采集单元组发送预设指令，电源用于同步模块和上位机的供电；预设指令至少包括同步采集指令。
综合显控单元通过网线与分布式采集单元连接，电源通过网线给分布式采集单元供电。
分布式采集单元通过信号线与传感器连接，并向传感器传递电压。
在同步脉冲分发过程中，在网线中空余设置两组差分线缆，分别实现脉冲的回传与分发。
选取分布式采集单元组中任一分布式采集单元作为主控单元，主控单元在接收到综合显控单元的同步采集指令后，会根据转速脉冲信号向综合显控单元发回同步采集脉冲；同步模块接收到该同步采集脉冲后，再将该脉冲处理后分发至各分布式采集单元，各分布式采集单元根据同步脉冲，实现船舶轴系各处传感器信号的同步采集。
还提供一种用于船舶轴系振动监测的分布式采集同步方法，包括以下步骤：
通过传感器组同步采集轴系多个位置的采集数据；
通过分布式采集单元组获取传感器组的采集数据；
通过同步模块用于对采集数据进行分析生成分析结果，对分析结果和采集数据进行储存并发送至上位机，通过上位机显示分析结果和对分布式采集单元组发送预设指令，通过电源对同步模块和上位机供电；预设指令至少包括同步采集指令。
综合显控单元通过网线与分布式采集单元连接，电源通过网线给分布式采集单元供电。
分布式采集单元通过信号线与传感器连接，并向传感器传递电压。
在同步脉冲分发过程中，在网线中空余设置两组差分线缆，分别实现脉冲的回传与分发。
选取分布式采集单元组中任一分布式采集单元作为主控单元，主控单元在接收到综合显控单元的同步采集指令后，会根据转速脉冲信号向综合显控单元发回同步采集脉冲；同步模块接收到该同步采集脉冲后，再将该脉冲处理后分发至各分布式采集单元，各分布式采集单元根据同步脉冲，实现船舶轴系各处传感器信号的同步采集。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1.利用同步触发脉冲实现多个分布式采集单元之间的同步数据采集，减小了各个采集单元之间的时延不确定性，可将两路信号之间的同步误差提升至ns级别；
2.利用网线进行供电及同步脉冲的分发，减少了船舶系统中的线缆布放，提高了系统的使用方便性，降低了维护成本。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图中，1-船舶轴系，2-分布式采集单元，3-综合显控单元，4-网线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
针对船舶航行过程中轴系监测分布式同步采集的迫切需求，为了解决现有技术不足，本发明提供一种用于船舶轴系振动监测的分布式采集同步方法，在船舶航行过程中，可配合综合显控单元和分布式采集单元，实现船舶轴系运行状态的高精度实时、同步采集，保证数据的采集精度和同步性。从而最终实现轴系运行状态的分布式实时、连续监测，并积累航行过程中的轴系运行相关数据。
为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：
1.轴系运行状态监测装置由传感器组、分布式采集单元组和综合显控单元3构成，其特殊之处在于传感器组(含多种参量)分布在轴系多个位置，以实现轴系多位置、多参量的同步采集；分布式采集单元组由多块集成了多种轴系运行状态参数采集功能的采集模块组成，分布放置在船舶轴系1的多个轴段位置，用于采集传感器组信号；综合显控单元3内包含同步模块、POE电源和上位机等，能够实现数据采集、数据分析、处理、存储以及状态显示等功能。
2.所述综合显控单元3通过网线4与分布式采集单元2相连，不仅通过网线4控制分布式采集单元2的采集，也通过网线4对分布式采集单元2供电，减少的船舶中的线缆，提高了系统的可维护性。
3.各分布式采集单元2通过信号线与分布在船舶轴系1附近的多组传感器进行连接，并提供电源输入。
4.在同步脉冲分发过程中，利用百兆网线中空余两组差分线缆，分别实现脉冲的回传与分发。
5.在采集信号时，由综合显控单元3明确一个分布式采集单元2作为主控单元，该主控单元在接收到综合显控单元3的采集指令后，会根据转速脉冲信号向综合显控单元3发回同步采集脉冲；综合显控单元3同步模块接收到该同步采集脉冲后，再将该脉冲处理后分发至各个分布式采集单元2，各分布式采集单元2根据同步脉冲，实现船舶轴系1各处传感器信号的同步采集。
具体设置方式：
1.同步模块位于综合显控单元3中。
2.综合显控单元3通过网线4与各个分布式采集单元2实现网络通信、供电以及同步控制；
3.系统在速度脉冲作用下，通过网线4输出采集同步脉冲；同步模块接收到同步脉冲后，分发至各个分布式采集单元2，每个分布式采集单元2根据同步脉冲，实现对轴系各传感器的同步采集；其中包括但不限于，同步脉冲可以是分布式采集单元2中的某个发出，也可以是主控单元发出；
4.利用网线4中的差分线实现同步脉冲的分发与上传，可以利用网线4中的两对差分线分别进行上传和分发工作，也可以利用其中一对差分线实现同步脉冲的上传和分发。
本发明的有益效果是：
1.利用同步触发脉冲实现多个分布式采集单元2之间的同步数据采集，减小了各个采集单元之间的时延不确定性，可将两路信号之间的同步误差提升至ns级别；
2.利用网线4进行供电及同步脉冲的分发，减少了船舶系统中的线缆布放，提高了系统的使用方便性，降低了维护成本。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于船舶轴系振动监测的分布式采集同步装置，其特征在于，包括顺次连接的传感器组、分布式采集单元组和综合显控单元；其中，
传感器组包括若干个传感器，传感器分布设置在船舶轴系的多个位置，以同步采集轴系多个位置的采集数据；
分布式采集单元组包括若干个集成了多种轴系运行状态参数采集功能的作为分布式采集单元的采集模块，采集模块分布设置在船舶轴系的多个轴段位置，用于获取传感器组的采集数据；
综合显控单元包括相互电连接的同步模块、电源和上位机，同步模块用于对采集数据进行分析生成分析结果，对分析结果和采集数据进行储存并发送至上位机，上位机用于显示分析结果和对分布式采集单元组发送预设指令，电源用于同步模块和上位机的供电；预设指令至少包括同步采集指令。
2.根据权利要求1所述的一种用于船舶轴系振动监测的分布式采集同步装置，其特征在于，综合显控单元通过网线与分布式采集单元连接，电源通过网线给分布式采集单元供电。
3.根据权利要求2所述的一种用于船舶轴系振动监测的分布式采集同步装置，其特征在于，分布式采集单元通过信号线与传感器连接，并向传感器传递电压。
4.根据权利要求2所述的一种用于船舶轴系振动监测的分布式采集同步装置，其特征在于，在同步脉冲分发过程中，在网线中空余设置两组差分线缆，分别实现脉冲的回传与分发。
5.根据权利要求4所述的一种用于船舶轴系振动监测的分布式采集同步装置，其特征在于，选取分布式采集单元组中任一分布式采集单元作为主控单元，主控单元在接收到综合显控单元的同步采集指令后，会根据转速脉冲信号向综合显控单元发回同步采集脉冲；同步模块接收到该同步采集脉冲后，再将该脉冲处理后分发至各分布式采集单元，各分布式采集单元根据同步脉冲，实现船舶轴系各处传感器信号的同步采集。
6.一种使用如权利要求1所述的一种用于船舶轴系振动监测的分布式采集同步装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过传感器组同步采集轴系多个位置的采集数据；
通过分布式采集单元组获取传感器组的采集数据；
通过同步模块用于对采集数据进行分析生成分析结果，对分析结果和采集数据进行储存并发送至上位机，通过上位机显示分析结果和对分布式采集单元组发送预设指令，通过电源对同步模块和上位机供电；预设指令至少包括同步采集指令。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，综合显控单元通过网线与分布式采集单元连接，电源通过网线给分布式采集单元供电。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，分布式采集单元通过信号线与传感器连接，并向传感器传递电压。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在同步脉冲分发过程中，在网线中空余设置两组差分线缆，分别实现脉冲的回传与分发。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，选取分布式采集单元中任一分布式采集单元作为主控单元，主控单元在接收到综合显控单元的同步采集指令后，会根据转速脉冲信号向综合显控单元发回同步采集脉冲；同步模块接收到该同步采集脉冲后，再将该脉冲处理后分发至各分布式采集单元，各分布式采集单元根据同步脉冲，实现船舶轴系各处传感器信号的同步采集。
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