FI114040B - Load measuring system for ship hull, converts structural deformation into electric signal, which is converted into digital signal and processed and processed result is transmitted to central processing unit by bus - Google Patents

Load measuring system for ship hull, converts structural deformation into electric signal, which is converted into digital signal and processed and processed result is transmitted to central processing unit by bus Download PDF

Info

Publication number
FI114040B
FI114040B FI20000597A FI20000597A FI114040B FI 114040 B FI114040 B FI 114040B FI 20000597 A FI20000597 A FI 20000597A FI 20000597 A FI20000597 A FI 20000597A FI 114040 B FI114040 B FI 114040B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
unit
measuring
measurement
signal
sensor
Prior art date
Application number
FI20000597A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20000597A0 (en
FI20000597A (en
Inventor
Risto Sakari Rouvari
Original Assignee
Rouvari Oy R
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rouvari Oy R filed Critical Rouvari Oy R
Priority to FI20000597A priority Critical patent/FI114040B/en
Publication of FI20000597A0 publication Critical patent/FI20000597A0/en
Publication of FI20000597A publication Critical patent/FI20000597A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI114040B publication Critical patent/FI114040B/en

Links

Landscapes

  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

The system includes a measuring unit (30) removably attached to measurement structure. The measuring unit comprises measuring sensors (302,50) that converts structural deformation into electric signal. The signal is converted to digital signal and processed. The processed result is transmitted to central processing unit (20) over a bus (21). An independent claim is also included for measurement sensor.

Description

114040 Järjestelmä rakenteeseen kohdistuvien kuormitusten mittaamiseksi ja mittaus-yksikkö - Anordning för mätning av belastningar i konstruktion och mätnings-enhet 5 Tämä hakemus on jakamalla erotettu hakemuksesta FI-991270.114040 System for Measuring Structural Actions and Unit of Measurement - This application is subdivided from application FI-991270.

Keksinnön kohteena on järjestelmä rakenteeseen kohdistuvien kuormitusten, jännitysten ja/tai materiaaliväsymisen mittaamiseksi. Keksinnön kohteena on myös eräät mainitun järjestelmän yhteydessä käytettäväksi soveltuvat mittausyksikkö ja mitta-anturi. Keksintö on sovellettavissa erityisesti laivan rungon jännitysten ja kuormitus-10 ten mittaamiseen.The present invention relates to a system for measuring loads, stresses and / or material fatigue on a structure. The invention also relates to a measuring unit and a measuring sensor suitable for use with said system. The invention is particularly applicable to the measurement of stresses and stresses on a ship's hull.

Laivan runkoon kohdistuvia kuormituksia on mitattava jatkuvasti, jotta huomataan rakenteissa mahdollisesti tapahtuvat mahdolliset muutokset, kuten materiaalin väsyminen, ennen rakenteiden rikkoutumista. Vastaavia mittauksia suoritetaan myös muista rakenteista, kuten muista kulkuneuvoista, silloista ja rakennuksista.The loads on the ship's hull shall be continuously measured to detect any changes in the structures, such as fatigue, before the structures are broken. Similar measurements are also made on other structures, such as other vehicles, bridges and buildings.

15 Ennestään tunnetaan menetelmiä, joissa laivan runkoon kiinnitetään mitta-antureiia, jotka mittaavat rakenteen paikallisia muodonmuutoksia. Kuvassa 1 on esitetty laivan rungon pääkansi 10 ylhäältä katsottuna ja tyypillinen mitta-anturien 11, 12, 13 ja 14 sijoittelu laivarungon pääkannessa. Mitta-antureina käytetään tyypillisesti n. 1-2 metrin pituisia terästankoja, jotka kiinnitetään pysyvästi esim. hitsaamalla laivan » * * 20 rungon pääkanteen siten, että tangon toinen pää on kiinteä ja toinen voi liikkua aksi- » * ' t* aalisesti. Liittymäkohtaan on sijoitettu esim. liikeanturi, joka mittaa keskinäistä lii- I ♦ : : kettä. Mitta-anturien tangon tulee olla vähintään edellä mainitun pituisia, jotta tan- . ·* kojen suhteellinen liike olisi riittävän suuri (tyypillisesti maks. +/- 5 mm) ja muo- donmuutosten mittaus olisi riittävän tarkka.Methods of attaching measuring probes to the hull of a ship to measure local deformations of the structure are known in the art. Figure 1 shows a top view of a ship hull main cover 10 and a typical arrangement of gauges 11, 12, 13 and 14 on the ship hull main deck. Measuring transducers typically use steel bars of about 1-2 meters in length, which are permanently secured, for example, by welding the ship's * * * 20 hull main cover so that one end of the bar is fixed and the other can move axially. For example, a motion sensor is located at the junction, which measures the mutual motion. Measuring probe rods must be at least the length mentioned above to allow tan-. · * The relative movement of the sizes would be large enough (typically max. +/- 5 mm) and the deformation measurement would be accurate enough.

* · 25 Ennestään tunnetuissa menetelmissä mitta-antureista saatava heikko signaali johde-... taan mittausjärjestelmän keskusyksikköön, jossa antureista saadut signaalit vahviste taan, muunnetaan digitaaliseen muotoon sekä suoritetaan matemaattinen signaalin-···* käsittely. Standardeissa on määritelty erilaisia malleja signaalien käsittelemiseksi, jotta kriittiset muodonmuutokset voitaisiin havaita mittaustuloksista mahdollisim->/'*: 30 man luotettavasti. Tällaisia malleja ovat mm. taajuusalueanalyysi ja ns. Rainflow-luokittelu. Rainflow-luokitus on määritelty mm. standardissa ASTM E1049-85 (Reapproved 1990).* · 25 In prior art methods, a weak signal from the measuring sensors is applied to a central unit of the measuring system, where the signals from the sensors are amplified, digitized and mathematical signal processing is carried out. The standards define various models for processing signals so that critical deformations can be detected from measurement results as reliably as possible. Such models include e.g. frequency domain analysis and so called. Rainflow classification. The Rainflow rating is defined eg. in ASTM E1049-85 (Reapproved 1990).

• · · • · ·• · · • · ·

Edellä mainittuihin tekniikan tason mukaisiin järjestelmiin liittyy eräitä epäkohtia. Ensiksikin järjestelmät on suunniteltu tietylle, standardien mukaiselle mitta-anturi- 2 114040 määrälle, jolloin mitta-anturien lisääminen ei ole mahdollista mahdollisen tarpeen esiintyessä. Tämä johtuu siitä, että järjestelmän keskusyksikön laskentakapasiteetti ja liitynnät on mitoitettu ennalta määrättyä mitta-anturimäärää varten. On tilanteita, joissa tavanomainen mitta-anturien määrä ei ole riittävä, kuten esim. katamaraani-5 aluksessa mitta-antureita saatetaan tarvita huomattavasti enemmän, esim. 60 kappaletta, kuin ns. tavanomaisessa laivarungossa, jossa on tavallisesti esim. 4 mitta-anturia.The above-mentioned prior art systems have certain drawbacks. First of all, the systems are designed for a certain number of standard measuring sensors 2 114040, so that the addition of measuring sensors is not possible when the need arises. This is because the computing capacity and interfaces of the system central unit are dimensioned for a predetermined number of measuring sensors. There are situations where the usual number of gauge sensors is insufficient, such as the catamaran 5, for example, the need for gauge sensors may be considerably larger, e.g. in a conventional ship hull, which usually has e.g. 4 gauge sensors.

Toiseksi tekniikan tason mukaisissa järjestelyissä on ongelmana häiriöiden kytkeytyminen pitkiin mittajohtimiin mitta-anturien ja keskusyksikön välillä. Tätä on vai-10 kea välttää mittakaapeleiden suojauksella, koska mitta-antureista siirrettävät signaalit ovat matalatasoisia analogiasignaaleja.Second, prior art arrangements have the problem of coupling interference to long measuring lines between the measuring sensors and the central processing unit. This is difficult to avoid by measuring cable shielding because the signals transmitted from the measuring sensors are low-level analog signals.

Lisäksi tekniikan tason mukaisiin mitta-antureihin liittyvänä ongelmana on se, että niitä on hankala kalibroida. Suuren mitta-anturin irrottaminen laivan rungosta on nimittäin hyvin työlästä ja toiseksi suurikokoisen mitta-anturin käyttäytyminen lai-15 varunkoon kiinnitettynä voi olla erilainen kuin kalibrointiolosuhteissa. Näin ollen tarkka ja luotettava kalibrointi on vaikeaa. Samoin vioittuneen mitta-anturin vaihto on hankalaa.A further problem with prior art measuring sensors is that they are difficult to calibrate. Namely, removing the large gauge from the hull of the ship is very laborious and, secondly, the behavior of the large gauge when attached to the ship-15 stand may be different than under calibration conditions. Therefore, accurate and reliable calibration is difficult. Similarly, the replacement of a defective measuring transducer is difficult.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on välttää edellä mainittuja, tekniikan tasoon liittyviä ongelmia uuden mittausratkaisun avulla.It is an object of the present invention to avoid the above-mentioned problems associated with the prior art by means of a novel measurement solution.

’* 20 Keksinnön eräänä ajatuksena on, että mittausjäqestelmän mitta-anturiyksikkö eli * mittausyksikkö käsittää välineet anturista saatavan signaalin käsittelemiseksi niin, : että mittausyksiköstä voidaan lähettää keskusyksikölle valmiit matemaattiset mitta- ustulokset. Näin keskusyksikössä ei tarvita suurta laskentakapasiteettia eikä keskus-: : yksikön kapasiteettitarve riipu olennaisesti käytettävien mittausanturien määrästä.It is an idea of the invention that the measuring sensor unit, or * measuring unit, of a measuring system comprises means for processing a signal from the sensor so that the mathematical measurement results can be transmitted from the measuring unit to the central unit. Thus, the central unit does not require a large amount of computing capacity, nor does the central:: unit capacity depend essentially on the number of measuring sensors used.

25 Siten mittausantureita voidaan tarvittaessa helposti lisätä. Lisäksi mittausyksikön ja keskusyksikön väliseen kaapeliin kytkeytyvien häiriöiden haittavaikutus on vähäi-. · · ·. nen, koska siirrettävät signaalit ovat digitaalisia ja siirto voidaan tarvittaessa toistaa.25 Thus, measuring sensors can be easily added if necessary. In addition, the interference to the cable between the metering unit and the central processing unit is negligible. · · ·. because the transmitted signals are digital and the transmission can be repeated if necessary.

Keksinnön eräänä toisena ajatuksena on, että mittausanturi on mekaniikaltaan sel- :*·*: lainen, että se on helposti kiinnitettävissä ja irrotettavissa mitattavasta rakenteesta.Another idea of the invention is that the measuring sensor is mechanically * * * easy to attach and detach from the structure to be measured.

. · · ·. 30 Tällöin mitattavaan rakenteeseen kuuluu edullisesti alusta mitta-anturin kiinnittämis- * · tä varten. Tällöin mitta-anturi voidaan kalibroida erillään mitattavasta rakenteesta ja :·· : mittausanturin käyttäytyminen niitattavassa rakenteessa ja kalibrointiolosuhteissa * : saadaan tarkasti samanlaiseksi.. · · ·. In this case, the structure to be measured preferably includes a base for mounting the measuring transducer. In this case, the measuring sensor can be calibrated separately from the structure to be measured and: ··: the behavior of the measuring sensor in the structure to be riveted and under calibration conditions *: is exactly the same.

3 1140403, 114040

Lisäksi keksinnön eräänä ajatuksena on muodostaa mittausanturi anturiyhteestä ja venymäliuskasta siten, että muodonmuutokset välittyvät anturiyhteessä olevaan joustavaan alueeseen kiinnitettyyn venymäliuskaan. Joustava alue on edullisesti muodostettu anturiyhteessä olevalla kaksois-H avauksella. Lisäksi anturi käsittää 5 edullisesti lämpötilakalibrointiin tarkoitetun toisen venymäliuskan, joka on kiinnitetty anturiyhteen osaan, johon ei synny muodonmuutosta. Tällöin mitta-anturi saadaan kooltaan pieneksi, mutta kuitenkin tarkaksi, ja sitä voidaan helposti käsitellä esim. kalibroinnin yhteydessä.Furthermore, it is an idea of the invention to provide a measuring transducer from the transducer and the strain gauge so that the deformation is transmitted to the strain gauge strip attached to the flexible region in the transducer. The elastic region is preferably formed by a double H-opening in the sensor connection. Further, the transducer preferably comprises a second stretch tab for temperature calibration, which is attached to a non-deformable portion of the transducer. In this case, the measuring sensor is made small in size but still accurate, and can be easily handled, for example, during calibration.

10 Keksinnön mukaiselle järjestelmälle rakenteen kuormitusten mittaamiseksi, joka järjestelmä käsittää keskusyksikön, ainakin yhden mittausyksikön ja mittausanturin laivarakenteiden muodonmuutosten muuntamiseksi sähköiseksi signaaliksi, on tunnusomaista se, että järjestelmä käsittää lisäksi itsekonfiguroituvan tietoverkon, mainittu mittausanturi on koteloitu signaalinkäsittelyelektroniikan kanssa mainittuun 15 mittausyksikköön ja että mainittu mittausyksikkö lisäksi käsittää: välineet mainitun signaalin muuntamiseksi digitaaliseen muotoon, välineet digitaalisen signaalin matemaattiseksi käsittelemiseksi, välineet käsittelytulosten lähettämiseksi keskusyksikköön, välineet mittausyksikön yhdistämiseksi mainittuun itsekonfiguroituvaan 20 tietoverkkoon, ja mainittu keskusyksikkö käsittää välineet ainakin yhdeltä mittausyksiköltä lähetettyjen käsittelytulosten vastaanottamiseksi ja keräämiseksi.A system for measuring structural loads according to the invention comprising a central unit, at least one measuring unit and a measuring sensor for converting deformations of ship structures into an electrical signal, characterized in that the system further comprises a self-configurable data network, means for converting said signal to a digital form, means for mathematically processing the digital signal, means for transmitting the processing results to the central processing unit, means for connecting the measuring unit to said self-configurable data network, and said central processing unit comprising means for receiving processing data transmitted from at least one measuring unit.

Keksinnön mukaiselle mittausyksikölle laivarakenteiden kuormitusten mittaamiseksi 25 on tunnusomaista se, että mittausanturi rakenteen muodonmuutosten muuntamiseksi sähköiseksi signaaliksi on koteloitu signaalinkäsittelyelektroniikan kanssa mainittuun mittausyksikköön ja että mittausyksikkö käsittää: välineet mainitun signaalin muuntamiseksi digitaaliseen muotoon, välineet digitaalisen signaalin matemaattiseksi käsittelemiseksi, 30 - välineet käsittelytulosten lähettämiseksi keskusyksikköön, ja välineet mittausyksikön kiinnittämiseksi itsekonfiguroituvaan tietoverk-_ ;: ‘ koon.The measuring unit according to the invention for measuring loads on ship structures 25 is characterized in that the measuring transducer for converting deformations of the structure into an electrical signal is encapsulated with signal processing electronics in said measuring unit, and the measuring unit comprises: means for converting means for attaching a measuring unit to a self-configurable computer network;

t t I * ' . Keksinnön edullisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuk- t · 35 sissa.t t I * '. Preferred embodiments of the invention are disclosed in the dependent claims 35.

i · » · f » t > » » I · 4 114040i · »· f» t> »» I · 4 114040

Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin oheisten piirustusten avulla, joissa kuva 1 esittää erästä tavanomaista mitta-anturien sijoittelua laivarungon kanteen, kuva 2 esittää lohkokaaviona erästä keksinnön mukaista mittausjärjestelmää, kuva 3 esittää lohkokaaviona erästä keksinnön mukaista mittausyksikköä, 5 kuva 4 esittää vuokaaviota eräästä keksinnön mukaisesta menettelystä mittaustietojen siirtämiseksi, kuva 5a esittää erästä keksinnön mukaista mittausanturia päältä ja kuva 5b esittää erästä keksinnön mukaista mittausanturia sivulta.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 is a block diagram of a measuring system according to the invention, Figure 2 is a block diagram of a measurement unit of the invention, Figure 5a shows a top view of a measuring sensor according to the invention and Figure 5b shows a side view of a measuring sensor according to the invention.

Kuvaa 1 selostettiin jo edellä tekniikan tason kuvauksen yhteydessä.Figure 1 was already described above in connection with the prior art description.

10 Kuva 2 esittää lohkokaaviota eräästä keksinnön mukaisesta mittausjärjestelmästä. Se käsittää keskusyksikön 20, joka on liitetty digitaaliseen tietoliikenneväylään 21. Tietoliikenneväylään 21 on edelleen liitetty useita mittausyksiköltä 30, 32 ja 34, jotka on sijoitettu mitattavan rakenteen sopiviin mittauspisteisiin.Figure 2 is a block diagram of a measuring system according to the invention. It comprises a central unit 20 connected to a digital communication bus 21. A plurality of measurement units 30, 32 and 34 are further connected to the communication bus 21, which are located at suitable measuring points of the structure to be measured.

Keskusyksikkö voi käsittää esim. PC-pohjaisen tietokoneen, jossa on esim. NT- 15 käyttöjärjestelmä. Tällöin Windows NT -käyttöjäqestelmässä jaettu muisti voi toi- .·. mia avoimena käyttäjärajapintana, jonka kautta mittaustulokset ovat käyttäjän saa- . ·: ·. tavilla järjestelmästä ja jota kautta käyttäjä voi ohjata järjestelmää. Tietoliikenneväy- ' lä voi olla edullisesti ARCNET (Attached Resource Computer NETwork) -data- · · _ verkko. ARCNET-dataverkkoon liittyy ominaisuus, että se on itse uudelleen konfi-20 guroituva. Tätä hyödynnetään edullisesti siten, että mittausanturin/yksikön lisäys ja ···* poisto voidaan tehdä ilman ohjelmallisia tai muita muutoksia järjestelmään. Kukin ... * mittausanturi/yksikkö tunnistetaan järjestelmässä oman yksilöllisen tunnuksensa pe rusteella (esim. sarjanumero), jolloin data organisoituu Windows NT:n jaetussa _: muistissa olevaan käyttäjärajapintaan (datarakenteeseen) yksilöllisen tunnuksen pe- 25 rusteella. ARCNET-dataverkko huolehtii automaattisesti tietoliikennesolmupistei-Λ den tunnuksista aina konfiguroituessaan käynnistyksen yhteydessä. Tällöin keskus yksikön sanomatulkkauksen osana oleva ristikytkentä voi organisoitua automaatti-·;·’ sesti ja yhdistää tietoliikennesolmutunnuksen mittausyksikön yksilölliseen tunnuk- j,: : seen. Konfigurointia ei siis tarvita käyttäjätoimenpiteenä.The central processing unit may comprise, for example, a PC-based computer having, for example, an NT-15 operating system. In this case, the shared memory in Windows NT users may work. mia as an open user interface through which the measurement results are available to the user. ·: ·. and allows the user to control the system. The communication path may advantageously have an Attached Resource Computer NETwork (ARCNET) data network. A feature of the ARCNET data network is that it itself is reconfigurable. This is advantageously utilized in such a way that the addition and ··· * removal of the measuring sensor / unit can be done without any software or other modifications to the system. Each ... * measuring sensor / unit is identified in the system by its unique identifier (e.g., serial number), whereby the data is organized into a user interface (data structure) in the shared NT: memory of Windows NT on the basis of a unique identifier. The ARCNET data network automatically takes care of the communication node IDs every time it is configured at startup. In this case, the crossover as part of the message translation of the central unit may be organized automatically and associate the communication node ID with the unique identifier of the unit. Configuration is thus not required as a user operation.

30 Kuva 3 esittää erästä keksinnön mukaista mittausyksikköä 30. Se käsittää Wheatsto-ne-sillan 302, jossa muodonmuutosta mittaava ensimmäinen venymäliuska ja läm- 5 114040 pötilakompensointia varten oleva toinen venymäliuska on kytketty sarjaan. Toisen osan sillasta muodostavat kiinteät vastukset.Figure 3 shows a measuring unit 30 according to the invention. It comprises a Wheatsto-ne bridge 302 in which the first strain gauge and the second strain gauge for temperature compensation are connected in series. The second part of the bridge is formed by fixed resistors.

Wheatstone-sillasta saatava mittaussignaali vahvistetaan instrumentointivahvistimella 304, jonka antosignaali edelleen suodatetaan alipäästösuotimella 306. Mitta-5 ustaajuuskaista on esim. 0-150 Hz, ja taajuuskaista on edullisimmin ohjelmallisesti valittavissa. Vahvistettu ja suodatettu analogiasignaali muunnetaan digitaaliseksi analogia-digitaali (A/D) -muuntimella 308, josta saatavat digitaaliset näytteet ohjataan mikroprosessoriin 310. A/D-muunnin 308 voi myös kuulua prosessoriin 310. Prosessori 310 tallentaa mittaustuloksia muistiin 314 mittausyksikön sisäisen väylän 10 312 välityksellä. Tämä toistuvasti ohjelmoitava muisti 314 on kapasiteetiltaan esim.The measurement signal from the Wheatstone bridge is amplified by an instrumentation amplifier 304, the output signal of which is further filtered by a low-pass filter 306. The measurement frequency band 5 is e.g. 0-150 Hz, and the frequency band is most preferably programmatically selectable. The amplified and filtered analog signal is converted to digital by an analog-to-digital (A / D) converter 308, from which digital samples are directed to microprocessor 310. The A / D converter 308 may also be included in processor 310. Processor 310 stores measurement results in memory 314 . This re-programmable memory 314 has a capacity e.g.

4kB + 32 kB. Muistiin voidaan tallentaa esim. tosiaikainen mittaussignaali viimeisen 10 s ajalta. Lisäksi muistiin voidaan tallentaa laskentaparametrit. Väylään 312 liittyvä tietoliikenneliityntä 316 on edelleen yhteydessä järjestelmän väylään 21, joka välittää tietoja keskusyksikön ja mittausyksikköjen välillä. Mittaustietojen siirto 15 mittausyksikön muistista 314 keskusyksikköön tapahtuu keskusyksiköstä saatavien käskyjen sekä mittausyksikköön tallennetun ohjelman perusteella. Mittausyksikkö voi keskusyksikön pyynnöstä esim. siirtää 10 s mittaisen näytehistorian keskuslaitteelle.4kB + 32kB. For example, a real-time measurement signal from the last 10 s can be stored in the memory. In addition, calculation parameters can be stored in the memory. Communication interface 316 associated with bus 312 is further connected to system bus 21 which transmits information between the central unit and the measurement units. The transfer of the measurement data from the memory of the 15 measurement units to the central processing unit 314 takes place on the basis of the instructions received from the central unit and the program stored in the measurement unit. At the request of the central unit, the measuring unit may, for example, transfer 10 h of sample history to the central unit.

Mittausyksikkö lähettää keskuslaitteelle mittauksen näytesignaalia näytetaajuudella, 20 joka on edullisesti D/A-muuntimen näytteenottotaajuutta alhaisempi. Mittausyksik-kö on myös konfiguroitavissa tietoliikenneväylän kautta. Siten voidaan esim. valita, mitä mittausyksikköön ohjelmoituja analyysimenetelmiä suoritetaan. Mittausyksikkö : voi myös lähettää määrätyin aikavälein konfigurointiasetuksensa keskuslaitteelle .*·. tarkistusta varten. Samoin mittauksen offset voidaan kalibroida ja datan näytteen- ,···. 25 ottotaajuus voidaan asettaa keskusyksikön ohjaamana. Mittausyksikkö myös edulli- sesti valvoo omaa toimintaansa. Esim. signaalianalyysiohjelmien kiertoa voidaan valvoa prosessorin laskentakapasiteetin ylikuormituksen estämiseksi.The measurement unit transmits to the control unit a measurement sample signal at a sample rate 20 which is preferably lower than the sampling rate of the D / A converter. The unit of measurement can also be configured via a communication bus. Thus, it is possible, for example, to select which analysis methods programmed in the measuring unit are performed. Unit: can also send its configuration settings to the central unit at specified intervals. for review. Similarly, the measurement offset can be calibrated and the data sample, ···. The input frequency can be set under the control of the central unit. The unit of measurement also preferably monitors its own operations. For example, the rotation of signal analysis programs can be monitored to prevent overloading the computing capacity of the processor.

Prosessori 310 käsittää edullisesti sisäisen, pysyvän ohjelmamuistin, joka voi olla kapasiteetiltaan esim. 128 kB. Tähän ohjelmamuistiin tallennetaan mittausyksikön »· · 30 toimintoihin sekä keskusyksikön ja mittausyksikön väliseen tiedonsiirtoon liittyvät ohjelmat. Ohjelmamuistiin tallennetaan myös tarvittavat signaalin analysointialgo-•; · ’ ritmit, jotka ovat esim. seuraavat: . : ’: - signaalin keskiarvon laskenta, : · · · - signaalin tehollisarvon laskenta, 35 - huippuarvon ilmaisut: positiivinen huippuarvo, negatiivinen huippuarvo ja mak simi huipusta huippuun -arvo, 6 114040 - nollan ylityksien laskenta ja keskimääräinen nollan ylityksien taajuus, - Rainflow-luokitus ja - signaalin taajuusaluespektrin laskenta Fast Fourier Transform (FFT) -menetelmällä.The processor 310 preferably comprises an internal, persistent program memory, which may have a capacity of e.g. 128 kB. This program memory stores programs related to the »· · 30 functions of the measuring unit and the data transmission between the central unit and the measuring unit. The necessary signal analyzing algorithm is also stored in program memory; · 'Rhythms, such as:. : ': - Calculation of signal mean,: · · · - Calculation of signal effective value, 35 - Peak expressions: Positive peak, Negative peak and peak to peak value, 6 114040 - Calculation of zero crossings and average frequency of zero crossings, classification and - Calculation of the frequency domain spectrum of the signal by the Fast Fourier Transform (FFT) method.

5 Näitä mittausyksikön prosessoriin ohjelmoituja analyysimenetelmiä mittausyksikkö suorittaa edullisimmin reaaliajassa.Preferably, these methods of analysis programmed into the processor of the measuring unit are performed by the measuring unit in real time.

Edellä mainittujen lohkojen lisäksi mittausyksikkö voi käsittää piirit käyttöjännitteiden muodostamiseksi väylältä saatavasta syöttöjännitteestä (ei esitetty kuvassa 3).In addition to the aforementioned blocks, the measurement unit may comprise circuits for generating operating voltages from the bus supply voltage (not shown in Figure 3).

Kuva 4 esittää vuokaaviota eräästä keksinnön mukaisesta menettelystä 400 tietojen 10 siirtämiseksi mittausyksikön ja keskusyksikön välillä. Ensiksi mittausyksikössä tarkastetaan, onko keskusyksiköstä vastaanotettu viesti, vaihe 402. Jos viesti on vastaanotettu, se tulkitaan, 404. Tämän jälkeen tarkastetaan, onko mittausyksikkö vastaanottanut uudet konfigurointitiedot, vaihe 406. Jos uudet konfigurointitiedot on vastaanotettu, mittausyksikön konfiguraatio asetetaan uusien tietojen mukaiseksi, 15 408. Seuraavaksi tarkastetaan, onko mittausyksikkö vastaanottanut käskyn lähettää voimassa olevat konfigurointitiedot keskusyksikölle, 410. Käsky voi olla esim. keskusyksikön mittausyksikölle osoittamassa viestissä tätä tarkoittava bitti/bittijono. Käsky voi tulla myös anturin ajastimelta. Jos ko. käsky on vastaanotettu, konfigurointitiedot lähetetään keskusyksikölle, 412.Fig. 4 is a flow chart of one method 400 for transmitting data 10 between a measuring unit and a central processing unit according to the invention. First, the measurement unit checks if the message received from the central unit, step 402. If the message has been received, it interprets, 404. Then, the measurement unit receives the new configuration information, step 406. If the new configuration information is received, the measurement unit configuration is set to the new information. Next, it is checked whether the measurement unit has received an instruction to send valid configuration information to the central unit, 410. The instruction may be, for example, a bit / bit string for this purpose in a message addressed to the central processing unit. The command may also come from the sensor timer. If. an instruction is received, configuration information is sent to the central processing unit, 412.

t t :t " 20 Tämän jälkeen tarkastetaan, onko mittausyksikköön vastaanotettu käsky lähettää * * · ·* ' matemaattisesti laskettu mittausdata keskusyksikölle, vaihe 414. Jos ko. käsky on .! : vastaanotettu, mittausdata lähetetään keskusyksikölle, 416. Seuraavaksi tarkastetaan, • n :...' onko mittausyksikköön vastaanotettu käsky lähettää signaalihistoria keskusyksikölle, ]: 418. Jos ko. käsky on vastaanotettu, signaalihistoria lähetetään keskusyksikölle, 420.tt: t "20 Next, it is checked whether the instruction received by the measuring unit sends * * · · * 'the mathematically calculated measurement data to the central processing unit, step 414. If said instruction is!!: received, the measuring data is transmitted to the central processing unit, 416. ... 'whether the instruction received by the measuring unit sends a signal history to the central processing unit,]: 418. If the said instruction is received, the signal history is transmitted to the central processing unit, 420.

25 Tämän jälkeen tarkastetaan, onko mittausyksikköön vastaanotettu käsky lähettää25 Next, it is checked whether the command received by the measuring unit transmits

• t I• t I

Rainflow-luokitus keskusyksikölle, 422. Jos ko. käsky on vastaanotettu, Rainflow-, * · ·. luokitus lähetetään keskusyksikölle, 424. Seuraavaksi tarkastetaan, onko mittausyk- sikköön vastaanotettu käsky lähettää FFT-tulokset keskusyksikölle, 426. Jos ko. T käsky on vastaanotettu, FFT-tulokset lähetetään keskusyksikölle, 428. Lopuksi tar- .* 30 kastetaan, onko mittausyksikön signaalinäytebufferissa dataa, vaihe 430. Jos buf- '"· ferissa on dataa, data lähetetään keskusyksikölle, 432. Tällöin siirto tapahtuu edulli- : sesti näytteenottotaajuutta alemmalla näytetaajuudella. Näiden vaiheiden jälkeen ’ ’ ’ _ palataan vaiheeseen 402, ja em. vaiheita toistetaan, jolloin keskusyksikön kulloinkin • » tarvitsemat mittaustiedot tulevat lähetetyiksi keskusyksikölle keskusyksikön käsky- 7 114040 jen mukaisesti. On huomattava, että edellä mainitut käskyt voivat siis tulla paitsi keskusyksiköltä, myös mittausyksikön ajastimelta.Rainflow Rating for Central Unit, 422. If command received, Rainflow, * · ·. the classification is sent to the central processing unit, 424. Next, it is checked whether the instruction received at the measuring unit transmits the FFT results to the central processing unit, 426. If so, the command sent to the central processing unit, The T command is received, the FFT results are sent to the CPU, 428. Finally, the * 30 is dipped to see if there is data in the signal sample buffer of the measurement unit, step 430. If there is data in the BUF, After these steps, '' '_ returns to step 402, and the above steps are repeated, whereupon the measurement data required by the central unit are transmitted to the central unit in accordance with the instructions of the central unit 7114040. It is to be noted that come not only from the central unit, but also from the timer of the measuring unit.

Kuvat 5a ja 5b esittävät erästä keksinnön mukaista mittausanturia 50, joka soveltuu käytettäväksi mm. keksinnön mukaisessa mittausyksikössä. Kuva 5a esittää mittaus-5 anturia päältä ja kuva 5b esittää mittausanturia sivulta. Mittausanturi käsittää anturi-yhteen 502, jonka päissä on jäykät osat 504 ja 508, ja keskellä joustava osa 506. Jäykät ja joustava osa on erotettu kuvassa katkoviivalla. Anturiyhteen jäykässä osassa on reiät 520 ja 522 anturin kiinnittämiseksi mitattavaan rakennemateriaaliin tai rakennemateriaalissa oleviin kiinnitysosiin.Figures 5a and 5b show a measuring sensor 50 according to the invention which is suitable for use e.g. in a measuring unit according to the invention. Figure 5a is a top view of a measuring 5 sensor and Figure 5b is a side view of a measuring sensor. The measuring transducer comprises a sensor assembly 502 having rigid portions 504 and 508 at its ends and a resilient portion 506 in the center. The rigid and resilient portion is separated by a dotted line in the figure. The rigid portion of the sensor connector has holes 520 and 522 for attaching the sensor to the structural material to be measured or to the mounting parts in the structural material.

10 Anturiyhteen joustavassa osassa 506 on kaksi avausta 510 ja 512, jotka ovat muodoltaan H-kirjaimen muotoisia eli muodostavat ns. kaksois-H-avauksen. Avauksen avulla joustava osa on saatu jäykkää osaa joustavammaksi. Kahden H-muotoisen avauksen väliin on kiinnitetty ensimmäinen venymäliuska-anturi 530, josta esim. Wheatstone-siltaan kytkettynä saadaan joustavan osan muodonmuutokseen verran-15 nollinen signaali. Lisäksi toisen H-avauksen sisään on kiinnitetty toinen venymäliuska-anturi, jonka kiinnitysalustassa ei tapahdu muodonmuutosta. Tämän toisen venymäliuska-anturin tarkoituksena on toimia Wheatstone-sillan referenssivastuk-sena ja kompensoida anturin lämpötilamuutoksista aiheutuvia resistanssimuutoksia ensimmäisessä venymäliuska-anturissa.The flexible portion 506 of the sensor assembly has two openings 510 and 512 which are H-shaped, i.e., so-called. double-H opening. The opening makes the flexible part more flexible than the rigid part. Between the two H-shaped openings is attached a first strain gauge sensor 530, which, for example, when coupled to a Wheatstone bridge, produces a signal equal to 15 deformation of the elastic member. In addition, a second strain gauge sensor is attached to the second H-aperture without deformation in the mounting base. The purpose of this second strain gauge sensor is to act as a reference resistor for the Wheatstone bridge and to compensate for changes in resistance due to temperature changes in the first strain gauge sensor.

20 Anturiyhteen materiaalin elastinen alue (eli kimmoraja σΕ) valitaan edullisesti suuremmaksi kuin rakennemateriaalin, jotta rakennemateriaalin mitattavat muodonmuu-: tokset eivät aiheuttaisi pysyviä muutoksia anturiyhteen joustavassa alueessa. Lisäksi | : anturiyhteen materiaali on valittu niin, että se kestää väsymättä vaihtokuormaa, ku ten rakennemateriaali. Anturiyhteen kaksois-H-muodon sakarat ovat suorakaide-'25 poikkipintoja, joiden pituus ei ylitä nurjahduspituutta puristuskuormituksessa puris-···. tuskuormituksen vastatessa rakennemateriaalin deformoitumista koko sen elastisella alueella (σΕ).Preferably, the elastic region (i.e., the elastic limit σΕ) of the material of the sensor joint is selected larger than that of the structural material so that measurable deformations of the structural material do not cause permanent changes in the flexible region of the sensor joint. In addition, : The material of the sensor joint is chosen so that it withstands the load of replacement, like structural material. The twin H-shaped probes on the sensor assembly are rectangular '25 cross-sections whose length does not exceed the buckling length under compressive load. stress load corresponding to the deformation of the structural material over its entire elastic region (σΕ).

:: Anturin pulttikiinnitys tapahtuu edullisesti rakennemateriaaliin hitsattuihin asennus- paloihin, jolloin mittausanturi on vaihdettavissa ja kalibroitavissa. Mitta-anturi on-30 kin asennettavissa normaalina tarkkuusasennustyönä. Voimansiirto rakennemateri- » · aalista tapahtuu kitkaliitoksella, jossa anturiyhteen kiinnityspinnat on karhennettu * · koboltti-karbidipinnoitteella 544 ja 548. Pinnoitteen karbidikiteet tunkeutuvat ra-: kennemateriaaliin hitsattujen kiinnityselementtien vastinpintoihin estäen luistami- * ” " sen.:: The bolt mounting of the sensor is advantageously carried out on mounting pieces welded to the construction material, whereby the measuring sensor can be replaced and calibrated. The gauge sensor can also be installed as a standard precision installation job. The transmission from the structural material is made by a frictional joint in which the attachment surfaces of the sensor joint are roughened * · by the cobalt-carbide coating 544 and 548. The carbide crystals of the coating penetrate into the mating surfaces of the fastening elements welded to the structural material.

8 1140408 114040

Kun mittausyksikkö käsittää keksinnön mukaisen anturin ja keksinnön mukaisen signaalinkäsittelyelektroniikan, voidaan yksikkö koteloida edullisesti siten, että kotelon pohjaosa käsittää mittausanturin ja kotelon kansiosa käsittää signaalinkäsittely-elektroniikan. Lisäksi on edullista käyttää sellaista pohjaosan ja kansiosan liitosta-5 paa, että yksikkö saadaan vedenpitäväksi. Mittausyksikössä käytetään edullisesti kiinteää kaapelia, joka voidaan jatkaa tarkoitukseen sopivassa liitosrasiassa.When the measuring unit comprises a sensor according to the invention and the signal processing electronics according to the invention, the unit can be preferably encapsulated so that the bottom part of the housing comprises a measuring sensor and the cover part of the housing comprises signal processing electronics. Further, it is advantageous to use such a joint-5 of the base part and the cover part that the unit is made waterproof. Preferably, the measuring unit uses a solid cable that can be extended in a suitable junction box.

Toinen mahdollisuus on koteloida mittausanturi ja signaalinkäsittelyelektroniikka erillisiin koteloihin. Tällainen ratkaisu saattaa olla edullinen silloin, kun anturiosa on sijoitettava paikkaan, jossa on räjähdysvaarallinen asennusolosuhde. Tällaisia 10 paikkoja ovat esim. erilaisten säiliöiden sisäpinnat. Tällöin mittauselektroniikka on edullista sijoittaa esim. säiliön ulkopuolelle.Another possibility is to encase the measurement sensor and signal processing electronics into separate enclosures. Such a solution may be advantageous when the sensor part has to be located in a place with an explosive installation condition. Such locations include, for example, the inside surfaces of various containers. In this case, it is advantageous to place the measuring electronics outside the container, for example.

Edellä on esitetty eräitä keksinnön mukaisen ratkaisun suoritusmuotoja. Keksinnön mukaista periaatetta voidaan luonnollisesti muunnella patenttivaatimusten määrittelemän suoja-alueen puitteissa esim. toteutuksen yksityiskohtien sekä käyttöalueiden 15 osalta.Some embodiments of the solution according to the invention have been described above. Naturally, the principle of the invention can be modified within the scope of the claims, e.g.

Erityisesti on huomattava, että keksintöä voidaan soveltaa laivan rungon kuormi-tusmittauksen lisäksi mitä moninaisimpiin rakenteisiin. Lisäksi on huomattava, että keksinnön mukaisia mittausanturia, mittausyksikköä ja mittausmenetelmää/järjes-telmää voidaan soveltaa myös toisistaan riippumattomasti.In particular, it should be noted that the invention can be applied to a wide variety of structures in addition to measuring the hull load. It should also be noted that the measuring sensor, measuring unit and measuring method / system according to the invention can also be applied independently of one another.

• « • · t I · • I · • · · • · · * · · • « » t · t * · · » » ♦ · • ·• «• · t I · • I · • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Claims (6)

1. System för att mätä belastningar av fartygskonstruktioner, vilket system inne-10 fattar en centralenhet (20), ätminstone en mätenhet (30, 32, 34) och en mätgivare för att omvandla fartygskonstruktionernas formändringar tili en elektronisk signal, kännetecknat av att systemet dessutom innefattar ett självkonfigurerande datanät (21), att nämnda mätgivare (302, 50) är kapslad tillsammans med signalbearbet-ningselektronik i nämnda mätenhet (30, 32, 34) och att nämnda mätenhet dessutom 15 innefattar organ (308) för att omvandla nämnda signal i digital form, organ (310) för att matematiskt bearbeta den digitala signalen, organ (316, 21) för att sända bearbetningsresultaten tili centralenheten, organ för att ansluta mätenheten tili nämnda självkonfigurerande datanät, 20 och nämnda centralenhet innefattar organ för att motta och samla bearbetningsresultat som sänts frän ätminstone en mätenhet.A system for measuring shipbuilding loads, comprising a central unit (20), at least one measuring unit (30, 32, 34) and a measuring transducer for converting the ship's shape changes into an electronic signal, characterized in that the system additionally comprises a self-configuring data network (21), said measuring sensor (302, 50) being encapsulated together with signal processing electronics in said measuring unit (30, 32, 34) and said measuring unit further comprising means (308) for converting said signal into digital form, means (310) for mathematically processing the digital signal, means (316, 21) for transmitting the processing results to the central unit, means for connecting the measuring unit to said self-configuring data network, and said central unit comprising means for receiving and collecting processing results sent from at least one unit of measurement. 2. System enligt patentkrav 1, kännetecknat av att systemet innefattar organ för •: · 25 att styra funktionerna av ätminstone en mätenhet frän centralenheten.System according to claim 1, characterized in that the system comprises means for controlling the functions of at least one unit of measurement from the central unit. 3. System enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att dataöverföringen mel-lan centralenheten (20) och mätenheterna (30, 32, 34) sker med hjälp av nämnda självkonfigurerande datanät (21), tili vilket har anslutits ätminstone tvä mätenheter 30 och tili mätenheterna ansluts logiskt en kod som specifierar mätenheten, vilken kod överförs mellan mätenheten och centralenheten för att identifiera data som sänts tili I * en specifik mätenhet och data som sänts frän en specifik mätenhet.System according to claim 1 or 2, characterized in that the data transmission between the central unit (20) and the measuring units (30, 32, 34) takes place by means of said self-configuring data network (21), to which has been connected at least two measuring units 30 and to the measurement units logically connect a code specifying the measurement unit, which code is transmitted between the measurement unit and the central unit to identify data transmitted to a specific measurement unit and data transmitted from a specific measuring unit. » . 4. System enligt nägot av patentkraven 1-3, kännetecknat av att nämnda ätmin- 35 stone ena mätenhet är löstagbart fäst vid konstruktionsmaterialet som skall mätäs.». System according to any one of claims 1-3, characterized in that said eating unit has one measuring unit which is removably attached to the structural material to be measured. : 5. Mätenhet (30) för att mätä belastningar av fartygskonstruktioner, känneteck- •. · nad av att mätgivaren (302, 50) för att omvandla konstruktionens formförändringar 114040 till en elektronisk signal är kapslad tillsammans med signalbearbetningselektronik i nämnda mätenhet och att nämnda mätenhet innefattar organ (308) för att omvandla nämnda signal i digital form, organ (310) för att matematiskt bearbeta en digital signal, 5. organ (316) för att sända bearbetningsresultaten till centralenheten, och organ för att fästa mätenheten vid det självkonfigurerande datanätet.: 5. Measurement unit (30) for measuring loadings of vessel structures, characteristics •. The sensor (302, 50) for converting the structural shape changes 114040 to an electronic signal is encapsulated together with signal processing electronics in said measuring unit and said measuring unit comprises means (308) for converting said signal into digital form, means (310) for mathematically processing a digital signal, means (316) for transmitting the processing results to the central unit, and means for attaching the measuring unit to the self-configuring data network. 6. Mätenhet enligt patentkrav 5, kännetecknad av att den innefattar organ (520, 522) för att löstagbart fästas vid materialkonstruktionen som skall mätäs. » » . . · I * k ·Measurement unit according to claim 5, characterized in that it comprises means (520, 522) for being removably attached to the material structure to be measured. »». . · I * k ·
FI20000597A 2000-03-15 2000-03-15 Load measuring system for ship hull, converts structural deformation into electric signal, which is converted into digital signal and processed and processed result is transmitted to central processing unit by bus FI114040B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20000597A FI114040B (en) 2000-03-15 2000-03-15 Load measuring system for ship hull, converts structural deformation into electric signal, which is converted into digital signal and processed and processed result is transmitted to central processing unit by bus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20000597 2000-03-15
FI20000597A FI114040B (en) 2000-03-15 2000-03-15 Load measuring system for ship hull, converts structural deformation into electric signal, which is converted into digital signal and processed and processed result is transmitted to central processing unit by bus

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20000597A0 FI20000597A0 (en) 2000-03-15
FI20000597A FI20000597A (en) 2000-12-03
FI114040B true FI114040B (en) 2004-07-30

Family

ID=8557932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20000597A FI114040B (en) 2000-03-15 2000-03-15 Load measuring system for ship hull, converts structural deformation into electric signal, which is converted into digital signal and processed and processed result is transmitted to central processing unit by bus

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI114040B (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006117431A1 (en) * 2005-05-03 2006-11-09 R. Rouvari Oy A system for ice load monitoring

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006117431A1 (en) * 2005-05-03 2006-11-09 R. Rouvari Oy A system for ice load monitoring

Also Published As

Publication number Publication date
FI20000597A0 (en) 2000-03-15
FI20000597A (en) 2000-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI107193B (en) Measuring probe
US6928881B2 (en) Method and apparatus for monitoring structural fatigue and use
US5614680A (en) Apparatus for monitoring the fatigue strength of structures
DE69915672D1 (en) METHOD AND DEVICE FOR TORQUE MEASUREMENT
JP2024111783A (en) Ultra-thin force sensor, monitoring system, monitoring method and application
Grimmelsman et al. Experimental evaluation of low-cost accelerometers for dynamic characterization of bridges
FI114040B (en) Load measuring system for ship hull, converts structural deformation into electric signal, which is converted into digital signal and processed and processed result is transmitted to central processing unit by bus
KR19990064682A (en) An Apparatus for Measuring the Cable Tension Using the Dynamic Characteristics of Cable
CN1458506A (en) Measuring method ad device for sea wave load
KR100343279B1 (en) A Measuring Method of Cable Tension Using the Dynamic Characteristics of Cable
WO2021152306A1 (en) Apparatus and method for the detection of properties of a pipe
CN208282919U (en) A kind of container bare weight case testing agency being installed on lifting spreader
CN116105898B (en) Bridge steel bar stress monitoring system and method based on spontaneous magnetic leakage time domain signals
WO2020044626A1 (en) Structure inspection system and structure inspection method
KR100260324B1 (en) Method for evaluating beam displacement under moving load by double integration of acceleration
Radoi et al. Static and Dynamic Structural Health Monitoring System for Bridges
KR100245299B1 (en) The method of predicting the location of damaged portion of structure
Kvedaras et al. Strain measurements and monitoring of constructions
CN118089893B (en) Zero drift early warning monitoring method and device for coriolis force flowmeter
CN220187629U (en) Strain sensor for structural health monitoring
US6360617B1 (en) Load cell device for aircraft waste measurement
CN112461427A (en) Steel strand stay cable force detection device
Kvedaras et al. Methods of strain measurements in construction monitoring systems
CN115128128A (en) Embedded concrete reinforcement corrosion monitoring sensor, monitoring system and method
JPH04169836A (en) Method for estimating occurring time of fatigue damage