JP2012047736A - 圧電気を用いた構造ヘルスモニタリング用の海洋複合ライザ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】各ライザパイプ区間31が、軸Aを有する円筒形状と、またカーボンエポキシ基材37とを含む。センサ38は、ライザパイプ区間に関連付けられ、ライザパイプ区間を実質的に外接して囲む。センサは、ポリフッ化ビニリデン積層体35と、電極36とを含み、振動を含むライザ区間の機械的応力および歪みに応答して電極に電気を発生する。システムはまた、データ収集システムと、センサの電極に発生した電気に応答した信号を分析し、海洋ライザパイプ列のためのヘルスモニタリングおよび損傷検出を行うデジタル信号アナライザとを含むことができる。システムはさらに、水面下エネルギー蓄積デバイスと、水面下エネルギー蓄積デバイスに結合された複数の水面下微小電気機械デバイスとを含むことができる。
【選択図】図4A
Description
S=SE・T+d・E (2)
応力対電荷の形でのPVDF構成関係は、(3)および(4)によって与えられる。
D=e・S+ε・E (4)
ここでTは応力成分、Sは歪み成分、Eは電界成分である。電気変位Dまたは歪みSを測定するためには、電界強度Eと応力Tの両方を指定する必要がある。PVDFに対するいずれの物理量を定義するときも、機械的および電気的境界条件を指定しなければならない。圧電材料の機械的挙動と電気的挙動の間の関係は、それらの圧電係数によって表される。
22 水面
23 水面下
24 陸上の場所
25 構造ヘルスモニタリングシステム
26 海底
27 衛星
28 送信器/受信器
30 海洋ライザパイプ列
31 海洋ライザパイプ区間
32 機械的コネクタ
34 海中機器
35 ポリフッ化ビニリデン積層体
36 電極
37 カーボンエポキシ基材
38 センサ
40 水面下エネルギー蓄積デバイス
42 水面下微小電気機械デバイス
45 伝送線路
60 方法
70 デジタル信号プロセッサ、デジタル信号アナライザ
71 ディスプレイ
72 入力/出力デバイス
73 プロセッサ
74 メモリ
75 コンピュータプログラム製品
78 データベース
79 データ収集システム
Claims (15)
- 軸(A)を有する円筒形状を備え、カーボンエポキシ基材(37)をさらに備える海洋ライザパイプ区間(31)と、
前記海洋ライザパイプ区間(31)に関連付けられ、前記海洋ライザパイプ区間(31)を実質的に外接して囲むセンサ(38)であって、ポリフッ化ビニリデン積層体(35)および電極(36)を備え、前記海洋ライザパイプ区間(31)の機械的応力および歪みに応答して、センサ(38)の前記電極(36)に電気を発生するように構成された、センサ(38)と
を備えることを特徴とする装置。 - 前記センサ(38)が、前記海洋ライザパイプ(31)の前記カーボンエポキシ基材(35)の層の間に埋め込まれる、請求項1記載の装置。
- 前記センサ(38)が、前記海洋ライザパイプ区間(31)の長さ(L2)の75%より大きな長さ(L3)に対して前記海洋ライザパイプ区間(31)の前記軸(A)に沿って延在する、請求項1記載の装置。
- 前記センサ(38)は第1のセンサであり、前記装置は1つまたは複数の第2のセンサ(38)をさらに備え、前記第1のセンサ、および1つまたは複数の第2のセンサ(38)は、前記海洋ライザパイプ区間(31)の前記軸に沿ってほぼ均等の間隔で配置される、請求項1記載の装置。
- 前記ポリフッ化ビニリデン積層体(35)の厚さは、約50ミクロンから約250ミクロンの間であり、前記海洋ライザパイプ区間(31)は、一体化したコネクタ(32)をさらに備えることを特徴とする、請求項1記載の装置。
- ライザ列(30)のための構造ヘルスモニタリングシステム(25)であって、
複数のライザパイプ区間(31)を備える海洋ライザパイプ列(30)であり、前記複数のライザパイプ区間(31)のそれぞれが、
軸(A)を有する円筒形状と、
カーボンエポキシ基材(35)と、
センサ(38)であって、電極(36)と、前記ライザパイプ区間(31)を実質的に外接して囲むポリフッ化ビニリデン積層体(35)とを備え、前記ライザパイプ区間(31)の機械的応力および歪みに応答して前記電極(36)に電気を発生するように構成された、センサ(38)と
を備える海洋ライザパイプ列(30)と、
前記複数のライザパイプ区間(31)用のセンサ(38)の電極(36)に発生した電気に応答した電気信号を分析し、前記海洋ライザパイプ列(30)のためのヘルスモニタリングを行うためのデジタル信号アナライザ(70)と
を備えることを特徴とするシステム(25)。 - 前記海洋ライザパイプ列(30)のためのヘルスモニタリングが損傷検出を含み、損傷検出が衝撃損傷および疲労亀裂発生を含み、前記ポリフッ化ビニリデン積層体(35)の厚さが約50ミクロンから約250ミクロンの間であり、前記電極(36)が導電性銀インク被覆を含み、前記海洋ライザパイプ列(30)の全長(L1)が1000フィートより大きい、請求項6記載の構造ヘルスモニタリングシステム(25)。
- データ収集システム(79)をさらに備え、前記デジタル信号アナライザ(70)が水面(22)に配置されることを特徴とする、請求項6記載の構造ヘルスモニタリングシステム(25)。
- 発生した電気からのエネルギーを蓄積するための水面下(23)エネルギー蓄積デバイス(40)と、
前記水面下(23)エネルギー蓄積デバイス(40)に結合された複数の水面下(23)微小電気機械デバイス(42)と
をさらに備えることを特徴とする、請求項6記載の構造ヘルスモニタリングシステム(25)。 - 前記デジタル信号アナライザ(70)が、
電気信号を分析するように配置されたプロセッサ(73)と、
前記複数のライザパイプ区間(31)用のセンサ(38)の電極(36)に発生した電気に応答した電気信号を受け取るための入力/出力デバイス(72)と、
コンピュータプログラム製品(75)がその中に記憶されたメモリ(74)であって、有形で永続的なコンピュータメモリ媒体(74)上に記憶され、プロセッサ(73)上で動作可能であり、前記コンピュータプログラム製品が、前記プロセッサ(73)によって実行されたときに、
前記複数のライザパイプ区間(31)用のセンサ(38)の電極(36)に発生した電気に応答した電気信号を、前記入力/出力デバイス(72)によって受け取る(76)動作と、
損傷検出を含む、前記海洋ライザパイプ列(30)のためのヘルスモニタリングを行うために、前記プロセッサ(73)によって前記電気信号を分析する(77)動作と
を行うことによって、前記海洋ライザパイプ列(30)のためのヘルスモニタリングを、前記デジタル信号アナライザ(70)に行わせる1組の命令(75)を備える、メモリ(74)と
をさらに備えることを特徴とする、請求項6記載の構造ヘルスモニタリングシステム(25)。 - 複合ライザ(31)内の亀裂を検出する方法(60)であって、
複数のライザパイプ区間(31)を使用して海洋ライザパイプ列(30)を組み立てるステップ(61)であり、前記複数のライザパイプ区間(31)のそれぞれが軸(A)を有する円筒形状を備え、前記複数のライザパイプ区間の少なくとも1つのライザパイプ区間(31)がカーボンエポキシ基材(37)を備える、ステップと、
前記少なくとも1つのライザパイプ区間(31)に少なくとも1つのセンサ(38)を設けるステップ(62)であり、前記少なくとも1つのセンサ(38)が前記少なくとも1つのライザパイプ区間(31)を実質的に外接して囲み、前記少なくとも1つのセンサ(38)がポリフッ化ビニリデン積層体(35)および電極(36)を備える、ステップと、
前記少なくとも1つのライザパイプ区間(31)の機械的応力および歪みに応答して、前記少なくとも1つのセンサ(38)の電極(36)に電気を発生するステップ(63)と、
前記少なくとも1つのセンサ(38)の電極(36)に発生した電気に応答した電気信号を分析するステップ(67)であり、それによって前記少なくとも1つのライザパイプ区間(31)内の亀裂を検出する、ステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 前記ポリフッ化ビニリデン積層体(35)の厚さが約50ミクロンから約250ミクロンの間である、請求項11記載の方法(60)。
- 前記少なくとも1つのセンサ(38)が、前記ライザパイプ区間(31)のカーボンエポキシ基材(37)の層の間に埋め込まれ、前記少なくとも1つのセンサ(38)が前記ライザパイプ区間(31)の長さ(L2)の75%より大きな長さ(L3)に対して前記ライザパイプ区間(31)の軸(A)に沿って延在し、前記電極(36)が導電性銀インク被覆を含み、前記組み立てられた海洋ライザパイプ列(30)の全長(L1)が1000フィートより大きく、前記海洋ライザパイプ区間(31)の機械的応力および歪みが振動による応力および歪みを含む、請求項11記載の方法(60)。
- 電気信号を分析する前記ステップ(67)が、データ収集システム(79)およびデジタル信号アナライザ(70)を含む、請求項11記載の方法(60)。
- 前記発生した電気からのエネルギーを、水面下(23)エネルギー蓄積デバイス(40)に蓄積するステップ(64)と、
前記水面下(23)エネルギー蓄積デバイス(40)から水面下(23)微小電気機械デバイス(42)に電気を供給するステップ(65)と
をさらに含むことを特徴とする、請求項11記載の方法(60)。
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