JP5809477B2 - 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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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 (14)
- 円筒形状を有する海洋ライザパイプ区間(31)であって、前記円筒形状は、軸(A)を有し、カーボンエポキシ基材(37)の内層および外層を備える、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)を外接して囲み、上端および下端を有するポリフッ化ビニリデン積層シートを備えるセンサ(38)であって、
前記上端および下端のぞれぞれは、前記軸に垂直な面にあり、
前記シートは、導電性被覆を有する内側および外側を有して、前記内側の電極と前記外側の電極を画成し、
前記センサ(38)は、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、
前記センサ(38)は、前記内層を取り囲み、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)の前記内層と前記外層との間に埋め込まれる、
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%より大きな前記内層と前記外層の間の軸方向の寸法を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記センサ(38)は第1のセンサであり、
前記装置は、前記海洋ライザパイプ区間(31)の長さに沿って、互いに軸方向に離れて配置された前記1つまたは複数の第2のセンサ(38)をさらに備える、
請求項1または2に記載の装置。 - 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、
前記導電性被覆は、銀インクを含む、
請求項1から3のいずれかに記載の装置。 - 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)を有する円筒形状であって、カーボンエポキシ基材(37)の内層および外層を備える、円筒形状と、
前記海洋ライザパイプ区間(31)を外接して囲むポリフッ化ビニリデン材料の円筒積層シートセンサ(38)であって、
前記シートは、導電性被覆を有する内側および外側を有して、内側の電極と外側の電極を画成し、
前記シートは、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、前記電極(36)に電気を発生するように構成され、
前記シートは、前記内層を囲み、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)の前記内層と前記外層との間に埋め込まれる、
円筒積層シートセンサ(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、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、採掘船上に位置するように適合されている、
請求項5に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、請求項5または6に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、
前記センサシートの電極(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、
前記センサシートの電極(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5から7のいずれかに記載の構造ヘルスモニタリングシステム(25)。 - 前記シートの厚さが約50ミクロンから約250ミクロンの間であり、
前記導電性被覆は、銀インクを含む、
請求項5から8のいずれかに記載の装置。 - 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)であって、
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)の内層および外層を備える、
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つ円筒シートを設けるステップ(62)であって、
前記少なくとも1つのセンサシートは、ポリフッ化ビニリデン積層体(35)を備え、導電性被覆を有する内側および外側を有して、内側の電極と外側の電極を画成し、
前記少なくとも1つのセンサは、前記内層を取り囲み、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)の前記内層と前記外層との間に埋め込まれる、
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つのセンサシートの電極(36)に電気を発生するステップ(63)と、
前記少なくとも1つのセンサシートの電極(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、複合ライザ(31)内の亀裂を検出する方法(60) - 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10に記載の方法(60)。
- 前記少なくとも1つのセンサシートは、上端および下端を有し、前記上端および下端のぞれぞれは前記軸に垂直な面にあり、
前記少なくとも1つのセンサシートの上端から下端までの軸方向長さは、前記海洋ライザパイプ区間(31)の長さ(L2)の75%より大きい、
請求項10または11に記載の方法(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)を使用するステップを含む、請求項10から12のいずれかに記載の方法(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、請求項10から13のいずれかに記載の方法(60)。
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