TW201610461A - 海洋結構物振動探測系統 - Google Patents
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Abstract
本發明公開了一種海洋結構物振動探測系統，其包括依序連接的作業現場組件、工作室組件、總控制室組件，作業現場組件包括依序連接的感測器、發射盒、路由器、終端，工作室組件包括相互連接的基站主機和基站，總控制室組件包括衛星、網路服務節點、總控主機、移動設備、資料庫，衛星、總控主機、移動設備、資料庫都與網路服務節點連接。本發明實現在輸入未知的環境激勵下的三維空間複雜振型的長時間連續精確同步遙測，測量結果可以用於模態參數識別，從而對海上平臺結構進行安全性評估甚至結構損傷定位。
Description
本發明涉及一種檢測系統，特別是涉及一種海洋結構物振動探測系統。
海洋平臺結構的振動檢測技術發展迅速，其中模態參數識別方法已將近幾十種，與之密切相關的配套裝置研究成為各個國家各個研究中心的熱點領域。近年來，感測器技術、電子資訊技術、資料傳輸技術以及信號處理技術等發展迅速，為研製開發具有自主智慧的平臺結構振動檢測儀系統提供了可能。
本發明所要解決的技術問題是提供一種海洋結構物振動探測系統，其實現在輸入未知的環境激勵下的三維空間複雜振型的長時間連續精確同步遙測，測量結果可以用於模態參數識別，從而對海上平臺結構進行安全性評估甚至結構損傷定位。
本發明是透過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種海洋結構物振動探測系統，其特徵在於，其包括依序連接的作業現場組件、工作室組件、總控制室組件，作業現場組件包括依序連接的感測器、發射盒、路由器、終端，工作室組件包括相互連接的基站主機和基站，總控制室組件包括衛星、網路服務節點、總控主機、移動設備、資料庫，衛星、總控主機、移動設備、資料庫都與網路服務節點連接。
優選地，所述感測器是透過強力磁鐵固定在現場工件上。
優選地，所述發射盒主要有Wi-Fi或Zigbee兩種無線發射裝置。
優選地，所述感測器是加速度感測器。
本發明的積極進步效果在於：本發明實現在輸入未知的環境激勵下的三維空間複雜振型的長時間連續精確同步遙測，測量結果可以用於模態參數識別，從而對海上平臺結構進行安全性評估甚至結構損傷定位。
(無)
第１圖為本發明海洋結構物振動探測系統的結構方塊圖。
第２圖為本發明中作業現場組件的結構方塊圖。
第３圖為本發明中工作室組件的結構方塊圖。
第４圖為本發明中總控制室組件的結構方塊圖。
下面結合附圖給出本發明較佳實施例，以詳細說明本發明的技術方案。
如第１圖至第４圖所示，本發明海洋結構物振動探測系統包括依序連接的作業現場組件、工作室組件、總控制室組件，作業現場組件包括依序連接的感測器、發射盒、路由器、終端，工作室組件包括相互連接的基站主機和基站，總控制室組件包括衛星、網路服務節點、總控主機、移動設備、資料庫，衛星、總控主機、移動設備、資料庫都與網路服務節點連接。感測器是加速度感測器，感測器可以採用IFFM型感測器。路由器可以採用華為公司的NetEngine系列路由器。終端可以是手持設備或上位機。基站主機的型號和總控主機的型號可以都是MAN-B&W 6S50MC。
感測器是透過強力磁鐵固定在現場工件上，可以有效地實現測量點無側移，保證了測試資料的準確性。下面的發射盒與感測器透過有線連接，發射盒主要有Wi-Fi或Zigbee兩種無線發射裝置，採集點的加速度、溫濕度和電池電量資訊透過Wi-Fi發送給路由器，而路由器的控制命令則透過Zigbee無線方式下發給各終端。基站可以控制作業現場，透過Zigbee無線方式來發佈開始採集或結束採集等命令，也可以採用Wi-Fi無線方式傳輸，但需加裝大功率Wi-Fi基站。總控制室組件大部分都位於陸地上，距離測試平臺非常遠，因此需要北斗等衛星實現資料的遠距離傳輸。
模態參數識別是將實測資料進行一定的處理轉換成可以識別的模態量。這些資料的獲得需要相關的設備，本發明研究的可擕式平臺結構振動檢測儀系統，以海洋平臺為工作環境，吸收了傳統工業領域檢測儀系統的優點，並在其基礎上進行了優化改進，使其更加適合海洋環境和石油平臺這種大型結構。本系統與傳統工業領域的檢測儀系統對比結果可以從四個方面進行詳細的闡述。一是應用領域，工業界的檢測儀一般用於工廠環境軸承檢測、風力電機、動車等領域，而本系統是專門用在海洋平臺上。二是系統結構，工業界的檢測儀系統一般為只需要局部振動資訊的點對點模式，即一個採集點只對應一個接收基站，因此無採集點同步要求；而本系統採用分層網路拓撲結構，可以實現主控制室、工作基站、採集現場分層控制，需要全域振型並保證採集點時鐘同步。時鐘同步是指不同感測器的時鐘保持一致，以保證各測點的振動資料同步進行採集。本系統的採集點時鐘同步的目標位元0.1ms，為時鐘同步採取的措施主要包括：1）給感測器配置0.1ppm的精密時鐘晶振；2）安裝GPS模組，利用GPS實現各個感測器間的即時校時；3）使用Zigbee無線時鐘同步技術，保證主機與各感測器之間保持時間一致性。三是採集特點，工業界的感測器一般是低功耗、低採樣頻率、低上傳頻率和長待機、長期線上監測；而本系統的感測器延續了其低功耗的特點，但採樣頻率高，資料即時上傳且集中採集。低功耗主要是透過精細控制採集點各單元模組的電源，每個模組都設計有單獨的電源開關；採樣頻率可以配置，設計目標是實現1kHz採樣頻率下連續48小時採樣；資料可即時上傳觀測，滿足用戶觀測尺度縮放的要求。四是安裝尺寸，本系統延續了工業界檢測儀體積小，易安裝的優點，可實現傻瓜式的便捷安裝。單採集點安裝時間小於1min，且能快速上電自檢。不同之處在於本系統要考慮所處海洋環境的特點，具有防水防腐蝕防鹽霧的安裝特點，滿足IP65三防標準。本發明實現同步採集，即各感測器之間要時鐘同步，感測器與基站要時鐘同步。
中國北京大學研製過適用於海洋平臺振動檢測的檢測儀系統，與它相比，本發明具有三個優點，一是資料可靠性更強，本系統是採用有線感測器與無線發射盒組合使用的形式，加速度感測器採用緊貼合設計，而北大的系統是將感測器封裝於發射盒內，將發射盒固定，這樣就使加速度感測器與現場工件之間存在很多緩衝，資料可靠性差，不能反映真實振動情況。二是資料匯出更方便，北京大學的檢測儀只能在資料獲取完成後開盒將SD卡取出，而本系統可以實現高速不開箱取數，採用三種手段傳輸，包括發射盒外殼設計USB介面、Wi-Fi資料傳輸和SD卡即時存儲，使資料獲取更加方便可靠。三是即時觀測更便捷，實現途徑有兩條，包括Wi-Fi無線即時資料上傳和Zigbee無線命令下發。
透過以上的比較，可以看出本系統是較為完善的，下面將詳細介紹下其主要性能指標：對於感測器，要實現正交三分量輸出，測量範圍較廣，可選擇 2g到 10g，頻響範圍為DC到150Hz，測量精度小於0.1mg，動態範圍大於100dB，重量56g；本系統可以實現16個採集點集中管理，各採集點時鐘同步精度優於0.1ms，無線傳輸距離大於100米，無線管理距離大於2000米，資料可以即時上傳，最小尺度1ms，可保證48小時連續1kHz採樣且可以快速安裝，單採集點安裝時間小於1min；本系統可以在-20℃到70℃的溫度範圍內工作，適合不低於10級風的條件下應用，感測器壽命大於5年。
本發明不依賴任何軟體來解決技術問題和達到技術效果的，都是透過硬體來解決技術問題、達到技術效果的。本領域的技術人員可以對本發明進行各種改型和改變。因此，本發明涵蓋了落入所附的申請專利範圍及其等同物的範圍內的各種改型和改變。
Claims (4)
- 一種海洋結構物振動探測系統，其特徵在於，其包括依序連接的作業現場組件、工作室組件、總控制室組件，作業現場組件包括依序連接的感測器、發射盒、路由器、終端，工作室組件包括相互連接的基站主機和基站，總控制室組件包括衛星、網路服務節點、總控主機、移動設備、資料庫，衛星、總控主機、移動設備、資料庫都與網路服務節點連接。
- 如請求項１所述的海洋結構物振動探測系統，其中，所述感測器是透過強力磁鐵固定在現場工件上。
- 如請求項１所述的海洋結構物振動探測系統，其中，所述發射盒主要有Wi-Fi或Zigbee兩種無線發射裝置。
- 如請求項１所述的海洋結構物振動探測系統，其中，所述感測器是加速度感測器。
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