海洋結(jié)構(gòu)物振動探測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種海洋結(jié)構(gòu)物振動探測系統(tǒng)，其包括依次連接的作業(yè)現(xiàn)場組件、工作室組件、總控制室組件，作業(yè)現(xiàn)場組件包括依次連接的傳感器、發(fā)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(wèi)星、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)節(jié)點、總控主機、移動設(shè)備、數(shù)據(jù)庫，衛(wèi)星、總控主機、移動設(shè)備、數(shù)據(jù)庫都與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)節(jié)點連接。本實用新型實現(xiàn)在輸入未知的環(huán)境激勵下的三維空間復(fù)雜振型的長時間連續(xù)精確同步遙測，測量結(jié)果可以用于模態(tài)參數(shù)識別，從而對海上平臺結(jié)構(gòu)進行安全性評估甚至結(jié)構(gòu)損傷定位。
【專利說明】海洋結(jié)構(gòu)物振動探測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種檢測系統(tǒng)，特別是涉及一種海洋結(jié)構(gòu)物振動探測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]海洋平臺結(jié)構(gòu)的振動檢測技術(shù)發(fā)展迅速，其中模態(tài)參數(shù)識別方法已將近幾十種，與之密切相關(guān)的配套裝置研究成為各個國家各個研究中心的熱點領(lǐng)域。近年來，傳感器技術(shù)、電子信息技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)以及信號處理技術(shù)等發(fā)展迅速，為研制開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的平臺結(jié)構(gòu)振動檢測儀系統(tǒng)提供了可能。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種海洋結(jié)構(gòu)物振動探測系統(tǒng)，其實現(xiàn)在輸入未知的環(huán)境激勵下的三維空間復(fù)雜振型的長時間連續(xù)精確同步遙測，測量結(jié)果可以用于模態(tài)參數(shù)識別，從而對海上平臺結(jié)構(gòu)進行安全性評估甚至結(jié)構(gòu)損傷定位。
[0004]本實用新型是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:一種海洋結(jié)構(gòu)物振動探測系統(tǒng)，其特征在于，其包括依次連接的作業(yè)現(xiàn)場組件、工作室組件、總控制室組件，作業(yè)現(xiàn)場組件包括依次連接的傳感器、發(fā)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(wèi)星、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)節(jié)點、總控主機、移動設(shè)備、數(shù)據(jù)庫，衛(wèi)星、總控主機、移動設(shè)備、數(shù)據(jù)庫都與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)節(jié)點連接。
[0005]優(yōu)選地，所述傳感器是通過強力磁鐵固定在現(xiàn)場工件上。
[0006]優(yōu)選地,所述發(fā)射盒主要有W1-Fi或Zigbee兩種無線發(fā)射裝置。
[0007]優(yōu)選地，所述傳感器是加速度傳感器。
[0008]本實用新型的積極進步效果在于:本實用新型實現(xiàn)在輸入未知的環(huán)境激勵下的三維空間復(fù)雜振型的長時間連續(xù)精確同步遙測，測量結(jié)果可以用于模態(tài)參數(shù)識別，從而對海上平臺結(jié)構(gòu)進行安全性評估甚至結(jié)構(gòu)損傷定位。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型海洋結(jié)構(gòu)物振動探測系統(tǒng)的原理框圖。
[0010]圖2為本實用新型中作業(yè)現(xiàn)場組件的原理框圖。
[0011]圖3為本實用新型中工作室組件的原理框圖。
[0012]圖4為本實用新型中總控制室組件的原理框圖。

【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖給出本實用新型較佳實施例，以詳細說明本實用新型的技術(shù)方案。
[0014]如圖1至圖4所示，本實用新型海洋結(jié)構(gòu)物振動探測系統(tǒng)包括依次連接的作業(yè)現(xiàn)場組件、工作室組件、總控制室組件，作業(yè)現(xiàn)場組件包括依次連接的傳感器、發(fā)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(wèi)星、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)節(jié)點、總控主機、移動設(shè)備、數(shù)據(jù)庫，衛(wèi)星、總控主機、移動設(shè)備、數(shù)據(jù)庫都與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)節(jié)點連接。傳感器是加速度傳感器，傳感器可以采用IFFM型傳感器。路由器可以采用華為公司的NetEngine系列路由器。終端可以是手持設(shè)備或上位機?；局鳈C的型號和總控主機的型號可以都是MAN-B&W6S50MC。
[0015]傳感器是通過強力磁鐵固定在現(xiàn)場工件上，可以有效地實現(xiàn)測量點無側(cè)移，保證了測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。下面的發(fā)射盒與傳感器通過有線連接，發(fā)射盒主要有W1-Fi或Zigbee兩種無線發(fā)射裝置，采集點的加速度、溫濕度和電池電量信息通過W1-Fi發(fā)送給路由器，而路由器的控制命令則通過Zigbee無線方式下發(fā)給各終端。基站可以控制作業(yè)現(xiàn)場，通過Zigbee無線方式來發(fā)布開始采集或結(jié)束采集等命令,也可以采用W1-Fi無線方式傳輸，但需加裝大功率W1-Fi基站?？偪刂剖医M件大部分都位于陸地上，距離測試平臺非常遠，因此需要北斗等衛(wèi)星等實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠距離傳輸。
[0016]模態(tài)參數(shù)識別是將實測數(shù)據(jù)進行一定的處理轉(zhuǎn)換成可以識別的模態(tài)量。這些數(shù)據(jù)的獲得需要相關(guān)的設(shè)備，本實用新型研究的便攜式平臺結(jié)構(gòu)振動檢測儀系統(tǒng)，以海洋平臺為工作環(huán)境，吸收了傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域檢測儀系統(tǒng)的優(yōu)點，并在其基礎(chǔ)上進行了優(yōu)化改進，使其更加適合海洋環(huán)境和石油平臺這種大型結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)與傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域的檢測儀系統(tǒng)對比結(jié)果可以從四個方面進行詳細的闡述。一是應(yīng)用領(lǐng)域，工業(yè)界的檢測儀一般用于工廠環(huán)境軸承檢測、風(fēng)力電機、動車等領(lǐng)域，而本系統(tǒng)是專門用在海洋平臺上。二是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，工業(yè)界的檢測儀系統(tǒng)一般為只需要局部振動信息的點對點模式，即一個采集點只對應(yīng)一個接收基站，因此無采集點同步要求；而本系統(tǒng)采用分層網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)主控制室、工作基站、采集現(xiàn)場分層控制，需要全局振型并保證采集點時鐘同步。時鐘同步是指不同傳感器的時鐘保持一致，以保證各測點的振動數(shù)據(jù)同步進行采集。本系統(tǒng)的采集點時鐘同步的目標(biāo)位0.1ms，為時鐘同步采取的措施主要包括:1)給傳感器配置0.1ppm的精密時鐘晶振；2)安裝GPS模塊，利用GPS實現(xiàn)各個傳感器間的實時校時；3)使用Zigbee無線時鐘同步技術(shù)，保證主機與各傳感器之間保持時間一致性。三是采集特點，工業(yè)界的傳感器一般是低功耗、低采樣頻率、低上傳頻率和長待機、長期在線監(jiān)測；而本系統(tǒng)的傳感器延續(xù)了其低功耗的特點，但采樣頻率高，數(shù)據(jù)實時上傳且集中采集。低功耗主要是通過精細控制采集點各單元模塊的電源，每個模塊都設(shè)計有單獨的電源開關(guān)；采樣頻率可以配置，設(shè)計目標(biāo)是實現(xiàn)IkHz采樣頻率下連續(xù)48小時采樣；數(shù)據(jù)可實時上傳觀測，滿足用戶觀測尺度縮放的要求。四是安裝尺寸，本系統(tǒng)延續(xù)了工業(yè)界檢測儀體積小，易安裝的優(yōu)點，可實現(xiàn)傻瓜式的便捷安裝。單采集點安裝時間小于lmin，且能快速上電自檢。不同之處在于本系統(tǒng)要考慮所處海洋環(huán)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(biāo)準(zhǔn)。本實用新型實現(xiàn)同步采集，即各傳感器之間要時鐘同步，傳感器與基站要時鐘同步。
[0017]國內(nèi)北京大學(xué)研制過適用于海洋平臺振動檢測的檢測儀系統(tǒng)，與它相比，本實用新型具有三個優(yōu)點，一是數(shù)據(jù)可靠性更強，本系統(tǒng)是采用有線傳感器與無線發(fā)射盒組合使用的形式，加速度傳感器采用緊貼合設(shè)計，而北大的系統(tǒng)是將傳感器封裝于發(fā)射盒內(nèi)，將發(fā)射盒固定，這樣就使加速度傳感器與現(xiàn)場工件之間存在很多緩沖，數(shù)據(jù)可靠性差，不能反映真實振動情況。二是數(shù)據(jù)導(dǎo)出更方便，北京大學(xué)的檢測儀只能在數(shù)據(jù)采集完成后開盒將SD卡取出，而本系統(tǒng)可以實現(xiàn)高速不開箱取數(shù)，采用三種手段傳輸，包括發(fā)射盒外殼設(shè)計USB接口、W1-Fi數(shù)據(jù)傳輸和SD卡實時存儲，使數(shù)據(jù)獲取更加方便可靠。三是實時觀測更便捷，實現(xiàn)途徑有兩條，包括W1-Fi無線實時數(shù)據(jù)上傳和Zigbee無線命令下發(fā)。
[0018]通過以上的比較，可以看出本系統(tǒng)是較為完善的，下面將詳細介紹下其主要性能指標(biāo):對于傳感器，要實現(xiàn)正交三分量輸出，測量范圍較廣，可選擇±2g到± 1g,頻響范圍為DC到150Hz，測量精度小于0.1mg,動態(tài)范圍大于10dB,重量56g ;本系統(tǒng)可以實現(xiàn)16個采集點集中管理，各采集點時鐘同步精度優(yōu)于0.1ms，無線傳輸距離大于100米，無線管理距離大于2000米，數(shù)據(jù)可以實時上傳，最小尺度1ms，可保證48小時連續(xù)IkHz采樣且可以快速安裝，單采集點安裝時間小于Imin ;本系統(tǒng)可以在_20°C到70°C的溫度范圍內(nèi)工作，適合不低于10級風(fēng)的條件下應(yīng)用，傳感器壽命大于5年。
[0019]本實用新型不依賴任何軟件來解決技術(shù)問題和達到技術(shù)效果的，都是通過硬件來解決技術(shù)問題、達到技術(shù)效果的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實用新型進行各種改型和改變。因此，本實用新型覆蓋了落入所附的權(quán)利要求書及其等同物的范圍內(nèi)的各種改型和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種海洋結(jié)構(gòu)物振動探測系統(tǒng)，其特征在于，其包括依次連接的作業(yè)現(xiàn)場組件、工作室組件、總控制室組件，作業(yè)現(xiàn)場組件包括依次連接的傳感器、發(fā)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(wèi)星、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)節(jié)點、總控主機、移動設(shè)備、數(shù)據(jù)庫，衛(wèi)星、總控主機、移動設(shè)備、數(shù)據(jù)庫都與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)節(jié)點連接。
2.如權(quán)利要求1所述的海洋結(jié)構(gòu)物振動探測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器是通過強力磁鐵固定在現(xiàn)場工件上。
3.如權(quán)利要求1所述的海洋結(jié)構(gòu)物振動探測系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射盒主要有W1-Fi或Zigbee兩種無線發(fā)射裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的海洋結(jié)構(gòu)物振動探測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器是加速度傳感器。
【文檔編號】G08C19/00GK203950430SQ201420403746
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】辛峻峰, 韓兆林, 王龍金, 劉園園, 王海青 申請人:青島科技大學(xué)