本發(fā)明屬于球罐健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的球罐健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
球罐為一種鋼制容器設(shè)備，在石油煉制工業(yè)和石油化工中主要用于貯存和運(yùn)輸液態(tài)或氣態(tài)物料。由于球罐在使用過(guò)程中，受內(nèi)部壓力和外界環(huán)境的影響，會(huì)逐漸出現(xiàn)一些危險(xiǎn)部位，例如：因裂縫擴(kuò)展、塑性變形或相變等現(xiàn)象而增加球罐泄漏的危險(xiǎn)性，所以，為保證球罐的安全使用，常常需要對(duì)球罐進(jìn)行健康檢測(cè)?，F(xiàn)有球罐健康檢測(cè)方法一般包括以下兩類：(一)人工直接目測(cè)檢查：即：通過(guò)肉眼直接觀察球罐表面的外觀，從而判斷球罐是否存在危險(xiǎn)部位。該方法存在的主要缺陷為：一方面，需要具有豐富經(jīng)驗(yàn)的人員才能進(jìn)行目測(cè)檢查，從而限制了其應(yīng)用；另一方面，人工目測(cè)檢查通常只能對(duì)球罐的健康狀況給出定性結(jié)論，無(wú)法量化，而且，對(duì)球罐健康狀況的結(jié)論主觀性較強(qiáng)，難以對(duì)球罐健康狀況做出精確的評(píng)價(jià)。(二)采用便攜式儀器監(jiān)測(cè)球罐的健康狀況：即，當(dāng)需要監(jiān)測(cè)球罐的健康狀況時(shí)，在球罐表面安裝某一檢測(cè)儀器，從而檢測(cè)球罐的健康狀況。該種方法存在的主要缺陷為：實(shí)時(shí)性差，無(wú)法對(duì)球罐的健康狀況進(jìn)行長(zhǎng)期有效的監(jiān)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種基于無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的球罐健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)球罐的健康狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而且，通過(guò)無(wú)線傳輸方式，消除了長(zhǎng)電纜傳輸帶來(lái)的噪聲干擾，提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)精度和抗干擾能力。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：本發(fā)明提供一種基于無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的球罐健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)和一個(gè)以上傳感器采集系統(tǒng)，每一個(gè)所述傳感器采集系統(tǒng)和所述數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)無(wú)線連接。優(yōu)選的，各個(gè)所述傳感器采集系統(tǒng)自組織形成星型、線型或網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，每一個(gè)所述傳感器采集系統(tǒng)包括：傳感器節(jié)點(diǎn)、信號(hào)調(diào)理電路和一個(gè)以上固定安裝在待監(jiān)測(cè)起重機(jī)械表面關(guān)鍵部位的傳感器和傳感器節(jié)點(diǎn)；各個(gè)所述傳感器通過(guò)所述信號(hào)調(diào)理電路與所述傳感器節(jié)點(diǎn)連接。優(yōu)選的，所述信號(hào)調(diào)理電路包括依次連接的信號(hào)放大電路、信號(hào)濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。所述傳感器節(jié)點(diǎn)包括：多個(gè)傳感器接口，所述傳感器通過(guò)所述傳感器接口與所述傳感器節(jié)點(diǎn)連接。優(yōu)選的，所述傳感器節(jié)點(diǎn)還包括：電源模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊、無(wú)線收發(fā)模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；所述電源模塊分別與所述數(shù)據(jù)采集處理模塊、所述無(wú)線收發(fā)模塊和所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊連接。優(yōu)選的，所述傳感器節(jié)點(diǎn)還包括：傳感器節(jié)點(diǎn)外殼；所述電源模塊、所述數(shù)據(jù)采集處理模塊、所述無(wú)線收發(fā)模塊和所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊封裝在所述傳感器節(jié)點(diǎn)外殼內(nèi)部。優(yōu)選的，所述傳感器為溫度傳感器、壓力傳感器、加速度傳感器、光纖振動(dòng)傳感器和應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器中的一種或幾種；所述應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器安裝在所述待監(jiān)測(cè)球罐的焊縫處、母材處或支腿處；所述光纖振動(dòng)傳感器安裝在所述待監(jiān)測(cè)球罐的支腿處；所述傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)磁吸附固定在所述待監(jiān)測(cè)球罐上。優(yōu)選的，還包括：數(shù)據(jù)處理和控制服務(wù)器；所述數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接有數(shù)據(jù)處理和控制服務(wù)器。與所述數(shù)據(jù)處理和控制服務(wù)器連接。優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)包括：依次連接的數(shù)據(jù)采集控制電路和通信電路。優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集控制電路包括：網(wǎng)關(guān)存儲(chǔ)模塊；所述通信電路包括USB接口、以太網(wǎng)通信接口和GPRS/CDMA通信接口中的一種或幾種。本發(fā)明的有益效果如下：通過(guò)使用本發(fā)明提供的基于無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的球罐健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)在待監(jiān)測(cè)球罐表面關(guān)鍵部位安裝傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)球罐的健康狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；而且，通過(guò)無(wú)線傳輸方式，消除了長(zhǎng)電纜傳輸帶來(lái)的噪聲干擾，提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)精度和抗干擾能力；另外，傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳給數(shù)據(jù)處理和控制服務(wù)器，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)識(shí)別和診斷球罐的損傷情況，因此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)球罐的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)與診斷，為保障球罐的安全運(yùn)行提供了科學(xué)依據(jù)。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明提供的基于無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的球罐健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的球罐健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳感器節(jié)點(diǎn)的外部構(gòu)造圖；圖3為傳感器節(jié)點(diǎn)中一個(gè)通道的電路原理圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的基于無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的球罐健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的球罐健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：一個(gè)以上傳感器采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)，每一個(gè)所述傳感器采集系統(tǒng)和所述數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)無(wú)線連接。由于傳感器采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)通過(guò)無(wú)線傳輸方式連接，消除了長(zhǎng)電纜傳輸帶來(lái)的噪聲干擾，提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)精度和抗干擾能力。下面對(duì)傳感器采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)分別介紹：(一)傳感器采集系統(tǒng)由于數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)和多個(gè)傳感器采集系統(tǒng)相連，所以，各個(gè)傳感器采集系統(tǒng)可以基于802.15.4協(xié)議，并自組織形成星型、線型或網(wǎng)狀等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對(duì)于每一個(gè)傳感器采集系統(tǒng)包括：一個(gè)以上固定安裝在待監(jiān)測(cè)球罐表面關(guān)鍵部位的傳感器、信號(hào)調(diào)理電路和傳感器節(jié)點(diǎn)。其中，傳感器包括：溫度傳感器、壓力傳感器、加速度傳感器等，用于監(jiān)測(cè)球罐各種參數(shù)的變化情況，例如：球罐關(guān)鍵部位的變形、應(yīng)變、撓度、振動(dòng)等參數(shù)，從而有利于更準(zhǔn)確的獲得球罐的損傷情況。傳感器將采集到的信息發(fā)送給信號(hào)調(diào)理電路，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后，再傳給傳感器節(jié)點(diǎn)，由傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)處理。其中，信號(hào)調(diào)理電路包括依次連接的信號(hào)放大電路、信號(hào)濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，用于對(duì)接收到的來(lái)自傳感器上傳的電信息進(jìn)行放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，得到數(shù)字信號(hào)，并將該數(shù)字信號(hào)發(fā)送給傳感器節(jié)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，針對(duì)大型球罐金屬結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境，根據(jù)大型球罐的整體應(yīng)力分布狀況選擇合適的布置位置。該監(jiān)測(cè)包括應(yīng)力監(jiān)測(cè)和加速度監(jiān)測(cè)，其中，應(yīng)力監(jiān)測(cè)對(duì)大型球罐的焊縫處、母材和支腿進(jìn)行監(jiān)測(cè)，加速度監(jiān)測(cè)主要對(duì)大型球罐的支腿進(jìn)行監(jiān)測(cè)。傳感器的具體布置如下：(一)應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器的安裝位置a)球罐殼體典型焊縫處，包括上、下溫帶焊縫、赤道帶焊縫、上下小環(huán)焊縫、上下極板拼接縫和支柱與球殼連接最低處。b)球殼母材，包括赤道帶母材和上下極板母材。c)支腿(二)加速度監(jiān)測(cè)傳感器的安裝位置在球罐的其中四個(gè)支腿上對(duì)稱安裝4只光纖振動(dòng)傳感器，用于對(duì)支腿結(jié)構(gòu)振動(dòng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。另外，可以采用焊接機(jī)將傳感器直接固定安裝在球罐的測(cè)點(diǎn)表面，并罩防護(hù)盒，防止惡劣環(huán)境對(duì)傳感節(jié)點(diǎn)的損傷。每一個(gè)傳感器到傳感器節(jié)點(diǎn)之間的連接構(gòu)成的通路稱為一個(gè)通道，每個(gè)通道內(nèi)置有獨(dú)立的高精度120-1000Ω橋路電阻和放大調(diào)理電路，可以方便地由軟件自動(dòng)切換選擇1/4橋、半橋或全橋測(cè)量方式，兼容各種類型的橋路傳感器。如圖2所示，為本發(fā)明提供的球罐健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳感器節(jié)點(diǎn)的外部構(gòu)造圖，如表1所示，為傳感器節(jié)點(diǎn)中四個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的參數(shù)表。如圖3所示，傳感器節(jié)點(diǎn)中一個(gè)通道的電路原理圖。表1具體的，傳感器節(jié)點(diǎn)還可以包括：電源模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊、無(wú)線收發(fā)模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。其中，電源模塊分別與數(shù)據(jù)采集處理模塊、無(wú)線收發(fā)模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊連接，用于向各模塊供電。并且，為延長(zhǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的工作壽命，傳感器節(jié)點(diǎn)還包括：傳感器節(jié)點(diǎn)外殼；所述電源模塊、所述數(shù)據(jù)采集處理模塊、所述無(wú)線收發(fā)模塊和所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊封裝在所述傳感器節(jié)點(diǎn)外殼內(nèi)部，其中，外殼可以為RytonPPS塑料外殼。在實(shí)際應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)磁吸附固定在球罐上。數(shù)據(jù)采集處理模塊用于控制各傳感器的采樣頻率，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用于對(duì)傳感器采集到的信息進(jìn)行節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)，無(wú)線收發(fā)模塊用于將傳感器采集到的信息通過(guò)無(wú)線方式上傳給數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)。本發(fā)明提供的傳感器節(jié)點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧的優(yōu)點(diǎn)。并且，傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)既可以實(shí)時(shí)無(wú)線傳輸至計(jì)算機(jī)，也可以存儲(chǔ)在傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)置的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中，保證了采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。傳感器節(jié)點(diǎn)的空中傳輸速率可以達(dá)到250KBPS，有效室外通訊距離可達(dá)100m。并且，傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)有專門的電源管理軟硬件，在實(shí)時(shí)不間斷傳輸情況下，節(jié)點(diǎn)功耗僅25mA，使用內(nèi)置的可充電電池，可連續(xù)測(cè)量十幾個(gè)小時(shí)。因此，該傳感器節(jié)點(diǎn)使用簡(jiǎn)單方便，無(wú)線數(shù)字信號(hào)傳輸方式消除了長(zhǎng)電纜傳輸帶來(lái)的噪聲干擾，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)具有極高的測(cè)量精度和抗干擾能力。無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)可以組成龐大的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，支持上千個(gè)測(cè)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行大型結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。(二)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)把接收到的無(wú)線數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)接口傳輸至計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)，分析處理。數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)包括：依次連接的數(shù)據(jù)采集控制電路和通信電路。數(shù)據(jù)采集控制電路包括：網(wǎng)關(guān)存儲(chǔ)模塊，用于實(shí)現(xiàn)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路得到的數(shù)字信號(hào)的存儲(chǔ)。通信電路包括：USB接口、以太網(wǎng)通信接口、GPRS/CDMA通信接口；從而實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行本地傳輸或遠(yuǎn)程傳輸?shù)哪康摹?shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)具有以下特性：(1)支持?jǐn)?shù)據(jù)透明傳輸；(2)支持?jǐn)嗑€自動(dòng)重連；(3)支持最大8G的數(shù)據(jù)緩存；(4)支持?jǐn)?shù)據(jù)中心動(dòng)態(tài)域名或IP地址訪問(wèn)；(5)支持永遠(yuǎn)在線工作模式；(6)支持太陽(yáng)能供電；(7)配置文件在SD卡中，無(wú)需串口，配置方便；(8)工作電流140mA/12V，在線待機(jī)電流100mA/12V；(9)防水等級(jí)IP66，適合在野外工作。另外，本發(fā)明提供的基于無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的球罐健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，還包括：與數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接的數(shù)據(jù)處理和控制服務(wù)器，數(shù)據(jù)處理和控制服務(wù)器還連接有球罐結(jié)構(gòu)健康評(píng)估系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)球罐結(jié)構(gòu)的健康狀況的評(píng)估。具體的，球罐結(jié)構(gòu)健康評(píng)估系統(tǒng)包括：設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)管理模塊、設(shè)備檢驗(yàn)管理模塊、設(shè)備健康監(jiān)測(cè)模塊和設(shè)備單位管理模塊。其中，設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)管理模塊主要是采用大型球罐的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論方法，對(duì)大型球罐的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析與評(píng)估，并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行排序，以實(shí)現(xiàn)對(duì)球罐的風(fēng)險(xiǎn)管理。設(shè)備檢驗(yàn)管理模塊是將檢驗(yàn)過(guò)的球罐的檢測(cè)報(bào)告進(jìn)行電子備案與分類。設(shè)備健康監(jiān)測(cè)模塊是由分布式的數(shù)據(jù)采集、處理、控制及通信功能構(gòu)成?？蓪?duì)各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步顯示、分析和存儲(chǔ)，采集到的數(shù)據(jù)以通用文件格式，例如：UFF、CSV，TXT等存儲(chǔ)，可以輸出到廣泛的第三方軟件進(jìn)行后處理。另外，傳感器校準(zhǔn)參數(shù)、通道數(shù)據(jù)、位置等信息也可以通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)采集軟件寫入傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的異常情況實(shí)時(shí)報(bào)警，利于網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和管理。同時(shí)還包含對(duì)球罐的損傷進(jìn)行識(shí)別與診斷，以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型球罐的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)與診斷等。設(shè)備單位管理模塊是對(duì)大型球罐所屬單位的信息采集與備案。便于管理機(jī)構(gòu)對(duì)使用單位統(tǒng)一管理與檢測(cè)。本發(fā)明中，針對(duì)大型球罐健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能需求，設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用了先進(jìn)的C/S結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)處理和損傷預(yù)警，人機(jī)交互環(huán)境友好。一種具體的實(shí)現(xiàn)方式為：包括以下步驟：(一)設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)管理模塊首先確定大型球罐的風(fēng)險(xiǎn)值和重大危險(xiǎn)源，(二)查詢以往的球罐檢驗(yàn)報(bào)告，找出易受損傷的部位和關(guān)鍵部位，制定監(jiān)測(cè)計(jì)劃，對(duì)大型球罐進(jìn)行監(jiān)測(cè)。第三，對(duì)大型球罐的重大危險(xiǎn)源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和診斷。第四，對(duì)大型球罐所屬單位的信息采集與備案，便于管理機(jī)構(gòu)對(duì)使用單位統(tǒng)一管理與檢測(cè)。綜上所述，本發(fā)明提供的基于無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)的球罐健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)在待監(jiān)測(cè)球罐表面關(guān)鍵部位安裝傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)球罐的健康狀況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；而且，通過(guò)無(wú)線傳輸方式，消除了長(zhǎng)電纜傳輸帶來(lái)的噪聲干擾，提高了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)精度和抗干擾能力；另外，傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳給數(shù)據(jù)處理和控制服務(wù)器，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)識(shí)別和診斷球罐的損傷情況，因此，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)球罐的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)與診斷，為保障球罐的安全運(yùn)行提供了科學(xué)依據(jù)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護(hù)范圍。