专利名称：海洋平台结构的快速振动采集仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种海洋平台结构的快速振动采集仪。
背景技术：
海洋平台结构是海 上石油资源开发的重大基础性设施，是海上生产作业和生活的基地。海洋平台结构长期服役在恶劣的海洋环境中，受到各种荷载及环境的影响，抗力衰减非常明显，一旦发生事故损坏不仅会造成重大的经济损失与人员伤亡，还将可能造成严重的环境污染和社会政治影响。因此，对海洋平台结构进行监测、检测以及可靠性的评价是十分必要的。由于海洋平台结构不能中断使用以及造价昂贵，对其进行安全评估的方法应该是无损或微损的。目测是通用的无损检测方法，但是目测有其局限性，是不可靠的。其它无损检测技术，如X光检测、超声检测、工业CT等均属于结构局部损伤检测方法；这些技术仅用于损伤区域已知的情况，还要求特殊的测试设备及专业技术人员；因此，这些方法对海洋平台的检测是不方便，并且也是昂贵的。与上述方法相比，基于振动测试的无损检测方法则相对简单、成本较低。这种方法的基本原理是利用对结构进行振动实测得到的数据，通过参数识别技术判断结构动力参数的变化，从而判定结构有无损伤、损伤的位置和程度。目前，对海洋平台结构进行振动测试一般是利用传感器采集结构的各种相应参数，结合智能算法处理采集到的数据，最后得出海洋平台结构的状态和采取相应的措施。传感器单元在海洋平台结构上布置好以后就可以由振动采集仪进行控制并开始振动数据采集，振动采集仪对采集到的数据进行分析、计算以获取海洋平台结构的振动情况，从而判断海洋平台结构有无损伤以及损伤的位置与程度。但传统的振动采集仪多存在体积庞大、结构复杂、造价昂贵、功能无法扩展等缺陷，给实际应用带来了一些问题。随着计算机技术的日益发展、计算机性能的日趋提高，计算机具有处理速度快、精度高、可靠性好等一系列特性，越来越受到人们的青睐，得到了广泛的应用。在计算机上应用虚拟仪器技术对传感器单元进行控制、对振动数据进行采集，应用嵌入式软件对采集到的数据进行分析和计算的技术已经相当普遍，正逐渐成为仪器仪表技术的一个新的研究方向，因此将计算机技术应用于海洋平台结构的快速振动采集仪，使其能够根据振动测试的无损检测原理并结合虚拟仪器技术而对海洋平台结构进行监测、检测以及可靠性的评价是本发明的设计目的。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种海洋平台结构的快速振动采集仪，其包括无线模块、串口服务器及计算机，根据海洋平台结构自身布线困难的特点，用无线模块控制及采集振动数据，选用串口服务器保证数据尽可能不丢失地传输到计算机中，该计算机中装有快速振动采集软件，具有测试精度高、稳定性好、计算准确、功能可扩展的 功效。本发明的目的是由以下技术方案实现的。本发明海洋平台结构的快速振动采集仪，其特征在于包括多个无线模块、串口服务器以及计算机；该多个无线模块通过串口服务器与计算机连接。前述的海洋平台结构的快速振动采集仪，其特征在于包括9个无线模块、I个串口服务器及一台计算机；该9个无线模块中8个为无线数据信道模块，I个为无线控制信道模块，均通过该串口服务器以外设部件互连标准总线(PCI)和USB的方式与计算机连接。前述的海洋平台结构的快速振动采集仪，其特征在于，所述无线模块由带通滤波、匹配网络、射频放大前端、射频收发器、单片机、通用串行数据总线(UART)串行口组成；该带通滤波、匹配网络、射频放大前端以及射频收发器依次通过电子电路串接；该单片机是无线模块的中央处理单元，其通过I/O 口与射频收发器连接而相互传输数据，以控制信号接收与发送；且单片机通过与其连接的通用串行数据总线(UART)串行口与其它设备连接，实现串口通信；该带通滤波外接天线用于滤去镜频干扰、衰减噪声以及提高信噪比；该匹配网络供实现最大功率传输；该射频放大前端外接偏置电路供放大射频信号，提高发射接收功率；该射频收发器采用调制解调方式把电信号转换为射频信号。UART !Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用异步接收、发送装置，是一种异步串口通信协议。UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。前述的海洋平台结构的快速振动采集仪，其特征在于，所述无线模块通用串行数据总线(UART)串行口连接的其它设备包括采用外设部件互连标准总线(PCI)和USB方式的串口服务器。前述的海洋平台结构的快速振动采集仪，其特征在于，所述串口服务器包括串行配置寄存器(EEPROM)、外设部件互连标准总线(PCI)总线转8串口通用串行数据总线(UART)芯片、USB转通用串行数据总线(UART)芯片；该8个无线数据信道模块的通用串行数据总线(UART)串行口分别与基于外设部件互连标准总线(PCI)的串口服务器中的外设部件互连标准总线(PCI)转8串口通用串行数据总线(UART)芯片相连，实现8路通用串行数据总线(UART)串行口到外设部件互连标准总线(PCI)的转换；该串行配置寄存器(EEPROM)以内部集成电路总线(I2C)形式与芯片相连，完成对外设部件互连标准总线(PCI)转通用串行数据总线(UART)的内部配置信息的存储，并通过计算机的外设部件互连标准总线(PCI)插槽以外设部件互连标准总线(PCI)的形式与计算机通信；该I个无线控制信道模块的通用串行数据总线(UART)串行口采用USB转通用串行数据总线(UART)芯片与计算机相连。本发明海洋平台结构的快速振动采集仪的有益效果，其在保证数据可靠传输的同时，有效地解决传统振动采集仪的布设繁杂、维护费用高的问题；同时，节约布线成本、节省布设时间，方便安装拆除；具有快速、无线、精度高、可靠性好等功效。
图I为本发明海洋平台结构的快速振动采集仪无线模块方块结构示意图。图2为本发明海洋平台结构的快速振动采集仪串口服务器方块结构示意图。
图3为本发明海洋平台结构的快速振动采集仪整体结构方块示意图。图4为使用本发明海洋平台结构的快速振动采集仪进行低频单摆水平比对实验框图。图5A为使用本发明海洋平台结构的快速振动采集仪进行O. 9m摆长的单摆实验时域分析图。图5B为使用本发明海洋平台结构的快速振动采集仪进行O. 9m摆长的单摆实验频域分析图。
具体实施方式
本发明海洋平台结构的快速振动采集仪，其包括多个无线模块、串口服务器以及计算机；该多个无线模块通过串口服务器与计算机连接。如图I、图2、图3所示，本发明海洋平台结构的快速振动采集仪，其包括9个无线模块、I个串口服务器及一台计算机；该9个无线模块中8个为无线数据信道模块，I个为无线控制信道模块，均通过该串口服务器以外设部件互连标准总线(PCI)和USB的方式与计算机连接。如图I、图2、图3所示，本发明海洋平台结构的快速振动采集仪，其中，无线模块由带通滤波、匹配网络、射频放大前端、射频收发器、单片机、通用串行数据总线UART串行口组成；该带通滤波、匹配网络、射频放大前端以及射频收发器依次通过电子电路串接；该单片机是无线模块的中央处理单元，其通过I/O 口与射频收发器连接而相互传输数据，以控制信号接收与发送；且单片机通过与其连接的通用串行数据总线(UART)串行口与其它设备连接，实现串口通信；该带通滤波外接天线用于滤去镜频干扰、衰减噪声以及提高信噪比；该匹配网络供实现最大功率传输；该射频放大前端外接偏置电路供放大射频信号，提高发射接收功率；该射频收发器采用调制解调方式把电信号转换为射频信号。UART !Universal Asynchronous Receiver/Transmitter,通用异步接收、发送装置，是一种异步串口通信协议。UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收。其中，无线模块通用串行数据总线(UART)串行口连接的其它设备包括采用外设部件互连标准总线(PCI)和USB方式的串口服务器；串口服务器包括串行配置寄存器(EEPROM)、外设部件互连标准总线(PCI)总线转8串口通用串行数据总线(UART)芯片、USB转通用串行数据总线(UART)芯片；该8个无线数据信道模块的通用串行数据总线(UART)串行口分别与基于外设部件互连标准总线(PCI)的串口服务器中的外设部件互连标准总线(PCI)转8串口通用串行数据总线(UART)芯片相连，实现8路通用串行数据总线(UART)串行口到外设部件互连标准总线(PCI)的转换；该串行配置寄存器(EEPROM)以内部集成电路总线(I2C)形式与芯片相连，完成对外设部件互连标准总线(PCI)转通用串行数据总线(UART)的内部配置信息的存储，并通过计算机的外设部件互连标准总线(PCI)插槽以外设部件互连标准总线(PCI)的形式与计算机通信；该I个无线控制信道模块的通用串行数据总线(UART)串行口采用USB转通用串行数据总线(UART)芯片与计算机相连。如图I、图2、图3所示，本发明海洋平台结构的快速振动采集仪的使用I、在需要检测振动信号的地方布设无线振动采集节点，开启电源不工作，进入低功耗监听信道状态；2、开启计算机，并对无线模块与串口服务器上电，保证其正常工作；3、打开计算机内的快速振动采集软件，使用基本配置模块对各采集节点的状态信息进行配置；4、打开实时波形监测模块，按需要设置好采样频率、存库时间、存储路径等，向各采集节点发送开始采集指令；5、各节点在接到采集指令后，首先进行判定是否与本地地址相符，如果相符则响应指令，开始采集振动信号，并把数据通过无线发送到快速振动采集仪；6、采集数据完成后，向各采集节点发结束采集指令，采集振动信号过程即终结；
7、把快速振动采集仪采集到的数据进行导出，以便于更进一步的分析结构的振动情况。计算机内的采集软件主要由基本配置、实时波形监测、历史波形回放、数据格式导出、帮助文档等模块构成；其中基本配置模块用于对节点以及端口信息进行配置。本实施例中未进行说明的内容为现有技术，故不再进行赘述。本发明海洋平台结构的快速振动采集仪的工作原理快速振动采集仪无线控制采集振动数据的多个节点，多节点采集到海洋平台结构的振动数据后通过无线形式把数据回传到振动采集仪中进行处理，对数据进行分析可以得到结构的振动情况。通过本发明海洋平台结构的快速振动采集仪，完成了如下比对实验由于所设计的新型海洋平台结构的快速振动采集仪要应用在海洋平台结构这类低频结构物当中的，为此设计了一个低频单摆水平比对实验系统来模拟海洋平台低频振动。单摆是一种最简单的测量水平方向低频振动的实验装置，由单摆在小幅摆动条件下的周期公式T = 2πΛ I—
U可以看出，摆长不同即振动周期不同，振动的频率也不相同。实验过程中首先把力平衡加速度传感器与压电加速度传感器共同放置在单摆吊篮的正中央位置处，力平衡加速度传感器与新型海洋平台结构的快速振动采集仪(即图4中无线接收节点)共同完成水平振动数据的无线采集，并与压电加速度传感器与NI采集仪相连的有线采集结果作比对，实验框图如图4所示。比对实验过程中，选取摆长为O. 9m单摆作为案例，新型海洋平台结构的快速振动采集仪与NI采集仪采样频率均设为100Hz，对采集的数据进行时域与频域处理，其时域与频域波形如图5所示通过时域图可以看出无线与有线波形基本吻合；表I也给出了单摆固有频率、有线和无线采集的频域分析，差别较小，均在可控范围内。但新型海洋平台结构的快速振动采集仪以其无线的特征，更加便利地反映了低频信号的振动情况。表I O. 9m摆长频率
无线实测频率(Hz) 有线实测频率(Hz) 固有频率_3] 一阶频率O. 529O. 527O. 525通过实验比对分析得出，因采用无线方式采集传感器的数据，可以克服传统振动采集仪在实际工程中布线困难的问题，节约了线缆成本、节省布设时间、降低因线缆问题产生的维护费用，无线方式也方便安装拆除，非常适合海洋平台快速检测的需求。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于 本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种海洋平台结构的快速振动采集仪，其特征在于包括多个无线模块、串口服务器及计算机；该多个无线模块通过串口服务器与计算机连接。
2.根据权利要求I所述的海洋平台结构的快速振动采集仪，其特征在于所述多个无线模块为9个，所述串口服务器为一个，所述计算机为一台；该9个无线模块中8个为无线数据信道模块，I个为无线控制信道模块，均通过该串口服务器以外设部件互连标准总线(PCI)和USB的方式与计算机连接。
3.根据权利要求I所述的海洋平台结构的快速振动采集仪，其特征在于，所述无线模块由带通滤波、匹配网络、射频放大前端、射频收发器、单片机、通用串行数据总线(UART)串行口组成； 该带通滤波、匹配网络、射频放大前端以及射频收发器依次串接；该单片机是无线模块的中央处理单元，其通过I/O 口与射频收发器连接而相互传输数据，以控制信号接收与发送；且单片机通过与其连接的通用串行数据总线(UART)串行口与外部设备连接，实现串口通信。
4.根据权利要求3所述的海洋平台结构的快速振动采集仪，其特征在于，所述无线模块通用串行数据总线(UART)串行口连接的外部设备包括采用外设部件互连标准总线(PCI)和USB方式的串口服务器。
5.根据权利要求I或2所述的海洋平台结构的快速振动采集仪，其特征在于，所述串口服务器包括串行配置寄存器(EEPROM)、外设部件互连标准总线(PCI)总线转8串口通用串行数据总线(UART)芯片、USB转通用串行数据总线(UART)芯片；该8个无线数据信道模块的通用串行数据总线(UART)串行口分别与基于外设部件互连标准总线(PCI)的串口服务器中的外设部件互连标准总线(PCI)转8串口通用串行数据总线(UART)芯片相连，实现8路通用串行数据总线(UART)串行口到外设部件互连标准总线(PCI)的转换；该串行配置寄存器(EEPROM)以内部集成电路总线(I2C)形式与芯片相连，完成对外设部件互连标准总线(PCI)转通用串行数据总线(UART)的内部配置信息的存储，并通过计算机的外设部件互连标准总线(PCI)插槽以外设部件互连标准总线(PCI)的形式与计算机通信；该I个无线控制信道模块的通用串行数据总线(UART)串行口采用USB转通用串行数据总线(UART)芯片与计算机相连。
全文摘要
本发明提供一种海洋平台结构的快速振动采集仪，包括多个无线模块、串口服务器及计算机；该多个无线模块通过串口服务器与计算机连接；该多个无线模块为9个，其中8个为无线数据信道模块，1个为无线控制信道模块，均通过该串口服务器以外设部件互连标准总线和USB的方式与计算机连接；其在保证数据可靠传输的同时，有效地解决传统振动采集仪的布设繁杂、维护费用高的问题；同时，节约布线成本、节省布设时间，方便安装拆除；具有快速、无线、精度高、可靠性好等功效。
文档编号G08C17/02GK102637349SQ201210067029
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者周雷, 喻言, 张传杰, 李志刚, 李志瑞, 王洁, 颜昌德 申请人:中国海洋石油总公司, 大连理工大学, 海洋石油工程股份有限公司