专利名称：一种海洋导管架平台结构安全综合监测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于平台安全监测技术领域，特别是涉及一种海洋导管架平台结构安全综合监测系统。
背景技术：
目前，海洋导管架平台是一类海洋工程结构物，它为开发和利用海洋资源提供了海上作业与生活的场所。海洋平台与导管架结构长期服役于恶劣的海洋环境中，承受来自海洋环境的各种载荷(如风载荷、波浪载荷、冰载荷等)和上部组块及钻采设备等自身载荷的交互作用，此外有时还要遭受到地震、台风、海嘯、船舶等的破坏。这些载荷产生的承载力和振动会直接影响平台和导管架结构的强度与寿命以及运动特性，甚至造成平台的倒塌与倾覆，后果十分严重。
目前海洋导管架平台主要采取两方面措施来了解平台状况，其一是定期检测，其
二是计算评估。两种措施相互结合在一定程度上反映了平台结构状况，但也存在明显的不足。定期检测(尤其是水下检测)难度大成本高，周期间隔较长，覆盖范围有限，并且采用的检测方法多以目视为主，辅之以部分无损检测技术；计算评估是采用计算机软件进行建模运算，是一种偏理论的方法，并且建模中采用数据的真实性和合理性(经常是最难明确的)直接影响评估结果。两种措施各有不同，相互结合只能在一定程度上反映平台结构状况。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种海洋导管架平台结构安全综合监测系统。本发明的目的是提供一种可以对海洋导管架平台结构安全状况进行监测的新技术，使其能够实现对平台整体工作性态、上部组块的应力、应变情况及整个导管架振动和沉降状况进行实时在线监测，进一步诊断平台安全状况，达到预报警目的等特点的海洋导管架平台结构安全综合监测系统。本发明涉及一种针对海洋导管架平台结构的安全监测系统，是基于两种监测技术的3D可视化整合系统。整合系统包括两个监测子系统，分别为应变监测系统和振动监测系统，以达到从上部组块承载力情况、导管架沉降情况和损伤情况三方面多角度反映平台的安全状况的目的。整合系统主要包括3D可视化显示界面、无线信号接收模块、数据综合处理模块、数据结果存储模块、专家诊断模块和特定平台结构模拟分析数据库。数据综合处理模块采用小波变换信号处理方法，将子监测系统预处理的结果进行综合处理，并通过专家诊断模块对计算结果予以诊断，数据和相应诊断结果可按用户需求存储在数据结果存储模块中，并显示在3D可视化界面上。特定平台结构模拟数据库用于振动监测分析，保障监测结果准确性。整合系统的子系统之一为应变监测系统，应变监测系统主要基于结构应变监测的技术原理，通过监测结构表面的应变变化情况来反映平台上部承载变化情况和不均匀沉降情况。子系统包括光纤FBG应变传感器、传输光缆、信号解调单元和无线信号传输装置。光纤FBG传感器采用钛合金基片封装，进行应变监测时将传感器布设在导管架桩头位置，监测单个桩头承载力变化情况，用于判断其是否承载过重，能否引发平台导管架不均匀沉降。将各个桩头监测结果加和能够全面反映整个平台上 部组块承载力变化情况。光纤FBG传感器将采集的信号经传输光缆传输至子系统的信号解调单元，信号解调单元对其进行解调和数据的初步计算，并通过无线传输装置将初步计算结果传输至整合系统的数据综合处理模块进行综合处理分析。整合系统的另一子系统为振动监测系统，振动监测系统基于对整个平台结构的模态响应分析，确定结构的临界频率损伤度，并通过采集的测点的振动频率结果反映导管架的损伤情况，尤其是针对导管架的水下结构。子系统包括加速度传感器、传输电缆、信号处理单元和无线信号传输装置。加速度传感器安装在平台上部，可以持续监测导管架在环境载荷下的响应，传输电缆将测得的加速度信号传输至信号处理单元，信号处理单元将加速度信号转化为振动频率信号以识别导管架的固有摇摆模态，初步处理结果经无线传输装置传输至整合系统的数据综合处理模块进行综合处理分析。本发明海洋导管架平台结构安全综合监测系统所采取的技术方案是一种海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特点是综合监测系统包括可视化显示器、信号接收模块、数据综合处理模块、应变监测系统和振动监测系统；应变监测系统包括光纤FBG应变传感器、传输光缆、信号解调单元和信号传输装置，光纤FBG应变传感器经传输光缆连接信号解调单元，信号解调单元连接信号传输装置；振动监测系统包括加速度传感器、传输电缆、信号处理单元和信号传输装置，加速度传感器经传输电缆连接信号处理单元，信号处理单元连接信号传输装置；数据综合处理模块通过信号接收模块接收应变监测系统和振动监测系统信号，进行数据综合处理后，将处理结果在可视化显示界面上显不O本发明海洋导管架平台结构安全综合监测系统还可以采用如下技术措施所述的海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特点是综合监测系统设有数据结果存储模块和平台结构模拟分析数据库。所述的海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特点是光纤FBG传感器采用钛合金基片封装，进行应变监测时将传感器布设在导管架桩头位置，监测单个桩头承载力变化情况。所述的海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特点是光纤FBG传感器采用钛合金基片封装，布置在每个桩腿的桩头位置，并且距离焊缝部分至少50cm以上，每个桩头的同一标高处布置两组四个传感器。所述的海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特点是光纤FBG传感器下方8-12cm处安装一个温度补偿传感器。所述的海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特点是加速度传感器安装在平台上部，监测导管架在环境载荷下的响应，传输电缆将测得的加速度信号传输至信号处理单元，信号处理单元将加速度信号转化为振动频率信号以识别导管架的固有摇摆模态，处理结果经信号传输装置传输至数据综合处理模块进行综合处理分析。所述的海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特点是信号接收模块为无线信号接收机构，信号传输装置为无线信号发送机构，无线信号接收机构接收无线信号发送机构发送的光纤FBG应变传感器数据信号。所述的海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特点是可视化显示器有3D可视化显示界面。本发明具有的优点和积极效果是海洋导管架平台结构安全综合监测系统由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下创新和优点I)将应变监测技术和振动监测技术整合到一起，多角度、全方位、实时准确地对平台结构进行监测，并给出实时诊断结果。
2)创新性地将光线光栅传感器用于海洋平台结构应变监测，利用其高灵敏度、高稳定性、耐恶劣环境、抗电磁干扰、使用寿命长等优点，能够优于传统应变传感器，更适合于海洋环境应用。3)针对导管架水下结构损伤监测难题，提高监测结果的准确度，整合系统还建立了特定平台结构的模拟分析数据库，通过SACS有限元模拟软件对平台结构进行计算数值模拟，确定引起平台固有频率变化的不同原因，引起平台损伤的原因。数据库中的结果可用于判断监测结果的分析，指导平台结构的安全预警，是对监测结果准确度的进一步保障。4)开发3D可视化整合系统界面，通过3D仿真技术可以将整个平台结构展示在系统界面中，用户可以直接在系统中读取各传感器的数据，以及由这些数据反映出的图形状态，更加形象、生动、易读取和理解。
图I是海洋导管架平台结构安全综合监测系统框架结构示意图；图2是导管架平台现场监测安装示意图。图中，I、加速度传感器，2、传输电缆，3、振动监测系统，4、无线信号传输装置，5、信号处理单元，6、应变传感器，7、温度补偿传感器，8、传输光缆，9、应变监测系统，10、信号解调单元，11、无线信号传输装置，12、无线信号接收模块，13、模拟分析数据库，14、数据综合处理模块，15、存储模块，16、显示界面，17、专家诊断模块。
具体实施例方式为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下参阅附图I和图2。实施例I一种海洋导管架平台结构安全综合监测系统，包括可视化显示器、信号接收模块、数据综合处理模块、数据结果存储模块、专家诊断模块和平台结构模拟分析数据库、应变监测系统和振动监测系统；应变监测系统包括光纤FBG应变传感器、传输光缆、信号解调单元和信号传输装置，光纤FBG应变传感器经传输光缆连接信号解调单元，信号解调单元连接信号传输装置；振动监测系统包括加速度传感器、传输电缆、信号处理单元和信号传输装置，加速度传感器经传输电缆连接信号处理单元，信号处理单元连接信号传输装置；数据综合处理模块通过信号接收模块接收应变监测系统和振动监测系统信号，进行数据综合处理后，将处理结果在可视化显示界面上显示。本实施例的具体安装结构和作用如图I所示为本发明系统的整体框架图，本发明是基于两种监测技术的3D可视化整合系统，图2为导管架平台现 场监测安装示意图。在图2中，整合系统包括两个监测子系统，分别为应变监测系统9和振动监测系统3，以达到从上部组块承载力情况、导管架沉降情况和损伤情况三方面多角度反映平台的安全状况的目的。整合系统主要包括3D可视化显示界面16、无线信号接收模块12、数据综合处理模块14、数据结果存储模块15、专家诊断模块17和特定平台结构模拟分析数据库13。在图2中，进行平台导管架上部组块承载力和导管架沉降监测时，应变监测系统包括光纤FBG应变传感器6、传输光缆8、信号解调单元10和无线信号传输装置11。现场监测时，光纤FBG传感器采用钛合金基片封装，传感器布置在每个桩腿的桩头位置，并且距离焊缝部分至少50cm以上，每个桩头的同一标高处布置两组四个传感器，监测单个桩头承载力变化情况。在距应变传感器下方IOcm处安装一个温度补偿传感器7，用于排除温度变化对传感器的影响。光纤FBG传感器将采集的信号经传输光缆传输至子系统的信号解调单元，信号解调单元对其进行解调和数据的初步计算，并通过无线传输装置将初步计算结果传输至整合系统的信号接收模块，信号接收模块将接收到的信号传递给数据综合处理模块进行综合处理分析。整合系统中的数据综合处理模块会对每个桩腿的受力变化情况进行分析，并通过专家诊断模块判断其超出承载力或不均匀沉降的安全范围，给出实时的诊断结果，最终以数据和图形的形式存储在数据存储模块并展现在3D可视化界面上，供用户读取使用。在图2中进行平台导管架损伤监测时，振动监测子系统包括加速度传感器I、传输电缆2、信号处理单元5和无线信号传输装置4。该子系统基于对整个平台结构的模态响应分析，确定结构的临界频率损伤度，并通过采集的测点的振动频率结果反映导管架的损伤情况，尤其是针对导管架的水下结构。现场监测时，加速度传感器通过粘贴的方式安装在平台上部四个角上，持续监测导管架在环境载荷下的响应，传输电缆将测得的加速度信号传输至信号处理单元，信号处理单元将加速度信号转化为振动频率信号以识别导管架的固有摇摆模态，初步处理结果经无线传输装置传输至整合系统的信号接收模块，信号接收模块将接收到的信号传递给数据综合处理模块进行综合处理分析。整合系统中专门设置特定平台结构的模拟分析数据库，通过SACS有限元模拟软件对平台结构进行计算数值模拟，确定引起平台固有频率变化的不同原因，引起平台损伤的原因。与现场监测数据进行对比和分析，由专家诊断模块将模拟数据库中的数据与现场实测数据进行对比分析，给出结构损伤与否的诊断结果，最终以数据和图形的形式存储在数据存储模块并展现在3D可视化界面上，供用户读取使用。上述各实施例中，各部件、设施位置、传感器选型、结构模拟分析软件的选取都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，对个别部件进行的改进和等同变换、及相关参数的变动，不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特征是综合监测系统包括可视化显示器、信号接收模块、数据综合处理模块、应变监测系统和振动监测系统；应变监测系统包括光纤FBG应变传感器、传输光缆、信号解调单元和信号传输装置，光纤FBG应变传感器经传输光缆连接信号解调单元，信号解调单元连接信号传输装置；振动监测系统包括加速度传感器、传输电缆、信号处理单元和信号传输装置，加速度传感器经传输电缆连接信号处理单元，信号处理单元连接信号传输装置；数据综合处理模块通过信号接收模块接收应变监测系统和振动监测系统信号，进行数据综合处理后，将处理结果在可视化显示界面上显示。
2.根据权利要求I所述的海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特征是综合监测系统设有数据结果存储模块和平台结构模拟分析数据库。
3.根据权利要求I或2所述的海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特征是光纤FBG传感器采用钛合金基片封装，进行应变监测时将传感器布设在导管架桩头位置，监测单个桩头承载力变化情况。
4.根据权利要求I或2所述的海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特征是光纤FBG传感器采用钛合金基片封装，布置在每个桩腿的桩头位置，并且距离焊缝部分至少50cm以上，每个桩头的同一标高处布置两组四个传感器。
5.根据权利要求4所述的海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特征是光纤FBG传感器下方8-12cm处安装一个温度补偿传感器。
6.根据权利要求I或2所述的海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特征是力口速度传感器安装在平台上部，监测导管架在环境载荷下的响应，传输电缆将测得的加速度信号传输至信号处理单元，信号处理单元将加速度信号转化为振动频率信号以识别导管架的固有摇摆模态，处理结果经信号传输装置传输至数据综合处理模块进行综合处理分析。
7.根据权利要求I或2所述的海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特征是信号接收模块为无线信号接收机构，信号传输装置为无线信号发送机构，无线信号接收机构接收无线信号发送机构发送的光纤FBG应变传感器数据信号和加速度传感器数据信号。
8.根据权利要求I或2所述的海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特征是可视化显示器有3D可视化显示界面。
全文摘要
本发明涉及一种海洋导管架平台结构安全综合监测系统。本发明属于平台安全监测技术领域。一种海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特点是综合监测系统包括可视化显示器、信号接收模块、数据综合处理模块、应变监测系统和振动监测系统；应变监测系统光纤FBG应变传感器经传输光缆连接信号解调单元，信号解调单元连接信号传输装置；振动监测系统加速度传感器经传输电缆连接信号处理单元，信号处理单元连接信号传输装置；数据综合处理模块通过信号接收模块接收应变监测系统和振动监测系统信号，进行数据综合处理后，将处理结果在可视化显示界面上显示。本发明具有高灵敏度、高稳定性、使用寿命长，数据结果直观，实时在线监测，达到预报警目的等优点。
文档编号G01H17/00GK102901560SQ20121041203
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者胡欣 申请人:天津亿利科能源科技发展股份有限公司