一种海洋平台导管架探伤检测方法与流程

本发明属于海洋平台监测技术领域，尤其涉及一种海洋平台导管架探伤检测方法。

背景技术：

海洋平台长期服役在海洋环境下，并受到各种载荷的作用，各种海洋装备运输，长期经受环境腐蚀，海浪冲刷，海风侵蚀等影响，导管架结构容易产生各种形式的损伤，一旦发生事故，不仅可能造成大量经济损失，甚至可能造成人员伤亡。因此对长期服役的海洋平台进行健康监测是很有必要的。

常见的超声探伤在高桩码头上应用时候，对于空心结构，在探测过程中误差很大，且无法留下检测数据。利用频率响应函数进行结构探伤也是很不错的方法，利用结构损伤处结构频率响应函数变化，对码头桩损伤位置进行确定。但是无法准确给出损伤发生时间。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，发明一种海洋平台导管架探伤检测方法，主要应用采集到的数据进行瞬态动力学分析，利用matlab的小波分析法，对采样数据进行小波变换处理，通过波型的变化与波包分解对采样的瞬态响应数据进行分析，从而确定损伤的发生时间和发生位置。

一种海洋平台导管架探伤检测方法，采用的技术方案如下：

步骤一、根据具体的导管架类型选择合适的传感器，并将传感器合理的布置在导管架上，传感器布置采用两级布置；导管架自上而下间距5m布置8个传感器称为一级传感器，编号为a1-a8，在8个一级传感器两两之间再布置在布置4个二级传感器，编号分别为b1-b4、b5-b8、b9-b12、b13-b16、b17-b20、b21-b24、b25-b28。传感器布置如图2所示；

步骤二、将传感器采集到的数据通过数据采集器进行采集，再经过信号适调、放大滤波、a/d转换,最后得到信号的数字模型；

步骤三、将数据采集器处理后得到的数字信号传输到计算机，计算机借助matlab进行计算分析；

步骤四、采用小波阈值去噪法保护有用的信号尖峰和突变信号，由于海洋环境复杂，传感器在采集导管架信号应力变化的同时还受到风浪潮涌等外界信号的干扰，为了得到准确的导管架压力变化信号，必须对采样信号进行降噪处理；

步骤五、小波变换后得到的小波系数可以提供信号数据时间和频率信息，小波系数也会随着结构参数的变化相应地发生一定的变化，通过对比小波系数的变化就能确定损伤发生的时间；

步骤六、结构刚度的变化引起的结构响应数据的变化会在小波能量分布上表现出来，发生损伤的结构处会有明显的能量变化波动，将小波处理后得到的数据进行波包能量计算从而确定损伤大致发生位置；

步骤七、确认损伤发生后开启二级传感器，对二级传感器采集到数据进行小波包能量计算从而对损伤位置进行准确定位。

本专利用小波函数分析，实现导管架海洋平台结构损伤的实时在线监测，从而为海洋平台结构的安全评价与寿命预测提供科学依据，对于降低海洋平台结构的安全隐患和运行风险，提高海上油田开发的总体经济效益，都将产生积极的意义。

附图说明

图1是海洋平台简易模型图；

图2是导管架上传感器位置分布图；

图3是小波阈值降噪流程图；

图4是导管架损伤探测流程图。

图中：1、海洋平台；2、导管架；3、导管架固定装置。

具体实施方式

本发明提供一种海洋平台导管架的探伤方法，具体的步骤如下：

步骤一、传感器是为了测量导管架在动态响应下的参数的变化，一般的传感器包括压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器等。根据海洋复杂环境，本监测方案选择应变式压力传感器。传感器布置在图1中的导管架2上面，具体的位置布置方式按照图2所示。

步骤二、数据采集系统由信号适调、放大滤波、a/d转换等几个主要模块组成，为保证采集到的数据信号的精度，本专利采用18位的a/d转换器，对于低频的数据采集更加准确。

步骤三、将采集的经过转换后的数字信号通过计算机传送到matlab里。

步骤四、将步骤三中得到的信号进行小波降噪处理，整个降噪过程流程图如图3所示，详细的去噪过程如下：

a．将原始信号进行小波处理；

基本小波函数做位移τ后，再在不同尺度α下，与采集信号作内积，即

为尺度因子；

为位移；

b．经过步骤（a）处理后的信号在低频和高频处得到细化，利用小波函数尺度因子对信号进行伸缩变换，通过平移因子记录下信号在时间轴上的信息，通过改变平移因子可以得到不同时间处的小波系数，计算得到原始信号的小波系数；

c．添加系数置零器，即阈值函数，过滤小波系数较小的干扰信号；由于干扰信号的小波系数较小，所以将小波处理后的信号通过系数置零器将小波系数在[-3*sigma，3*sigma]的信号去除，大于3*sigma的信号保留；整个小波阈值去噪法的原理如图3所示。

步骤五、确定导管架损伤发生时间，具体方法如下：

利用步骤四得到的降噪处理后的信号以及各时间出的小波系数，采用小波系数作为导管架损伤发生时间的识别指标，通过改变平移因子得到不同时间处的小波系数，由于导管架损伤会引起小波系数的突变，最后通过对比小波系数的变化确定损伤发生的时间。

步骤六、确认导管架损伤发生的位置：

a.将步骤四得到的去噪后的有效信号进行小波包分解，即借助小波变换并在各个尺度上对每个子代都降半划分得到完全的信号频带分析，从而得到比小波分析更精细的分解；

b.计算波包能量，能量变化和sad、能量变化平方和ssd、能量比变化偏差值ervd

式中：

m为能量较大频带的数目；

j为采样点的编号即传感器编号；

为完好结构响应的各频带能量；

为损伤结构响应的各频带能量；

能量变化比ervp；

能量比分别为结构在健康和损伤状态下第p个特征频带的能量比；

为各特征频带能量比变化的平均值；

c.结构刚度的变化引起的结构响应数据的变化会在小波能量分布上表现出来，发生损伤的结构处会有明显的能量变化波动，因此将波包能量作为导管架损伤位置识别指标；

d.对比找到个哪个传感器位置处能量特征指标发生突变，进而大致确定出损伤发生位置。

步骤七、精确定位导管架损伤发生位置：

根据步骤五确认损伤结构大致发生的位置，根据大致位置确认开启对应的二级传感器，将二级传感器采集到的数据进行步骤五小波包处理，对比找出能量发生突变的位置，由于二级传感器的布置间隔为1m，所以可以将损伤发生位置精确到1m范围内。