專利名稱：分布式船舶結構實時在線安全監(jiān)測評估系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及分布式船舶結構實時在線長期安全監(jiān)測評估系統(tǒng)，該監(jiān)測評估系統(tǒng)主要用于船舶結構安全監(jiān)測，將采集器以分布式形式布置于船舶的各個測量部位，對船舶結構典型部位和整體安全狀態(tài)進行在線評估，也可擴展用于土木工程和海洋平臺等大型結構的安全監(jiān)測
背景技術：
隨著社會發(fā)展和人們安全意識的增強，人們對安全生產越來越重視，人們希望及時掌控進行生產作業(yè)的大型承載機構的安全性能狀況，使設備始終處于安全狀態(tài)，避免事故的發(fā)生，例如避免船舶殼體破壞，橋梁垮塌，起重塔架過載折斷等。目前應用于船舶結構健康監(jiān)測的分布式采集系統(tǒng)存在體積大、功耗大、不能遠距離傳輸、配置不靈活、需單獨供電、應變導線較長容易受干擾、不能長時間連續(xù)工作以及不具備在線結構安全評估功能等缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種分布式船舶結構實時在線安全監(jiān)測評估系統(tǒng)，用于測量船舶結構承載變化時結構受力變化情況，通過監(jiān)測結構的應力應變情況來評估結構的健康狀況，從而避免危險事故發(fā)生。本發(fā)明的技術方案如下
一種分布式船舶結構實時在線安全監(jiān)測評估系統(tǒng)，由結構監(jiān)測傳感器、CAN或RS485應變采集器、船用一體化加固計算機、船舶結構在線安全監(jiān)測評估模塊以及電源通信電纜組成；
所述結構監(jiān)測傳感器與CAN或RS485應變采集器連接，CAN或RS485應變采集器采集結構監(jiān)測傳感器輸入的模擬信號；CAN或RS485應變采集器之間，以及CAN或RS485應變采集器與船用一體化加固計算機之間通過電源通信電纜相連接；船用一體化加固計算機內部的30V直流電源提供CAN或RS485應變采集器的工作電壓；船用一體化加固計算機內部的CAN/RS485通信模塊實現(xiàn)CAN或RS485應變采集器與船用一體化加固計算機之間的通信；船舶結構在線安全監(jiān)測評估模塊與船用一體化加固計算機連接，實現(xiàn)自動數(shù)據(jù)采集、分析、存儲及結構評估功能。其進一步的技術方案為所述結構監(jiān)測傳感器包括電阻應變計、壓力傳感器以及加速度傳感器。其進一步的技術方案為所述CAN或RS485應變采集器具有四個通道，具有全橋、半橋、1/4橋、三線制1/4橋形式，具有恒流源和恒壓源兩種橋源形式，功耗小于0. 5w。其進一步的技術方案為所述船用一體化加固計算機內部具有CAN/RS485通信模塊、30V直流穩(wěn)壓電源、顯示器、小鍵盤，具有金屬防震外殼。其進一步的技術方案為所述電源通信電纜線為5芯船用阻燃屏蔽電纜。
其進一步的技術方案為所述結構監(jiān)測傳感器與CAN或RS485應變采集器之間的距離小于2m。本發(fā)明的有益技術效果是
本發(fā)明應用于實船安全監(jiān)測，具有導線用量少、測量信號受干擾小、組網靈活、組網規(guī)模大、單電源供電、傳輸距離遠、通信可靠性高、功耗低以及體積小等優(yōu)點。能夠實時長期在線監(jiān)測船舶結構受力情況，并實時做出結構狀態(tài)評估，一次安裝可以連續(xù)使用數(shù)年，對保證船舶的安全使用以及維修、設計具有重要意義。


圖I是本發(fā)明的結構框圖。 圖2是船舶結構在線安全監(jiān)測評估模塊的結構框圖。圖3是本發(fā)明的實施布置示意圖。圖中I一結構監(jiān)測傳感器，2—CAN或RS485應變采集器，3—船用一體化加固計算機，4一船舶結構在線安全監(jiān)測評估模塊，5—電源通信電纜，6—船體。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進一步說明。如圖I所示，本發(fā)明由結構監(jiān)測傳感器1、CAN或RS485應變采集器2，船用一體化加固計算機3、上位機的船舶結構在線安全監(jiān)測評估模塊4以及電源通信電纜5組成。結構監(jiān)測傳感器I包括電阻應變計、壓力傳感器、加速度傳感器等，結構監(jiān)測傳感器I與CAN或RS485應變采集器2連接，將感知的模擬變化信號輸入至CAN或RS485應變采集器2。CAN或RS485應變采集器2是指以CAN或RS485總線作為通信方式的應變采集器，該應變采集器能夠將結構監(jiān)測傳感器I輸入的模擬量轉化為數(shù)字量并經數(shù)字信號處理后經CAN或RS485總線以數(shù)字信號形式傳輸至船用一體化加固計算機3。每個CAN或RS485應變采集器2有四個通道，每個通道可以根據(jù)需要設置成全橋、半橋、1/4橋、三線制1/4橋等橋路形式，橋源模式可以選擇恒壓激勵或恒流激勵。功耗小于0. 5w0 CAN或RS485應變采集器2還可以根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)網絡規(guī)模大小進行通信波特率和采樣頻率設置。CAN或RS485應變采集器2同時具有功耗低、體積小、工作距離遠等優(yōu)點。船用一體化計加固算機3是將計算機和液晶顯示器集成為一體的加固計算機系統(tǒng)，核心模塊是主板模塊，內含CPU、存貯器、圖形控制器、IDE控制器、以太網控制器以及PCI-TO-PCI橋等；同時，通過CPCI總線上配置CAN總線管理模塊和異步通信模塊，實現(xiàn)CAN總線通訊、異步通訊等功能。船用一體化計加固算機3內部具有供CAN或RS485應變采集器2正常工作使用的專用30V直流穩(wěn)壓電源，由船用一體化加固計算機3集中供電；外部附帶方便用戶交互操作的儀表化小鍵盤，共12個按鍵，實現(xiàn)使用人員與監(jiān)測系統(tǒng)的人機交互，查看監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進行參數(shù)設置。還具有金屬防震外殼。船舶結構在線安全監(jiān)測評估模塊4安裝在與船用一體化計加固算機3連接的上位機內，由用戶管理模塊、界面顯示模塊、傳感器測點設置模塊、采集控制模塊、結構狀態(tài)評估模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊以及數(shù)據(jù)通信解析模塊等組成，如圖2所示。用戶管理模塊用于管理不同級別用戶的信息和操作權限，針對不同的用戶具有不同的操作界面，這樣可以保證未經授權的用戶不能登錄管理員界面進行參數(shù)設置、歷史數(shù)據(jù)查看等操作。界面顯示模塊用于實時顯示各測點處的應變值及在一段時間內的結構應力應變趨勢圖，壓力、加速度和各個統(tǒng)計量的結果顯示，以及船舶結構典型部位和整體安全評估顯示等。測點設置模塊用于對船舶結構每個測點對應的采集器通道號進行設置，對各采集器通道的測量系數(shù)、測點位置及屬性等進行設置，所有參數(shù)保存在數(shù)據(jù)庫文件中。測點設置模塊同時還具備修改、添加、刪除測點等功能。采集控制模塊具有手動啟動采集功能和開機自動采集功能，為便于用戶的操作，船用一體化加固計算機上電時，監(jiān)測模塊便直接進入數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，進行數(shù)據(jù)自動采集。結構狀態(tài)評估模塊具有船舶結構典型部位和船舶結構整體狀態(tài)評估功能。數(shù)據(jù)管理模塊具有對采集數(shù)據(jù)的存儲、回放和數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能。查詢模塊具有客戶界面下實時顯示指定測點測量數(shù)據(jù)變化趨勢和管理員界面下查詢指定測點不同時段數(shù)據(jù)功能。數(shù)據(jù)通信解析模塊用于實現(xiàn)CAN或RS485通信接口的打開、初始化、關閉，實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)各種命令的發(fā)送，并將接收到的數(shù)據(jù)按照規(guī)定協(xié)議格式進行解析和判斷，獲取正確的測量數(shù)據(jù)。
實際使用時，按以下步驟進行實施
(I)根據(jù)船舶結構監(jiān)測任務對結構監(jiān)測傳感器I的種類和數(shù)量進行統(tǒng)計，即統(tǒng)計電阻應變計、壓力傳感器和加速度傳感器的數(shù)量。一般情況下，電阻應變計傳感器應用最多；而加速度傳感器、壓力傳感器較少，分別為I 2個。(2)根據(jù)結構監(jiān)測傳感器I的數(shù)量配置CAN或RS485應變采集器2的數(shù)量。每個CAN或RS485應變采集器2可連接4個結構監(jiān)測傳感器1，CAN或RS485應變采集器2就近布置于結構監(jiān)測傳感器I的附近，用于連接的導線長度小于2米。(3)根據(jù)船舶結構監(jiān)測任務確定結構監(jiān)測傳感器I和船用一體化加固計算機3的具體安裝位置。(4)確定電源通信電纜5的總長度，并制作電源通信連接電纜5。總長度根據(jù)相鄰CAN或RS485應變采集器2之間的安裝距離和數(shù)目確定，并留有20%的余量。電源通信電纜線5為一根5芯船用屏蔽阻燃電纜線，實現(xiàn)單線供電和通信傳輸。制作時根據(jù)每兩個CAN或RS485應變采集器2之間的實際長度進行截取，電纜的第1、2芯用于電源供電，第3、4芯用于CAN或RS485通信，第5芯用作通信地線，相應地用5芯航空連接器作為連接頭，實現(xiàn)每兩個CAN或RS485應變采集器2之間、以及CAN或RS485應變采集器2與船用一體化加固計算機3之間的連接。(5)結構監(jiān)測傳感器I的安裝。根據(jù)結構監(jiān)測傳感器I的相應安裝規(guī)程進行安裝和保護。(6)硬件系統(tǒng)安裝。結構監(jiān)測傳感器I安裝完成后，將CAN或RS485應變采集器2和船用一體化加固計算機3按照預計位置進行安裝，并將結構監(jiān)測傳感器I分別連接于各個CAN或RS485應變采集器2的各個通道，用制作好的電源通信電纜5將各個CAN或RS485應變采集器2和船用一體化加固計算機3連接貫通為一個分布式網絡結構，即以CAN或RS485應變采集器2為基本單元的分布式監(jiān)測網絡，如圖3所示。(7)船舶結構在線安全監(jiān)測評估模塊4的配置。根據(jù)結構監(jiān)測傳感器I的種類進行CAN或RS485應變采集器2的每個通道橋路和系數(shù)的設置，并建立結構監(jiān)測傳感器I和CAN或RS485應變采集器2通 道之間的對應關系。(8)系統(tǒng)綜合聯(lián)調。系統(tǒng)安裝完成后，進行系統(tǒng)的整體聯(lián)調，聯(lián)調主要對以下幾方面進行驗證
a)船用一體化加固計算機3、所有應變采集器2是否上電正常；
b)船舶結構實時在線安全監(jiān)測評估模塊4啟動運行是否正常；
c)系統(tǒng)通信是否正常；
d)結構監(jiān)測傳感器I工作是否正常；
e)結構監(jiān)測傳感器I與應變采集器2的設置通道是否對應。(9)執(zhí)行監(jiān)測任務。系統(tǒng)綜合聯(lián)調正常后，進入連續(xù)執(zhí)行監(jiān)測任務階段。系統(tǒng)工作流程為在執(zhí)行監(jiān)測任務過程中，CAN或RS485應變采集器2實時采集監(jiān)測點處的船舶結構應力應變、加速度等信息，并按照規(guī)定的通信協(xié)議將數(shù)據(jù)經CAN或RS485總線網絡傳送給船用一體化加固計算機3，船用一體化加固計算機3接收各CAN或RS485應變采集器2上傳的數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進行處理并存儲，實時顯示各監(jiān)測點結構受力變化的趨勢圖，并由上位機的船舶結構在線安全監(jiān)測評估模塊4對船舶結構狀態(tài)進行評估判斷。安全狀態(tài)的評估分為兩種模式，分別是基于單個測點數(shù)據(jù)和多個測點數(shù)據(jù)的評估?；趩蝹€測點數(shù)據(jù)的局部高應力的安全評估主要引入相應規(guī)范標準中的閾值進行處理，這類監(jiān)測主要針對船體結構的典型部位和需要關注的應力集中區(qū)域?；诙鄠€測點數(shù)據(jù)的整體結構安全評估結合船舶結構的力學分析從而合理的布置測點位置，通過對多個測點數(shù)據(jù)特征變化的分析，對結構隨載荷歷程和時間歷程下的整體安全狀態(tài)進行一定置信概率下的統(tǒng)計推斷。系統(tǒng)設置自動預警功能，若評估結果在可接受安全范圍內，則安全預警燈顯示為綠色；反之，則預警燈顯示為紅色并閃爍，同時發(fā)出警報聲以示提醒，警報發(fā)生前后的數(shù)據(jù)、時間等相關信息將會自動保存于數(shù)據(jù)庫之中，以備查驗。以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明不限于以上實施例?？梢岳斫?，本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的基本構思的前提下直接導出或聯(lián)想到的其他改進和變化，均應認為包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種分布式船舶結構實時在線安全監(jiān)測評估系統(tǒng)，其特征在于由結構監(jiān)測傳感器(I)、CAN或RS485應變采集器(2 )、船用一體化加固計算機(3 )、船舶結構在線安全監(jiān)測評估模塊(4)以及電源通信電纜(5)組成； 所述結構監(jiān)測傳感器(I)與CAN或RS485應變采集器(2 )連接，CAN或RS485應變采集器(2)采集結構監(jiān)測傳感器(I)輸入的模擬信號；CAN或RS485應變采集器(2)之間，以及CAN或RS485應變采集器(2)與船用一體化加固計算機(3)之間通過電源通信電纜(5)相連接；船用一體化加固計算機(3)內部的30V直流電源提供CAN或RS485應變采集器(2)的工作電壓；船用一體化加固計算機(3)內部的CAN/RS485通信模塊實現(xiàn)CAN或RS485應變采集器(2)與船用一體化加固計算機(3)之間的通信；船舶結構在線安全監(jiān)測評估模塊(4)與船用一體化加固計算機(3)連接，實現(xiàn)自動數(shù)據(jù)采集、分析、存儲及結構評估功能。
2.根據(jù)權利要求I所述分布式船舶結構實時在線安全監(jiān)測評估系統(tǒng)，其特征在于所述結構監(jiān)測傳感器(I)包括電阻應變計、壓力傳感器以及加速度傳感器。
3.根據(jù)權利要求I所述分布式船舶結構實時在線安全監(jiān)測評估系統(tǒng)，其特征在于所述CAN或RS485應變采集器(2)具有四個通道，具有全橋、半橋、1/4橋、三線制1/4橋形式，具有恒流源和恒壓源兩種橋源形式，功耗小于0. 5w。
4.根據(jù)權利要求I所述分布式船舶結構實時在線安全監(jiān)測評估系統(tǒng)，其特征在于所述船用一體化加固計算機(3 )內部具有CAN/RS485通信模塊、30V直流穩(wěn)壓電源、顯示器、小鍵盤，具有金屬防震外殼。
5.根據(jù)權利要求I所述分布式船舶結構實時在線安全監(jiān)測評估系統(tǒng)，其特征在于所述電源通信電纜線(5)為5芯船用阻燃屏蔽電纜。
6.根據(jù)權利要求I所述分布式船舶結構實時在線安全監(jiān)測評估系統(tǒng)，其特征在于所述結構監(jiān)測傳感器(I)與CAN或RS485應變采集器(2)之間的距離小于2m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分布式船舶結構實時在線安全監(jiān)測評估系統(tǒng)，由結構監(jiān)測傳感器、CAN或RS485應變采集器、船用一體化加固計算機、船舶結構在線安全監(jiān)測評估模塊以及電源通信電纜組成。本發(fā)明以應變采集器為基本單元組成分布式監(jiān)測網絡，每個應變采集器布置于結構監(jiān)測傳感器附近，由船用一體化加固計算機內部電源集中供電，所有應變采集器將采集的數(shù)據(jù)通過CAN或RS485總線實時傳輸至一體化加固計算機，由上位機船舶結構在線安全監(jiān)測評估模塊對采集的數(shù)據(jù)進行解碼分析、數(shù)字信號處理及存儲，并對船舶結構典型部位和整體安全狀態(tài)進行在線評估，本系統(tǒng)也可擴展用于土木工程和海洋平臺等大型結構的安全監(jiān)測。
文檔編號B63B9/00GK102632967SQ20121008980
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權日2012年3月30日
發(fā)明者向楊君, 吳國慶, 張金佐, 楊華偉, 葛沈瑜, 黃進浩 申請人:中國船舶重工集團公司第七○二研究所