应用于浅海导管架海洋平台上的远程无线振动监测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用于浅海导管架海洋平台上的远程无线振动监测装置，其包括单片机、单片机外围电路、系统主控单元、数传接口模块、数据存储单元、ADC转换电路、信号调理电路、无线接收单元、无线采集单元、加速度传感器，无线采集单元与多个加速度传感器相连，无线采集单元依次经过无线接收单元、信号调理电路、ADC转换电路后与单片机连接，单片机分别与单片机外围电路、系统主控单元、数传接口模块、数据存储单元相连。本发明低功耗、高性能、模块化、高数据率、低误码率、高健壮性，且安装迅速。
【专利说明】应用于浅海导管架海洋平台上的远程无线振动监测装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种检测装置，特别是涉及一种应用于浅海导管架海洋平台上的远程 无线振动监测装置。
【背景技术】
[0002] 振动测试方法是近年来新兴的一种对大尺度工程结构进行安全评估及剩余使用 寿命预测的工程实验方法，它具有成本低、测试施工简易方便、不影响正常生产等优点，可 广泛应用于各种工程结构的健康度实时监测和无损探伤领域。目前流行的振动测试方法主 要分为以下三类：
[0003] (1)环境激励方法
[0004] 环境激励方法使用各种外界环境力作为结构振动测试的振源，这些外界环境力主 要包括：风力、地震力、波浪和潮汐力，工作载荷，如车辆和火车过桥时对桥结构的作用力。
[0005] 在以上各种外界环境激励的作用下，目标结构的输出振动响应由一套传感器系统 收集起来。在对激振源做出一定的普通假设（如稳态、白噪声、单向或是已知多向振源等） 的前提下，进行实验数据的模态识别，从而可以将目标结构的各项模态特征从实测数据中 提取出来。环境振动激励方法的主要优点是费用少、对结构正常工作影响小、适合进行长期 监测。
[0006] (2)强迫激励方法
[0007] 强迫激励方法使用人为制造的激振源作为结构系统的振动激励，在一般情况下， 都使用激振机作为强迫激励源。与环境激励方法相比，强迫激励方法具有多方面的优势。因 为激振源的各项参数可以人为精确设定，使得在数据采集和处理过程中的不确定性大为减 少，从而赋予了研究人员更大的自由度。另外，通过采用过滤器或是调高人工振源的振幅， 可以很容易将结构对已知振源的特定响应从对其他环境载荷的振动响应和噪声中分离出 来，从而降低了实测数据处理的难度。相对于环境振动方法，强迫振动方法需要配置人工激 振设备，因此增加了额外的费用。
[0008] (3)自由振动方法
[0009]自由振动方法的原理是将弹性结构拖离其静止位置后突然释放，使系统产生自由 衰减运动，通过对自由振动的测量数据进行分析，可以得到结构的各项性质。
[0010] 到目前为止，使用振动测试方法对结构物进行无损探伤还主要应用于桥梁等构造 简单的工程结构物，并且只能得到结构损伤的大致范围，而结构损伤精确定位的实现，目前 还仅局限于在实验室的单一环境中对简单结构物进行研究。
[0011] 近年来用于桥梁、铁路等结构破坏监测的振动测试技术的研究已在国内展开，并 有所应用；浑浊水下成像技术、水下超声三维成像技术、浅层剖面探测技术、水下坑型扫描 探测技术已经有一定基础。利用现有技术，开发便携式可移动的振动检测仪，是海洋平台安 全保障技术的一个重要发展方向。
[0012] 传统的工业界振动监测方法主要是手持式振动巡检仪，即人为通过手持式振动巡 检仪监测每个点的振动参数。这种方法的缺点是需要投入很大的人力，对于现场工作环境 比较恶劣的场合，操作人员的身心健康受到很大的影响，这种方式不能自动进行数据的存 储，也无法实现实时的远程监测；且操作难度大、劳动强度高、生产效率很低，不能满足市场 发展的需要。此外，工业界的检测仪一般用于工厂环境轴承检测、风力电机、动车等领域，无 采集点同步要求，本系统是专门用在海洋平台上，需要全局振型数据。
[0013] 传统振动测试仪通常采用测点与主机分离的，集中控制工作模式；系统扩展能力 较弱，且测点的测量精度、频率响应范围、智能化程度、系统数据采集、记录、传输、处理的方 式方法等指标无法满足精确模态分析的需求。
【发明内容】
[0014] 本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于浅海导管架海洋平台上的远程无 线振动监测装置，其低功耗、高性能、模块化、高数据率、低误码率、高健壮性，且安装迅速。
[0015] 本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种应用于浅海导管架海洋 平台上的远程无线振动监测装置，其特征在于，其包括单片机、单片机外围电路、系统主控 单元、数传接口模块、数据存储单元、ADC转换电路、信号调理电路、无线接收单元、无线采集 单元、加速度传感器，无线采集单元与多个加速度传感器相连，无线采集单元依次经过无线 接收单元、信号调理电路、ADC转换电路后与单片机连接，单片机分别与单片机外围电路、系 统主控单元、数传接口模块、数据存储单元相连。
[0016] 优选地，所述单片机采用STM32F208单片机，单片机与单片机外围电路组成中央 处理电路。
[0017] 优选地，所述无线接收单元、无线采集单元均使用Zigbee无线通信模块或Wi-Fi 无线通信模块，并辅以高速USB数传接口。
[0018] 优选地，所述加速度传感器选用由美国Silicon Designs公司生产的加速度计 Model 4803A。
[0019] 本发明的积极进步效果在于：本发明低功耗、高性能、模块化、高数据率、低误码 率、高健壮性，且安装迅速。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为本发明应用于浅海导管架海洋平台上的远程无线振动监测装置的结构示 意图。
[0021] 图2为本发明中数据存储单元的电路示意图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
[0023] 如图1和图2所示，本发明应用于浅海导管架海洋平台上的远程无线振动监测装 置包括单片机、单片机外围电路、系统主控单元、数传接口模块、数据存储单元、ADC转换电 路、信号调理电路、无线接收单元、无线采集单元、加速度传感器，无线采集单元与多个加速 度传感器相连，无线采集单元依次经过无线接收单元、信号调理电路、ADC转换电路后与单 片机连接，单片机分别与单片机外围电路、系统主控单元、数传接口模块、数据存储单元相 连。单片机采用STM32F207VGT6单片机，单片机与单片机外围电路组成中央处理电路。无线 接收单元、无线采集单元均使用Zigbee无线通信模块或Wi-Fi无线通信模块，并辅以高速 USB数传接口。单片机负责检测系统的整体工作状态，协调系统各组件的工作模式，记录工 作日志等辅助工作。无线采集单元可根据噪声环境的不同采用优化算法，以软硬件结合的 方式，对传感器前端的宽带输入信号进行频带筛选，以滤除干扰噪声，提高信号噪声比；同 时进行传统上依赖系统主机完成的信号调理、数据采集、及数据记录等绝大部分测控功能。 这种分布式采集处理的工作模式一方面简化了系统主机的复杂程度、提高了系统冗余度和 可靠性，同时极大地增强系统的整体处理能力，为系统功能的进一步扩展提供了足够的空 间。无线采集单元包括存储器、模拟信号调整电路、无线数传单元，存储器使用SD卡进行数 据存储；模拟信号调整电路主要包括ADC和集成运算放大器和滤波电路；无线数传单元使 用Zigbee无线通信模块或Wi-Fi无线通信模块，并辅以高速USB数传接口。
[0024] 加速度传感器选用由美国Silicon Designs公司生产的加速度计Model4803A。这 是一种电容型微机械加速度传感器，它具有低功耗、高灵敏度、低噪声、宽频带、性价比好等 优点，基本可以满足平台振动检测的要求。其主要性能指标如表1所示：
[0025] 表 1
[0026]
【权利要求】
1. 一种应用于浅海导管架海洋平台上的远程无线振动监测装置，其特征在于，其包括 单片机、单片机外围电路、系统主控单元、数传接口模块、数据存储单元、ADC转换电路、信号 调理电路、无线接收单元、无线采集单元、加速度传感器，无线采集单元与多个加速度传感 器相连，无线采集单元依次经过无线接收单元、信号调理电路、ADC转换电路后与单片机连 接，单片机分别与单片机外围电路、系统主控单元、数传接口模块、数据存储单元相连。
2. 如权利要求1所述的应用于浅海导管架海洋平台上的远程无线振动监测装置，其特 征在于，所述单片机采用STM32F208单片机，单片机与单片机外围电路组成中央处理电路。
3. 如权利要求1所述的应用于浅海导管架海洋平台上的远程无线振动监测装置，其特 征在于，所述无线接收单元、无线采集单元均使用Zigbee无线通信模块或Wi-Fi无线通信 模块，并辅以高速USB数传接口。
4. 如权利要求1所述的应用于浅海导管架海洋平台上的远程无线振动监测装置，其 特征在于，所述加速度传感器选用由美国Silicon Designs公司生产的加速度计Model 4803A。
【文档编号】G01H1/00GK104121981SQ201410400581
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】辛峻峰, 张永波, 韩兆林, 刘园园, 王海青 申请人:青岛科技大学