装备结构健康监测系统2

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1、装备结构健康监测系统2014年2月11日目录1.背景2.系统组成32.1系统功能32.2系统架构32.3系统主要驶件设计42.4系统软件设计63.科研周期94.经费需求91.背景海上石油钻井平台承载大型结构的石油钻井装备，在钻探过程中由于这些装备受力不匀或是倾斜挤压会导致其结构产生变形，严重的甚至导致结构损坏，无法顺利完成平台工作任务。为避免岀现上述情况，需采用相应的结构健康监测手段对石油装备的结构受力状况、应力分布进行实时监测，并通过分析评估对可能岀现的结构健康安全隐患及时进行预警以保证石油开采工作的正常进行，降

2、低维护成本，提高设备完整性，延长使用寿命。2.系统组成2.1系统功能装备结构健康监测系统主要用于实时监测石油装备的结构受力状况、应力分布，便于掌握结构变形趋势情况；并在超过预定变形值时进行预警，以帮助操作人员采取必要措施，避免造成局部过度挤压，造成形变损坏，严重影响生产的事故现象发生。2.2系统架构系统主要由光纤光栅传感器了系统与光纤光栅解调了系统构成。光纤光栅传感器子系统安装部署丁监测现场的装备结构监测部位，用于监测结构形变应力；光纤光栅解调子系统安装部署于监控室,用于将检测现场采集的信号解调还原为应变数据。I监

3、控室光纤光栅解调仪服务器2.3系统主要硬件设计1）工控机用于接收解调仪的上传数据，解调传感阵列的应变信息并显示,同吋通过解调仪模块控制高速光开关实现对不同传感阵列的切换。配置为：windows操作系统；对于静态解调系统，采用P42.0G以上的CPU、256MB以上内存配置电脑即可。2）解调仪采用基于体光栅结构的FBG解调系统方案。由宽谱光源、光纤环行器组件、高速光开关模块、波长解调模块等组成。3）应变传感器传感阵列由温度/压力光栅传感器串联而成，传感器波长范围在1525~1605nm以内，同一路阵列传感器之间波长差

4、应控制。由于应变传感器同时受到温度和应变的影响，所以在每个传感器所占的波段范围时，要综合考虑这两个因素的影响。a）假定现场温度变化范围是・20°C~+80°C,对应波长的变化彩响是32pm/°Cz100°C=3.2nm；b）应变对波长的影响为：1.2pm/u£X1500ue=1.8nm；于是，温度和应变对波长的影响的是3.2nm+1.8nm=5nmo两端保留0.5nm的空余，即每个传感器所占的波段范围是6nmo解调仪每个通道的波长范围是80nm,因此每个通道最多可安装13个传感器。考虑到传感器受到温度和应变的交义敏

5、感，桩腿每个舷管的上导板最上端模块和下导板最下端模块各安装4个传感器。整个系统一共使用8通道并行检测，每个通道安装10个传感器,包含9个应变传感器和一个温度传感器。每一个应变传感器测量范围为土2000U£,温度传感器起到对该通道所有其他应变传感器的温度补偿作用。实际上相当于80个独立的光纤光栅传感器系统。通道传感器个数波长分布1101529-1583每隔6nm一个传感器2101529~1583每隔6nm一个传感器3101529〜1583每隔6nm一个传感器4101529〜1583每隔6nm一个传感器5101529〜

6、1583每隔6nm一个传感器6101529-1583每隔6nm一个传感器7101529~1583每隔6nm一个传感器8101529〜1583每隔6nm一个传感器4）数字水平仪数字水平仪安装于操作室平台上。采用高精度双轴数字水平仪，水平仪通过测量静态重力加速度的变化，转换成倾角变化。水平仪测量输出传感器相对于水平面的倾斜和俯仰角度。水平仪内置温度传感器可以根据温度变化修正传感器温度漂移。传感器的角度响应速度从1次/秒〜5次/秒（可调）。内置冲击抑制模式，依靠角度反映速度的差别，区分冲击震动和倾角变化。具体以下特征：a

7、）宽广的工作温度范围:-40度〜+80度，完全的温度补偿；b）高精度：绝对精度0.01（包含所有误羌）；C）外壳结构防水，抗外界干扰能力强。2.4系统软件设计该实吋监测系统基于B/S架构的软件系统，集成了MicrosoftSilverlight技术、SQL数据库系统，.Net等最新技术开发的物联网T程管理软件平台，它可以管理多台光纤光栅解调仪。可以远程查询结果，服务器软件系统口动运行与后台，可自动接收釆集仪的应变数据，对采集的波长值进行物理量计算，对异常的计算结果自动进行报警，并将计算结果以及报警结果保存在数据库中

8、。通过在线系统查看实吋的计算结果，历史结果，报警信息。可以查看整个系统的传感器部署的拓扑结构。导出和打印数据。桩腿倾斜在线实时监测系统系统业务逻辑及技术引擎数据流处理中心孩令控件开友界面技术业务工饰通用界面数提分析模板技术WEBS5C1报吉坏出CAD&*文档浏览器业务逻辑模块系统配置控制用户角色权限传感器配置驱动及客户终鑛支特PC包立®?IE内的览器iPho