發(fā)布時(shí)間：2019-11-06 12:36

【摘要】：海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期受到環(huán)境荷載、偶然災(zāi)害、腐蝕以及其他因素的影響,承載能力逐漸降低,暴露出安全隱患。將結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu),可以在一定程度上診斷出結(jié)構(gòu)的損傷情況。完整的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括傳感檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理及傳輸、損傷診斷與模型修正及安全評(píng)估、數(shù)據(jù)管理等部分。本文重點(diǎn)關(guān)注前期的傳感檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集等環(huán)節(jié),并將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入其中,設(shè)計(jì)了應(yīng)用于海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。從海洋平臺(tái)的低頻振動(dòng)特性出發(fā),本文確定了振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的主要測(cè)量對(duì)象,并對(duì)傳感器進(jìn)行了選型。分析和對(duì)比了當(dāng)前比較成熟的短距離無(wú)線傳輸技術(shù),確定了ZigBee技術(shù)和Wi-Fi技術(shù)相結(jié)合的方案,并通過(guò)帶寬需求計(jì)算,設(shè)計(jì)了詳細(xì)的使用方法。為了保證傳感器采集數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性,本文對(duì)傳感器的安裝固定進(jìn)行了討論,確定了磁吸附法的固定方式。采集節(jié)點(diǎn)采用鋰電池供電,對(duì)于功耗的分析計(jì)算必不可少,本文從多個(gè)角度分析和設(shè)計(jì)了采集節(jié)點(diǎn)低功耗的運(yùn)行方案。為了滿足后期結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別的需要,本文提出了利用3軸加速度數(shù)據(jù)提取加速度傳感器姿態(tài)的方法。本文還從電參數(shù)監(jiān)測(cè)、溫濕度監(jiān)測(cè)、無(wú)線加密等方面討論了如何保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。從應(yīng)用需求和目前掌握的技術(shù)出發(fā),本文提出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo),并設(shè)計(jì)了振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的整體框架。振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括采集節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)、采集節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)以及監(jiān)控主機(jī)的軟件設(shè)計(jì)。硬件電路以FPGA最小系統(tǒng)為核心,搭配加速度信號(hào)采集電路、低功耗電源管理電路、無(wú)線模塊、USB接口電路、SD卡接口電路、GPS接收機(jī)以及數(shù)字式溫濕度傳感器,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、電源管理、GPS授時(shí)、溫濕度采集、電量監(jiān)測(cè)、USB通信等基本功能。在FPGA內(nèi)部,基于AVALON總線架構(gòu),設(shè)計(jì)了以Nios Ⅱ處理器為核心的-數(shù)字邏輯部分。采集節(jié)點(diǎn)的軟件部分以Nios Ⅱ處理器為運(yùn)行平臺(tái),按照層次劃分為驅(qū)動(dòng)層、基礎(chǔ)層和應(yīng)用層。其中,本文重點(diǎn)介紹了SD存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)方法、無(wú)線數(shù)據(jù)上傳的實(shí)現(xiàn)方法、GPS授時(shí)的實(shí)現(xiàn)方法以及ZigBee無(wú)線通信應(yīng)用層協(xié)議的制定。另外,本文還簡(jiǎn)單介紹了監(jiān)控主機(jī)的軟件架構(gòu)和功能。本文在最后對(duì)振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究進(jìn)行了總結(jié),并提出了改進(jìn)方案,以適應(yīng)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)振動(dòng)檢測(cè)的工程應(yīng)用需要。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB53

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