發(fā)布時間：2019-11-06 12:36

【摘要】：海洋平臺結(jié)構(gòu)長期受到環(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)測技術(shù)應(yīng)用于海洋平臺結(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)測系統(tǒng)包括傳感檢測、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估、數(shù)據(jù)管理等部分。本文重點關(guān)注前期的傳感檢測、數(shù)據(jù)采集等環(huán)節(jié),并將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入其中,設(shè)計了應(yīng)用于海洋平臺結(jié)構(gòu)的振動檢測系統(tǒng)。從海洋平臺的低頻振動特性出發(fā),本文確定了振動檢測系統(tǒng)的主要測量對象,并對傳感器進(jìn)行了選型。分析和對比了當(dāng)前比較成熟的短距離無線傳輸技術(shù),確定了ZigBee技術(shù)和Wi-Fi技術(shù)相結(jié)合的方案,并通過帶寬需求計算,設(shè)計了詳細(xì)的使用方法。為了保證傳感器采集數(shù)據(jù)的真實可靠性,本文對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)點采用鋰電池供電,對于功耗的分析計算必不可少,本文從多個角度分析和設(shè)計了采集節(jié)點低功耗的運(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、溫濕度監(jiān)測、無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)計指標(biāo),并設(shè)計了振動檢測系統(tǒng)的整體框架。振動檢測系統(tǒng)的設(shè)計主要包括采集節(jié)點的硬件設(shè)計、采集節(jié)點的軟件設(shè)計以及監(jiān)控主機(jī)的軟件設(shè)計。硬件電路以FPGA最小系統(tǒng)為核心,搭配加速度信號采集電路、低功耗電源管理電路、無線模塊、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,以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、電源管理、GPS授時、溫濕度采集、電量監(jiān)測、USB通信等基本功能。在FPGA內(nèi)部,基于AVALON總線架構(gòu),設(shè)計了以Nios Ⅱ處理器為核心的-數(shù)字邏輯部分。采集節(jié)點的軟件部分以Nios Ⅱ處理器為運(yùn)行平臺,按照層次劃分為驅(qū)動層、基礎(chǔ)層和應(yīng)用層。其中,本文重點介紹了SD存儲的實現(xiàn)方法、無線數(shù)據(jù)上傳的實現(xiàn)方法、GPS授時的實現(xiàn)方法以及ZigBee無線通信應(yīng)用層協(xié)議的制定。另外,本文還簡單介紹了監(jiān)控主機(jī)的軟件架構(gòu)和功能。本文在最后對振動檢測系統(tǒng)的設(shè)計研究進(jìn)行了總結(jié),并提出了改進(jìn)方案,以適應(yīng)海洋平臺結(jié)構(gòu)振動檢測的工程應(yīng)用需要。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB53

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本文編號：2556714