一种海上转载平台设备结构应力监测与诊断系统技术方案

本发明专利技术公开了一种海上转载平台设备结构应力监测与诊断系统，涉及海上转载平台设备金属结构健康监测与诊断技术领域，包括海上转载平台设备、传感单元、信号采集单元、数据无线传输单元(GPRS DTU)、神经网络专家诊断单元；所述传感单元采集设备钢结构的应变量，通过信号采集单元采集并转换为电信号；所述GPRS DTU单元将数据打包并无线传输至神经网络专家诊断单元进行诊断分析；本发明专利技术基于GPRS无线通讯技术，可24小时实时在线监测与诊断，具有监测数据精确、抗干扰、可靠性高、寿命长、适用范围广、可在恶劣环境中运行等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种海上转载平台设备结构应力监测与诊断系统
本专利技术涉及海上转载平台设备金属结构健康监测与诊断
，尤其涉及在恶劣环境下工作的设备钢结构应力监测与诊断系统。
技术介绍
科学技术的发展使机械设备在现代化工业生产中的作用日益突出。设备在运行过程中的任何故障,都会造成一定程度的经济损失,甚至导致灾难性的人员伤亡和恶劣的社会影响。港口是国际贸易往来的重要门户和交通运输的枢纽。经济全球化趋势加速了港口物流业的发展,并推动港口成为促进城市经济、区域经济乃至国民经济发展的纽带。港口装卸能力、作业效率的提高促使港口装卸机械朝着大型化、高速化、自动化的方向不断进步,同时也对机械装备的安全管理提出更高要求。金属结构是装卸机械的支持构架,支承着各工作机构自重以及外部载荷。港口大型机械荷载运动空间高、移动范围大、载荷量重的特点使其安全可靠性尤为重要,从而对结构强度提出更高要求。应力应变测试是研究港口机械结构强度的重要手段。采取相应措施对港口大型机械的金属结构应力状态实行有效监测和诊断预测,保证设备运行安全,提高装卸作业效率,对于缩短船舶滞港时间,加快港口物流速度,促进经济贸易发展,具有十分重要的意义。申请号为201210178781.4，名为“一种起重机在线监测与故障诊断系统”的专利技术专利，其信号拾取子系统中采用了众多传感器件，对设备各个方面都有监测，但分布冗杂且有些甚至重复，有时监测硬件本身也可能对设备健康状态有影响。申请号为201120479175.7，名为“一种杆塔结构应力监测装置”的专利技术专利，提出了基于电阻式应变片的监测系统，具有对外界一定的抗干扰性。但上述监测系统无法适用于港口等外部环境恶劣的场地，尤其是港口的设备，长期处于具有强腐蚀性的环境中，监测准确性得不到保障。申请号为201020658325.6，名为“一种起重机负荷跟踪数据采集记录装置”的专利，使用了压力传感器、A/D转换器、数据处理和显示器、数据采集单元和存储单元。该装置对违章操作起到一定的警示作用,但只有监测功能，没有诊断、预测和报警功能。
技术实现思路
为解决上述中存在的问题和缺陷，本专利技术的目的是提供一种海上转载平台设备结构应力监测与诊断系统，通过ANSYS有限元分析软件分析转载平台三维模型，得出转载平台设备应力薄弱区域，为传感器的安置提供依据，在此系统中，采用体积小、重量轻、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰的光纤Bragg光栅传感器，适合恶劣环境中的工作，最后通过神经网络专家诊断技术对测得的数据进行诊断分析，得出诊断结果。本专利技术是通过如下技术方案得以实现的：一种海上转载平台设备结构应力监测与诊断系统，包括海上转载平台设备、监测系统和分析诊断系统；所述海上转载平台设备、监测系统和分析诊断系统依次通过线路连接；所述监测系统包括依次通过线路连接的传感单元、信号采集单元和数据无线传输单元；所述诊断系统包括依次通过线路连接的神经网络专家诊断单元和输出诊断结果单元，包括如下步骤：步骤一)运用ANSYS有限元分析软件分析出海上转载平台设备的薄弱区域；步骤二)将传感单元的传感器安置在步骤一)中分析出的薄弱区域；步骤三)利用信号采集单元通过屏蔽电缆与传感单元连接，并通过监测系统中的接口与数据无线传输单元相连；步骤四)数据通过数据无线传输单元传送至神经网络专家诊断单元进行诊断分析，通过输出诊断结果单元，输出诊断结果。进一步的，所述传感单元采用光纤Bragg光栅传感器。进一步的，所述信号采集单元采用可调谐F-P腔解调仪。进一步的，所述的数据无线传输单元包括SRAM&FLASH模块，指示灯模块，RDCR1122嵌入式模块，时钟模块，系统复位模块，RS232/RS422收发器模块，GPRS模块，天线及其接口模块和SIM接口模块；所述RDCR1122嵌入式模块分别与SRAM&FLASH模块、指示灯模块、时钟模块、系统复位模块双向连接，指示灯模块与RS232/RS422收发器模块、GPRS模块双向连接，GPRS模块与天线接口模块、SIM接口模块双向连接。进一步的，所述GPRS模块采用GPRS网络。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1.运用了ANSYS有限元分析软件有针对性地分析了转载平台设备应力薄弱区域，为传感器的最优布置提供依据，不仅精确高效，而且节约成本。2.数据的传输采用GPRS网络，无线传输，瞬间上网，永远在线，满足24小时实时在线工作，解决了在集成设备间电缆的安置问题。3.本系统采用神经网络专家诊断技术对测量数据诊断分析，不仅模仿人类专家的逻辑思维方式进行推理决策和问题求解,还具有学习能力、自适应能力、并行推理能力、联想记忆能力。附图说明图1是海上转载平台设备的监测与诊断系统流程图；图2是海上转载平台设备的监测系统图；图3是海上转载平台设备的神经网络专家诊断系统图。附图标记如下：1-海上转载平台设备；2-传感单元；3-信号采集单元；4-无线传输单元；5-神经网络专家诊断单元；6-输出诊断结果单元；7-ASE光源；8-F-P腔滤波器；9-锯齿波驱动；10-光电转换器；11-光隔离器；12-光分路器；13-光耦合器；14-光纤Bragg光栅传感器；15-光电转换PIN管；16-放大电路；17-高速AD采样；18-SRAM&FLASH存储器；19-RDCR1122嵌入式微处理器；20-GPRS模块；21-指示灯模块；22-RS232/RS422收发器模块；23-天线接口模块；24-复位模块；25-时钟模块；26-专家知识库；27-推理机；28-解释器。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清晰明了，将结合以下附图对本专利技术进一步的详细说明。结合附图1为本专利技术海上转载平台设备监测与诊断系统的流程图，由ANSYS有限元分析软件分析出的海上转载平台设备1，可精确找到设备结构应力的薄弱区域，给传感单元2传感器的布置提供有力依据，当设备工作时，基于光纤Bragg光栅传感器波长的变化量代替设备结构应力的变化量，接着由信号采集单元3采集并将波长信号转化为可显示的电信号，然后由数据无线传输单元(GPRSDTU)4将测量数据发送至控制中心的PC端，通过神经网络专家诊断5系统进行诊断分析，最终得出诊断结果。结合附图2为本专利技术海上转载平台设备的监测系统图，本系统包括参考光路、信号处理和数据传输三部分；参考光路部分采用可调谐F-P解调方案，包括ASE光源7、F-P腔滤波器8、锯齿波驱动9、光电转换器10和光隔离器11，因为每次监测时环境参数各不相同，从而导致光栅的原始中心波长不一样，所以需要一个恒定的参考来作为监测标准，从参考光路ASE光源7出来的宽带光经过一个光分路器12后一半通过一个单向光隔离器11后经过可调谐F-P滤波器8，然后再通过一个单向光隔离器11重新进入ASE光源7，从光分路器12出来的另一半经过光耦合器13入射到光纤Bragg光栅传感器14上，当调谐光与光钎Bragg光栅的反射谱相匹配时，传感信号光将反射回光耦合器13，接着被高灵敏度的光电转换PIN管15接收，转换成的电信号再经过放大电路16处理后被数据处理部分高速AD采样17，然后由算法实现对光栅中心波长的数据计算，得到的数据由SRAM&FLASH存储器18进行存储，经RDCR1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海上转载平台设备结构应力监测与诊断系统，包括海上转载平台设备(1)、监测系统和分析诊断系统；所述海上转载平台设备(1)、监测系统和分析诊断系统依次通过线路连接；所述监测系统包括依次通过线路连接的传感单元(2)、信号采集单元(3)和数据无线传输单元(4)；所述诊断系统包括依次通过线路连接的神经网络专家诊断单元(5)和输出诊断结果单元(6)；其特征在于，包括如下步骤：步骤一)运用ANSYS有限元分析软件分析出海上转载平台设备(1)的薄弱区域；步骤二)将传感单元(2)的传感器安置在步骤一)中分析出的薄弱区域；步骤三)利用信号采集单元(3)通过屏蔽电缆与传感单元(2)连接，并通过监测系统中的接口与数据无线传输单元(4)相连；步骤四)数据通过数据无线传输单元(4)传送至神经网络专家诊断单元(5)进行诊断分析，通过输出诊断结果单元(6)，输出诊断结果。

【技术特征摘要】
1.一种海上转载平台设备结构应力监测与诊断系统，包括海上转载平台设备(1)、监测系统和分析诊断系统；所述海上转载平台设备(1)、监测系统和分析诊断系统依次通过线路连接；所述监测系统包括依次通过线路连接的传感单元(2)、信号采集单元(3)和数据无线传输单元(4)；所述诊断系统包括依次通过线路连接的神经网络专家诊断单元(5)和输出诊断结果单元(6)；其特征在于，包括如下步骤：步骤一)运用ANSYS有限元分析软件分析出海上转载平台设备(1)的薄弱区域；步骤二)将传感单元(2)的传感器安置在步骤一)中分析出的薄弱区域；步骤三)利用信号采集单元(3)通过屏蔽电缆与传感单元(2)连接，并通过监测系统中的接口与数据无线传输单元(4)相连；步骤四)数据通过数据无线传输单元(4)传送至神经网络专家诊断单元(5)进行诊断分析，通过输出诊断结果单元(6)，输出诊断结果。2.根据权利要求1所述的一种海上转载平台设备结构应力监测与诊断系统，其特征在于，所述传感单元(2)采用光纤Bragg光栅传感器。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜银方，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32