一种用于水下结构动静态行为测量实时传输传感器制造技术

一种用于水下结构动静态行为测量实时传输传感器，其属于海洋浮式平台水下结构的监测技术领域。该传感器利用加速度传感器进行水下结构动态信息的采集，同时结合倾角传感器采集的水下结构姿态信息，能够准确的描述水下结构的响应行为。此外，这种传感器成功利用了声传输的特点完成水下传感器数据传输，声传输装置和传感器的集成保证了传感器数据的实时性，为结构损伤的实时评估提供了可能性，同时有效地避免了传感器数据缺失不能及时发现的情况，方便传感器的故障排查；改善了自容式方法定期打捞的缺点，降低数据间断期，为数据采集和传输提供保障，并保证数据采集的稳定性和可靠性，以更好地完成对海洋浮式平台水下结构的监测和分析。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水下结构动静态行为测量实时传输传感器
本技术涉及一种用于水下结构动静态行为测量实时传输传感器,属于海洋浮式平台水下结构的监测

技术介绍
近年来，随着海洋浮式平台使用水深的增加，其使用环境愈加恶劣，使得平台水下结构表现出更为复杂的响应特点和失效模式。由于结构失效激励与荷载形式发生了改变，同时对超深水结构开展模型试验的设备条件不易满足，传统的数值仿真和物理模型试验已经难以满足结构设计和分析的需求。利用原型测量方法对在役浮式结构开展现场实验，可以获得真实的环境荷载信息与结构响应信息，可用于研究结构失效机理，进行结构设计评价、安全评估与风险预测。工程中为了保证结构的安全，通常在平台上部连接处开展测量，该方法成本低，维护方便。然而，这种方法无法获得水下结构的动力响应特征，而这是损伤机理和疲劳分析中重要的研究因素；此外，受连接部位影响，该方法获得的荷载响应的波频与高频成分反应不足，不能充分反映真实荷载情况，因此，对水下结构监测方法的研究十分必要。水下结构测量难点在于数据传输方式。目前水下测量方法主要分为带缆式测量和自容式测量两种。带缆式采用线缆对测量设备进行供电与数据传输，测量稳定性好，然而仅适用于较浅水的测量，设备布置难度大。自容式的测量设备自带电源和储存装置，易于防水和安装，更适于恶劣环境下的测量。然而，传统的水下自容式传感器不具备实时传输数据的能力，结构的监测信息不能得到实时分析，造成结构分析的滞后性，可能导致结构存在问题时不能及时发现，而且传感器数据遗失时也不能及时发现；此外，每次传输数据均需要打捞传感器，这将造成非常大的资源浪费和时间浪费。如何将声传输装置和传感器进行集成，从而解决了上述问题。在海洋工程水下结构的监测中，常用加速度传感器采集水下结构的运动状态信息。但水下结构如锚链等通常具有较大的弯曲变形，直接通过加速度传感器测量不能真实反映结构的真实在位行为。如何将倾角传感器和加速度传感器进行集成，使得水下结构真实响应行为的监测更符合实际。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的问题，本技术提供一种用于水下结构动静态行为测量实时传输传感器，该传感器利用加速度传感器进行水下结构动态信息采集，同时结合倾角传感器采集的水下结构姿态信息。该传感器还解决了水下传感器数据的传输问题，保证传感器数据传输的实时性，便于及时发现结构存在的问题或传感器的数据遗失。传感器可以长期稳定地安装于水下，不需定期打捞，从而保证了传感器采集数据的稳定性和可靠性。本技术采取的技术方案：一种用于水下结构动静态行为测量实时传输传感器，传感器包括数据采集系统、信号实时传输系统和水下供电系统，所述数据采集系统包含总线模块、微处理器模块、SD卡数据存储模块、倾角传感器及模数转换模块、加速度传感器模块和时钟管理模块，所述总线模块竖直放置，微处理器模块、SD卡数据存储模块、倾角传感器及模数转换模块、加速度传感器模块、时钟管理模块放置于总线模块电路板上，并与总线模块信号连接；所述信号实时传输系统的密封外壳上部安装数据传输模块，在水下完成信号采集和传输；水上对应设置数据传输模块，通过电源接头连接主机接收传感器数据，完成数据传输；所述水下供电系统由大容量电池和电池管理及电源模块构成。所述传感器利用加速度传感器进行水下结构动态信息采集，同时结合倾角传感器采集的水下结构姿态信息，描述水下结构的响应行为。所述传感器的密封外壳内设有电池架、微处理器模块、SD卡数据存储模块、时钟管理模块、倾角传感器及模数转换模块、加速度传感器模块、总线模块、电池管理及电源模块及大容量电池。所述电池管理及电源模块通过总线模块为微处理器模块、SD卡数据存储模块、倾角传感器及模数转换模块、加速度传感器模块、时钟管理模块提供电源。所述微处理器模块通过总线模块与SD卡数据存储模块、倾角传感器及模数转换模块、加速度传感器模块、时钟管理模块连接；所述电池架放置在总线模块的下端，大容量电池安装于电池架上，且通过排线与电池管理及电源模块连接。所述微处理器模块上端设有外部通讯接口。本技术的有益效果是：该传感器利用加速度传感器进行水下结构动态信息采集，同时结合倾角传感器采集的水下结构姿态信息，使得水下结构的在位行为的监测更符合结构实际。此外，这种基于声传输的传感器成功利用了声传输的特点完成水下传感器数据传输的任务，声传输装置和传感器的集成保证了传感器数据的实时性，为结构损伤的实时评估提供了可能性，同时有效地避免了传感器数据缺失不能及时发现的情况，方便传感器的故障排查；改善了以往自容式传感器定期打捞的缺点，大大降低数据间断期，为数据采集和传输提供保障，并保证数据采集的稳定性和可靠性，以更好地完成对海洋浮式平台水下结构的监测和分析。附图说明图1是一种用于水下结构动静态行为测量实时传输传感器的原理图。图2是声传输装置的水上信号接收部分。图3是图1中微处理器模块的电路原理图。图4是图1中SD卡数据存储模块的电路原理图。图5是图1中倾角传感器及模数转换模块的电路原理图。图6是图1中加速度传感器模块的电路原理图。图7是图1中时钟管理模块的电路原理图。图8是图1中电池管理及电源模块的电路原理图。图9是图1数据传输模块的电路原理图。图中：1.微处理器模块，2.SD卡数据存储模块，3.倾角传感器及模数转换模块，4.加速度传感器模块，5.时钟管理模块，6.电池管理及电源模块，7.密封外壳，8.大容量电池，9.总线模块，10.外部通讯接口，11.数据传输模块，12.电源接头。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进行详细的描述。图1、2示出了一种用于水下结构动静态行为测量实时传输传感器的原理图。图中,这种用于水下结构动静态行为测量实时传输传感器包括数据采集系统、信号实时传输系统和水下供电系统。数据采集系统包含总线模块9、微处理器模块1（如图3所示）、SD卡数据存储模块2（如图4所示）、倾角传感器及模数转换模块3（如图5所示）、加速度传感器模块4（如图6所示）和时钟管理模块5（如图7所示）。总线模块9竖直放置，微处理器模块1、SD卡数据存储模块2、倾角传感器及模数转换模块3、加速度传感器模块4、时钟管理模块5放置于总线模块电路板上，并与总线模块信号连接信号实时传输系统的密封外壳7上部安装数据传输模块11（如图9所示），在水下完成信号采集和传输；水上对应设置数据传输模块11，通过电源接头12连接主机接收传感器数据，完成数据传输。水下供电系统由大容量电池8和电池管理及电源模块6（如图8所示）构成。传感器利用加速度传感器进行水下结构动态信息采集，同时结合倾角传感器采集的水下结构姿态信息，描述水下结构的响应行为。传感器的密封外壳7内设有电池架、微处理器模块1、SD卡数据存储模块2、时钟管理模块5、倾角传感器及模数转换模块3、加速度传感器模块4（、总线模块9、电池管理及电源模块6及大容量电池8。电池管理及电源模块6通过总线模块9为微处理器模块1、SD卡数据存储模块2、倾角传感器及模数转换模块3、加速度传感器模块4、时钟管理模块5提供电源。微处理器模块1通过总线模块9与SD卡数据存储模块2、倾角传感器及模数转换模块3、加速度传感器模块4、时钟管理模块5连接；所述电池架放置在总线模块9的下端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水下结构动静态行为测量实时传输传感器，传感器包括数据采集系统、信号实时传输系统和水下供电系统，其特征在于，所述数据采集系统包含总线模块（9）、微处理器模块（1）、SD卡数据存储模块（2）、倾角传感器及模数转换模块（3）、加速度传感器模块（4）和时钟管理模块（5），所述总线模块（9）竖直放置，微处理器模块（1）、SD卡数据存储模块（2）、倾角传感器及模数转换模块（3）、加速度传感器模块（4）、时钟管理模块（5）放置于总线模块电路板上，并与总线模块信号连接；所述信号实时传输系统的密封外壳（7）上部安装数据传输模块（11），在水下完成信号采集和传输；水上对应设置数据传输模块（11），通过电源接头（12）连接主机接收传感器数据，完成数据传输；所述水下供电系统由大容量电池（8）和电池管理及电源模块（6）构成。

【技术特征摘要】
1.一种用于水下结构动静态行为测量实时传输传感器，传感器包括数据采集系统、信号实时传输系统和水下供电系统，其特征在于，所述数据采集系统包含总线模块（9）、微处理器模块（1）、SD卡数据存储模块（2）、倾角传感器及模数转换模块（3）、加速度传感器模块（4）和时钟管理模块（5），所述总线模块（9）竖直放置，微处理器模块（1）、SD卡数据存储模块（2）、倾角传感器及模数转换模块（3）、加速度传感器模块（4）、时钟管理模块（5）放置于总线模块电路板上，并与总线模块信号连接；所述信号实时传输系统的密封外壳（7）上部安装数据传输模块（11），在水下完成信号采集和传输；水上对应设置数据传输模块（11），通过电源接头（12）连接主机接收传感器数据，完成数据传输；所述水下供电系统由大容量电池（8）和电池管理及电源模块（6）构成。2.根据权利要求1所述的一种用于水下结构动静态行为测量实时传输传感器，其特征在于，所述传感器利用加速度传感器进行水下结构动态信息采集，同时结合倾角传感器采集的水下结构姿态信息，描述水下结构的响应行为。3.根据权利要求1所述的一种用于水下结构动静态行为测量实时...

【专利技术属性】
技术研发人员：于思源，李松，武文华，冯加果，王世圣，谢彬，刘城，赵梓舒，田勇，杨振强，戴恒震，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：新型
国别省市：辽宁,21