一种机场油库储罐结构健康监测系统及控制评价方法技术方案

一种机场油库储罐结构健康监测系统及控制评价方法。系统包括多个加速度传感器、Wifi通信模块、数据存储模块、电源、工控机、后台服务器和液位仪。本发明专利技术提供的机场油库储罐结构健康监测系统及控制评价方法具有如下优点：(1)实施方便。直接在机场油库储罐外表面设置加速度传感器、在机场油库储罐内设置液位仪并与工控机通过有线连接，便于施工和后期管理。(2)计算便捷。利用机场油库储罐理论和实测加速度值结合内部储油重量可以快速求解机场油库储罐的刚度系数，大大提高了运算速度。(3)安全度高。系统布置不对机场油库储罐结构造成任何破坏，属于无损技术。

【技术实现步骤摘要】
一种机场油库储罐结构健康监测系统及控制评价方法
本专利技术属于机场工程
，特别是涉及一种机场油库储罐结构健康监测系统及控制评价方法。
技术介绍
航空煤油储罐是储存航空煤油的重要装置，安装、使用过程中的任何不当操作，都有可能导致超压、变形、甚至出现结构损伤，从而造成严重的安全事故和经济损失。造成损伤发生的主要原因包括设备材料失效、机械损伤、第三方因素及自然灾害等。目前针对储罐健康监测的方法大致有声学方法、红外法、光纤传感法、压电阻抗法等。对于储罐的健康监测，主要集中在腐蚀、形变和温度方面，这时超声导波和声发射技术监测腐蚀具有优势，光纤传感技术可以全局监测应变、温度及振动等。近些年来储罐健康监测技术的发展状况主要体现在：传感器和布置方式改进，利于目标信号的接收；算法改进，提高监测灵敏度；技术的联合应用，精度、准确性提高；设备工艺改进，利于监测的开展。物联网技术的发展、健康监测市场需求的不断扩大、安全意识的提高使得化工设备的健康监测技术成为发展趋势。但是健康监测技术在检测机理、仪器及方法等方向还有很多工作待展开。实际工程应用方面，多种监测技术联合应用、传感器的布置方式及信号传输方式等都是有待优化改进的方向。航空煤油储罐属于常压罐，罐体变形是其最为常见的安全问题，多数原因是罐内压力异常导致的。因此，研究一套航空煤油储罐安全运行监测分析系统，实时监测储罐的压力情况，对于保障储罐自身的安全以及航空飞行的安全稳定运行就显得尤为重要。为此，结合机场油库储罐的发展趋势，提出一种简单易行、结果可靠的机场油库储罐结构健康监测系统和控制评价方法，对提高机场油库储罐安全管理能力，具有实际应用意义。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种机场油库储罐结构健康监测系统及控制评价方法，以提高机场油库储罐安全管理能力。为了达到上述目的，本专利技术提供的机场油库储罐结构健康监测系统包括多个加速度传感器、Wifi通信模块、数据存储模块、电源、工控机、后台服务器和液位仪；其中，所述的多个加速度传感器分布设置在机场油库储罐的外表面上；液位仪位于机场油库储罐内航空煤油的液面处；加速度传感器、数据存储模块和液位仪通过电源线和数据线与工控机相连接，工控机通过Wifi通信模块与后台服务器进行数据交换；后台服务器为设置于管理中心的计算机，内置有机场油库储罐结构健康预警模块和机场油库储罐结构健康评价模块；电源用于为加速度传感器、Wifi通信模块、数据存储模块、工控机和液位仪供电。所述的加速度传感器为设置在机场油库储罐外表面中部的水平加速度传感器。所述的工控机包括振动采集及控制模块和CPU，其中振动采集及控制模块采用中国台湾泓格I-7188XA，CPU采用AMD80188-40。本专利技术提供的机场油库储罐结构健康监测系统的控制方法包括按顺序执行的下列步骤：1)系统通电自检的S1阶段：在此阶段中，系统通电，工控机开始自检，然后进入S2阶段；2)判断系统组件是否工作正常的S2阶段：在此阶段中，工控机检测加速度传感器、Wifi通信模块、数据存储模块和液位仪是否通信正常，同时检测与后台服务器的远程通信是否正常，如果判断结果为“是”，则进入S4阶段；否则进入S3阶段；3)人工更换的S3阶段：在此阶段中，工作人员根据工控机的故障提示信息更换出现故障的组件或调整后台服务器6的工作状态，然后返回S1阶段；4)采集上传数据的S4阶段：在此阶段中，在工控机的控制下，利用加速度传感器采集机场油库储罐表面的水平加速度数据，同时利用液位仪采集航空煤油的液位高度数据，然后上传给工控机并缓存于数据存储模块中，再通过Wifi通信模块上传到后台服务器，之后进入S5阶段；5)判断上传数据是否正常的S5阶段：在此阶段中，后台服务器分析加速度传感器和液位仪上传的数据是否正常，如果判断结果为“否”，则返回S3阶段；如果否则进入S6阶段；6)记录采集数据并存储于后台服务器的S6阶段：在此阶段中，后台服务器将加速度传感器和液位仪上传的数据按规定格式存储于数据库中，然后进入S7阶段；7)计算机场油库储罐实时重量的S7阶段：在此阶段中，后台服务器利用液位仪上传的液位高度数据，计算出包括机场油库储罐自重在内的实时重量信息，并与加速度传感器上传的数据进行匹配，按规定格式存储于数据库中，然后进入S8阶段；8)反演机场油库储罐结构刚度系数的S8阶段：在此阶段中，后台服务器6利用机场油库储罐结构健康评价模块分析数据库内记录的数据，反演机场油库储罐的实测刚度系数，然后进入S9阶段；9)判断机场油库储罐结构健康状况是否正常的S9阶段：在此阶段中，由机场油库储罐结构健康评价模块将上述机场油库储罐的实测刚度系数与理论刚度系数进行比较，以此来判断机场油库储罐结构的健康状况，如果健康状况出现问题，进入S10阶段；否则返回S4阶段；10)后台服务器预警的S10阶段：在此阶段中，后台服务器利用机场油库储罐结构健康预警模块8发出预警信息并保存报警日志，然后返回到S4阶段。本专利技术提供的机场油库储罐结构健康监测系统的评价方法包括按顺序执行的下列步骤：1)系统空闲的S11阶段：在此阶段中，系统等待用户指令，当用户利用后台服务器发出指令后进入S12阶段；2)判断是否进行评价的S12阶段：在此阶段中，系统根据用户指令，判断是否进行机场油库储罐结构健康状况评价，如果判断结果为“是”，则进入S13阶段；否则返回S11阶段；3)根据采集的加速度和液面高度数据确定机场油库储罐振动的实测主频的S13阶段：在此阶段中，后台服务器根据加速度传感器所测的水平加速度进行能量谱密度分析，获得机场油库储罐振动的实测主频ωa，然后将其与根据液位仪测得的液位高度而计算出的机场油库储罐的实时重量相匹配，然后进入S14阶段；4)根据不同液位下机场油库储罐振动的实测主频和理论主频的差值计算机场油库储罐的实测刚度系数的S14阶段：在此阶段中，利用式(1)计算出机场油库储罐内液位高度为零时机场油库储罐振动的理论主频ω0：其中，δ0为机场油库储罐的柔度系数，其倒数即为机场油库储罐的初始刚度系数，m0为初始设置本监测系统时零液位高度下机场油库储罐的初始重量；在实测过程中，液位高度会发生变化，因此上述机场油库储罐振动的实测主频ωa可通过式(2)表示：其中Δma为机场油库储罐的实时重量与初始重量m0的差值；综合式(1)和式(2)，可推导出式(3)所示的机场油库储罐的实测柔度系数计算公式：最后将步骤3)获得的机场油库储罐振动的实测主频和本步骤获得的机场油库储罐振动的理论主频ω0代入式(3)而计算出机场油库储罐的实测柔度系数，最后对实测柔度系数取倒数后得到机场油库储罐的实测刚度系数，然后进入S15阶段；5)判断机场油库储罐健康状况是否安全的S15阶段：在此阶段中，由机场油库储罐结构健康评价模块将上述机场油库储罐的实测刚度系数和根据理论已知量或经验已知量获得的理论刚度系数进行比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机场油库储罐结构健康监测系统，其特征在于：所述的机场油库储罐结构健康监测系统包括多个加速度传感器(1)、Wifi通信模块(2)、数据存储模块(3)、电源(4)、工控机(5)、后台服务器(6)和液位仪(7)；其中，所述的多个加速度传感器(1)分布设置在机场油库储罐的外表面上；液位仪(7)位于机场油库储罐内航空煤油的液面处；加速度传感器(1)、数据存储模块(3)和液位仪(7)通过电源线和数据线与工控机(5)相连接，工控机(5)通过Wifi通信模块(2)与后台服务器(6)进行数据交换；后台服务器(6)为设置于管理中心的计算机，内置有机场油库储罐结构健康预警模块(8)和机场油库储罐结构健康评价模块(9)；电源(4)用于为加速度传感器(1)、Wifi通信模块(2)、数据存储模块(3)、工控机(5)和液位仪(7)供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种机场油库储罐结构健康监测系统，其特征在于：所述的机场油库储罐结构健康监测系统包括多个加速度传感器(1)、Wifi通信模块(2)、数据存储模块(3)、电源(4)、工控机(5)、后台服务器(6)和液位仪(7)；其中，所述的多个加速度传感器(1)分布设置在机场油库储罐的外表面上；液位仪(7)位于机场油库储罐内航空煤油的液面处；加速度传感器(1)、数据存储模块(3)和液位仪(7)通过电源线和数据线与工控机(5)相连接，工控机(5)通过Wifi通信模块(2)与后台服务器(6)进行数据交换；后台服务器(6)为设置于管理中心的计算机，内置有机场油库储罐结构健康预警模块(8)和机场油库储罐结构健康评价模块(9)；电源(4)用于为加速度传感器(1)、Wifi通信模块(2)、数据存储模块(3)、工控机(5)和液位仪(7)供电。


2.根据权利要求1所述的机场油库储罐结构健康监测系统，其特征在于：所述的加速度传感器(1)为设置在机场油库储罐外表面中部的水平加速度传感器。


3.根据权利要求1所述的机场油库储罐结构健康监测系统，其特征在于：所述的工控机(5)包括振动采集及控制模块和CPU，其中振动采集及控制模块采用中国台湾泓格I-7188XA，CPU采用AMD80188-40。


4.一种如权利要求1所述的机场油库储罐结构健康监测系统的控制方法，其特征在于：所述的控制方法包括按顺序执行的下列步骤：
1)系统通电自检的S1阶段：在此阶段中，系统通电，工控机(5)开始自检，然后进入S2阶段；
2)判断系统组件是否工作正常的S2阶段：在此阶段中，工控机(5)检测加速度传感器(1)、Wifi通信模块(2)、数据存储模块(3)和液位仪(7)是否通信正常，同时检测与后台服务器(6)的远程通信是否正常，如果判断结果为“是”，则进入S4阶段；否则进入S3阶段；
3)人工更换的S3阶段：在此阶段中，工作人员根据工控机(5)的故障提示信息更换出现故障的组件或调整后台服务器(6)的工作状态，然后返回S1阶段；
4)采集上传数据的S4阶段：在此阶段中，在工控机(5)的控制下，利用加速度传感器(1)采集机场油库储罐表面的水平加速度数据，同时利用液位仪(7)采集航空煤油的液位高度数据，然后上传给工控机(5)并缓存于数据存储模块(3)中，再通过Wifi通信模块(2)上传到后台服务器(6)，之后进入S5阶段；
5)判断上传数据是否正常的S5阶段：在此阶段中，后台服务器(6)分析加速度传感器(1)和液位仪(7)上传的数据是否正常，如果判断结果为“否”，则返回S3阶段；如果否则进入S6阶段；
6)记录采集数据并存储于后台服务器的S6阶段：在此阶段中，后台服务器(6)将加速度传感器(1)和液位仪(7)上传的数据按规定格式存储于数据库中，然后进入S7阶段；
7)计算机场油库储罐实时重量的S7阶段：在此阶段中，后台服务器(6)利用液位仪(7)上传的液位高度数据，计算出包括机场油库储罐自重在内的实时重量信息，并与加速度传感器(1)上传的数据进行匹配，按规定格式存储于数据库中，然后进入S8阶段；
8)反演机场油库储罐结构刚度系数的S8阶段：在此阶段中，后台服务器(6)利用机场油库储罐结构健康评价模块(9)分析数据库内记录...

【专利技术属性】
技术研发人员：武志玮，张正，王小航，赵芳，袁进，潘瑞瑄，范家宝，符夏，钱虹，
申请(专利权)人：中国民航大学，大鹿天津环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12