一种基于埋入式压电陶瓷测试技术的船体总强度安全与评估系统技术方案

本发明专利技术属于大型工程结构强度安全实时监测与评估技术领域，具体涉及一种基于埋入式压电陶瓷测试技术的船体总强度安全与评估系统。本发明专利技术包括系统测量端、系统数据采集端和系统人机交互端；系统测量端包括用于总振动信号测试的埋入式压电陶瓷传感器以及配套使用的前置放大器；系统数据采集端用于对总振动信号的实时采集以及模态数据处理分析；系统人机交互端用于根据系统数据采集端得到的动力学参数获得舰船总强度安全信息以及损伤信息。本发明专利技术可以有效实现船体总强度安全的实时监测与评估，从而为指挥决策人员在船舶受损时能够快速准确地获得船体总强度的损伤状况，以便为后续的损害管制、带伤航行以及返厂修复提供科学的决策依据。决策依据。决策依据。

【技术实现步骤摘要】
一种基于埋入式压电陶瓷测试技术的船体总强度安全与评估系统


[0001]本专利技术属于大型工程结构强度安全实时监测与评估
，具体涉及一种基于埋入式压电陶瓷测试技术的船体总强度安全与评估系统。

技术介绍

[0002]随着船舶行业的发展，其抗打击、抗毁伤能力越来越受到广泛关注，因此船舶的抗损性设计水平有了很大提高，但对于损伤条件下船舶如何进行损伤评估、如何科学进行使用则关注甚少。当船舶受到攻击产生损伤后能够实时地获得损伤状况对于后续决策及损害管制来说至关重要。船上人员为了调查船体损伤状况，不得不花费大量宝贵损管和处置时间对船体损伤的信息进行现场勘察研究，由于船体伤情复杂和可达性限制而采用潜水员潜水勘察、吊索探查等原始方式，而且在第一时间对船体损伤的了解只停留在破口大小、形貌的表层认识，而对于船体总强度的损伤是难以即时得到的。因此，在船舶受损时亟需一种手段能够快速准确的获得船体强度尤其是船体总强度的损伤状况，以便为后续的损害管制、带伤航行以及返厂修复提供科学的决策依据。同时，由于腐蚀、疲劳和极端恶劣环境工况等影响，船舶在服役期间，提供船舶总纵弯曲的船舶主体纵向构件容易产生不同程度的裂纹、屈曲等损伤，该损伤将对船舶总体结构安全性产生较大威胁，因此需要开发一种适用于船舶主要纵向构件安全性监测与评估系统，从而对船舶安全性进行实时监测评估。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于埋入式压电陶瓷测试技术的船体总强度安全与评估系统。
[0004]一种基于埋入式压电陶瓷测试技术的船体总强度安全与评估系统，包括系统测量端、系统数据采集端和系统人机交互端；
[0005]所述系统测量端包括埋入式的压电陶瓷传感器和前置放大器；所述埋入式的压电陶瓷传感器在船舶结构建造初期埋入式加装在甲板及纵桁位置的测点处，用于测点部位的加速度和应变信号的采集；所述前置放大器用于将微弱工况下的微弱电信号进行放大处理；所述前置放大器、系统数采端以及系统人机交互端由抗冲击保护壳进行组装，形成终端装置并布设于船舶指挥控制室内；
[0006]所述系统数据采集端包括信号调理及A/D转换模块、逻辑控制模块、第一FIFO先进先出电路、数据预处理模块以及模态分析模块；所述信号调理及A/D转换模块用于将扫描得到的电信号转换为数字量；所述逻辑控制模块用于对扫描信号进行输入控制；所述第一FIFO先进先出电路用于实现实时数据采集，保证每次调入的数据之间都是连续的；所述数据预处理模块用于对输入的信号进行滤波处理、加窗处理，使得所需数据特征更为纯粹；所述模态分析模块用于对数据进行时域分析、频域分析、相关分析以及频谱分析，继而得到所需的动力学参数；
[0007]所述系统人机交互端包括第二FIFO先进先出电路、损伤计算模块以及数据库存储模块；所述第二FIFO先进先出电路用于数据的实施传输；所述损伤计算模块用于在已知动力学参数的基础上实现损伤程度以及损伤位置的识别；所述数据库存储模块用于对各种航行工况下船舶动力学参数信息的存储，形成船舶模型数据库，便于后续船体总强度的安全评估。
[0008]进一步地，所述压电陶瓷传感器中压电陶瓷片长边沿船长方向布置，使得压电陶瓷片能够有效参与舰船总振动，布设测点尽量避免舰船船体梁总振动节点位置。
[0009]本专利技术的有益效果在于：
[0010]本专利技术提供了一种基于埋入式压电陶瓷测试技术的船体总强度安全与评估系统，包括系统测量端、系统数据采集端和系统人机交互端；系统测量端包括用于总振动信号测试的埋入式压电陶瓷传感器以及配套使用的前置放大器；系统数据采集端用于对总振动信号的实时采集以及模态数据处理分析；系统人机交互端用于根据系统数据采集端得到的动力学参数获得舰船总强度安全信息以及损伤信息。本专利技术可以有效实现船体总强度安全的实时监测与评估，从而为指挥决策人员在船舶受损时能够快速准确地获得船体总强度的损伤状况，以便为后续的损害管制、带伤航行以及返厂修复提供科学的决策依据。
附图说明
[0011]图1a为本专利技术的总体示意图。
[0012]图1b为本专利技术的系统构成图。
[0013]图2为本专利技术中系统终端的示意图。
[0014]图3为本专利技术系统数据采集端的构成图。
[0015]图4为本专利技术中系统人机交互端的构成图；。
具体实施方式
[0016]下面结合附图对本专利技术做进一步描述。
[0017]本专利技术提供了一种基于埋入式压电陶瓷测试技术的船体总强度安全与评估系统，主要包括系统测量端、系统数据采集端和系统人机交互端。系统测量端主要包括用于总振动信号测试的埋入式压电陶瓷传感器以及配套使用的前置放大器。系统数据采集端主要包括信号调理及A/D转换模块、逻辑控制模块、FIFO先进先出电路、数据预处理模块以及模态分析模块，以上模块将用于对总振动信号的实时采集以及模态数据处理分析。其中，数据预处理模块以及模态分析模块由单片机开发板制成，主要功能涉及数据时域特性分析、频域分析、滤波处理以及试验模态分析等。系统人机交互端主要包括FIFO先进先出电路、损伤计算模块以及数据库存储模块。FIFO先进先出电路保证数据传输的实时性。损伤计算模块由单片机开发板制成，主要功能在于将系统数采模块得到的动力学参数通过理论分析和算法实现等技术手段获得船舶总强度安全信息以及损伤信息，继而实时显示在人机交互端装置的显示操作屏幕上。数据库存储模块用于对以往各航行工况下动力学数据的实时采集及存储，从而形成船舶结构总强度安全专用代理模型数据库，并在后续航行过程中持续扩充数据库，使其更为完备。
[0018]本专利技术通过以上各系统端的功能实现以及系统端中各模块特殊功能实现，结合数
据处理以及总强度计算等自编程序，可以有效实现船体总强度安全的实时监测与评估。从而为船舶指挥决策人员在船舶受损时能够快速准确地获得船体总强度的损伤状况，以便为后续的损害管制、带伤航行以及返厂修复提供科学的决策依据。
[0019]一种基于埋入式压电陶瓷测试技术的船体总强度安全与评估系统，包括系统测量端、系统数据采集端和系统人机交互端。
[0020]系统测量端包括埋入式的压电陶瓷传感器和前置放大器。埋入式的压电陶瓷传感器用于船舶测点部位的加速度和应变信号的采集。前置放大器用于将微弱工况下的微弱电信号进行放大处理。系统数据采集端包括信号调理及A/D转换模块、逻辑控制模块、FIFO先进先出电路、数据预处理模块以及模态分析模块。信号调理及A/D转换模块用于将扫描得到的电信号通过该模块转换为数字量。逻辑控制模块用于对扫描信号进行输入控制。FIFO先进先出电路用于实现实时数据采集，保证每次调入的数据之间都是连续的。数据预处理模块用于对输入的信号进行滤波处理、加窗处理等，使得所需数据特征更为纯粹。模态分析模块用于对数据进行时域分析、频域分析、相关分析以及频谱分析等，继而得到所需的动力学参数。系统人机交互端包括FIFO先进先出电路、损伤计算模块以及数据库存储模块。FIFO先进先出电路用于数据的实施传输。损伤计算模块用于在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于埋入式压电陶瓷测试技术的船体总强度安全与评估系统，其特征在于：包括系统测量端、系统数据采集端和系统人机交互端；所述系统测量端包括埋入式的压电陶瓷传感器和前置放大器；所述埋入式的压电陶瓷传感器在船舶结构建造初期埋入式加装在甲板及纵桁位置的测点处，用于测点部位的加速度和应变信号的采集；所述前置放大器用于将微弱工况下的微弱电信号进行放大处理；所述前置放大器、系统数采端以及系统人机交互端由抗冲击保护壳进行组装，形成终端装置并布设于船舶指挥控制室内；所述系统数据采集端包括信号调理及A/D转换模块、逻辑控制模块、第一FIFO先进先出电路、数据预处理模块以及模态分析模块；所述信号调理及A/D转换模块用于将扫描得到的电信号转换为数字量；所述逻辑控制模块用于对扫描信号进行输入控制；所述第一FIFO先进先出电路用于实现实时数据采集，保证每次调入的数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张寅，郭君，王爽，谢耀国，赵鹏铎，许江，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：