【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风电结构安全监测传感器，具体为一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器及其安装方法。
技术介绍
1、近年来，随着国家对新能源产业的巨大投入，已建成及正在建设的海上风电工程众多。海上风电工程一般位于较开敞海域，环境复杂，交通不便。海上风电结构由基础、塔筒和风机等三部分组成，属于独立的高耸构筑物，容易遭受各种损伤，严重时甚至会引起结构倒塌等灾难性的后果。因此，必须对海上风电结构进行安全监测，监测一般采用振动信号，有时也会采用声音信号。
2、目前工业上经常使用传统加速度计或电涡流传感器来测量振动信号，使用由聚偏氟乙烯压电薄膜制成的声音传感器来测量声音信号。传统的振动信号和声音信号的测试专利技术质量较大，集成度不高，测试结果的准确度较低，而且由于采用有线方式传输测试数据，测试的灵活性较差。近年来，随着电子技术的发展，mems（微机电系统）传感器成本降低、性能提高。与其它传感器相比，mems传感器在性能、尺寸和智能化等方面都具有明显的优势。
3、国内外目前比较缺乏能够自动采集并且长距离无线传输海上风电结构振动数据和声音数据的微型化集成传感器，因此用于海上风电结构安全监测的多功能传感器在技术上存在较大的优化空间，市场发展潜力巨大。本专利技术尤其适用于海上风电结构安全的自动监测，通过对基础、塔筒和风机的振动信号与声音信号的连续采样监测，可以有效地预防与诊断海上风电结构的各类故障。
技术实现思路
1、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于海上风
2、还包括安装结构，所述传感器数据采集模块、所述长距离无线传输模块和所述总控模块封装于安装结构内部；
3、所述长距离无线传输模块上固定安装有天线，所述天线延伸至安装结构外侧。
4、作为本专利技术的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器及其安装方法优选的，所述长距离无线传输模块信号连接有控制终端。
5、作为本专利技术的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器及其安装方法优选的，所述传感器数据采集模块、所述长距离无线传输模块和所述总控模块分别固定安装于三块不同的电路板，所述电路板选用pcb为电路底板，pcb板上焊接有芯片和电阻、电容和电感。
6、作为本专利技术的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器及其安装方法优选的，所述传感器数据采集模块上集成了稳压芯片tps63030、iis3dwbtr三轴微加速度计和高感度麦克风，所述稳压芯片输入端电性连接有电源，稳定芯片输出端与高感度麦克风输入端电性连接。
7、作为本专利技术的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器及其安装方法优选的，所述稳压芯片tps63030将输入的电源电压稳定在3.3v，并通过通用输入输出接口控制该芯片的使能与否控制整个模块的开启与关闭，三轴微加速度计iis3dwbtr使用3.3v作为输入电压，通过串行外设接口设置加速度计的相关参数并将采集到的振动数据发送给总控模块，高感度麦克风inmp621acez使用3.3v电源作为输入电压，负责采集声音信号并通过adc模拟数字转换器将声音数据发送给总控模块。
8、作为本专利技术的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器及其安装方法优选的，所述传感器数据采集模块使用spi传输协议控制三轴微加速度计iis3dwbtr采集海上风电结构的振动数据，所述传感器数据采集模块使用adc数模转换器收集高感度麦克风inmp621acez采集的海上风电结构的声音数据，所述传感器数据采集模块使用adc数模转换器收集高感度麦克风inmp621acez采集的海上风电结构的声音数据利用uart传输协议控制ra08芯片。
9、作为本专利技术的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器及其安装方法优选的，所述传感器数据采集模块采用lora技术向控制终端长距离无线传输相关数据并从控制终端接收相关控制信号。
10、作为本专利技术的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器及其安装方法优选的，所述传感器数据采集模块运用微控制器stm32f103c8t6及与多功能传感器相适配的驱动程序对传感器进行整体控制。
11、作为本专利技术的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器及其安装方法优选的，所述安装结构包括封装盒，所述封装盒顶部连接有封装盖，所述封装盖底部固定连接有安装板，所述安装板上等距开设有安装孔，所述安装孔内壁螺纹连接有安装螺栓。
12、一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器的安装方法，包括以下步骤：
13、步骤1、基础、塔筒和风机的适当位置各安装一个多功能传感器和保护盒；
14、步骤2、并且用于海上风电结构安全监测的多功能传感器、专用保护盒、海上风电结构之间均应固连且尽可能地贴近，不允许承受过大的轴向力或者弯矩；
15、步骤3、安装的平行度和角度误差应符合控制要求，无线传输模块需要安装天线，天线外侧应尽可能减少障碍，防止信号降低；
16、步骤4、使用spi传输协议控制三轴微加速度计iis3dwbtr采集海上风电结构的振动数据，使用adc数模转换器收集高感度麦克风inmp621acez采集的海上风电结构的声音数据；利用uart传输协议控制ra08芯片，采用lora技术向控制终端长距离（最远距离为5km）无线传输相关数据并从控制终端接收相关控制信号；
17、步骤5、运用微控制器stm32f103c8t6及与多功能传感器相适配的驱动程序对传感器进行整体控制；
18、步骤6、根据各模块所用技术和相关芯片要求设计了多功能传感器的硬件电路，选用pcb作为电路底板，通过smt将相应的芯片和电阻、电容、电感焊接到pcb上。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
20、1、本专利技术中的lora是一种线性调频扩频的物联网调制技术，也叫宽带现象调频技术，lora技术具有低功耗、远距离、抗干扰等特点，本专利技术采用lora技术实现长距离无线传输海上风电结构的振动数据和声音数据，最远距离为5km，满足海上风电结构监测信号对无线传输距离的要求。此外，lora技术能提高监测信号对海上风电场运行过程所产生电磁辐射的抗干扰能力，保证数据传输过程中的准确性。
21、2、本专利技术使用c语言开发了与多功能传感器相适配的驱动程序，包括多功能传感器各模块通信协议的编写、各芯片相关运行参数的设置以及软件运行整体流程的设计等内容。通过该驱动程序，多功能传感器能有效控制各模块的运行、在各模块间快速传递控制信号以及收集、储存相关数据，实现海上风电结构监测信号的长距离无线传输。
22、3、本专利技术具有传输距离长、效率高、能耗低、存储数据容量大等优点。
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1.一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器，其特征在于，包括传感器数据采集模块（2）、长距离无线传输模块（4）以及总控模块（3），所述传感器数据采集模块（2）与总控模块（3）电性连接，所述总控模块（3）与所述长距离无线传输模块（4）电性连接；
2.根据权利要求1所述的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器，其特征在于：所述长距离无线传输模块（4）信号连接有控制终端。
3.根据权利要求1所述的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器，其特征在于：所述传感器数据采集模块（2）、所述长距离无线传输模块（4）和所述总控模块（3）分别固定安装于三块不同的电路板（1），所述电路板（1）选用PCB为电路底板，PCB板上焊接有芯片和电阻、电容和电感。
4.根据权利要求1所述的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器，其特征在于：所述传感器数据采集模块（2）上集成了稳压芯片TPS63030、IIS3DWBTR三轴微加速度计和高感度麦克风，所述稳压芯片输入端电性连接有电源，稳定芯片输出端与高感度麦克风输入端电性连接。
5.根据权利要求4所述
6.根据权利要求5所述的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器，其特征在于：所述传感器数据采集模块（2）使用SPI传输协议控制三轴微加速度计IIS3DWBTR采集海上风电结构的振动数据，所述传感器数据采集模块（2）使用ADC数模转换器收集高感度麦克风INMP621ACEZ采集的海上风电结构的声音数据，所述传感器数据采集模块（2）使用ADC数模转换器收集高感度麦克风INMP621ACEZ采集的海上风电结构的声音数据利用UART传输协议控制RA08芯片。
7.根据权利要求1所述的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器，其特征在于：所述传感器数据采集模块（2）采用LoRa技术向控制终端长距离无线传输相关数据并从控制终端接收相关控制信号。
8.根据权利要求1所述的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器，其特征在于：所述传感器数据采集模块（2）运用微控制器STM32F103C8T6及与多功能传感器相适配的驱动程序对传感器进行整体控制。
9.根据权利要求1所述的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器，其特征在于：所述安装结构（6）包括封装盒（601），所述封装盒（601）顶部连接有封装盖（602），所述封装盖（602）底部固定连接有安装板（603），所述安装板（603）上等距开设有安装孔（604），所述安装孔（604）内壁螺纹连接有安装螺栓（605）。
10.根据权利要求1-9所述的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器，其特征在于，包括传感器数据采集模块（2）、长距离无线传输模块（4）以及总控模块（3），所述传感器数据采集模块（2）与总控模块（3）电性连接，所述总控模块（3）与所述长距离无线传输模块（4）电性连接；
2.根据权利要求1所述的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器，其特征在于：所述长距离无线传输模块（4）信号连接有控制终端。
3.根据权利要求1所述的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器，其特征在于：所述传感器数据采集模块（2）、所述长距离无线传输模块（4）和所述总控模块（3）分别固定安装于三块不同的电路板（1），所述电路板（1）选用pcb为电路底板，pcb板上焊接有芯片和电阻、电容和电感。
4.根据权利要求1所述的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器，其特征在于：所述传感器数据采集模块（2）上集成了稳压芯片tps63030、iis3dwbtr三轴微加速度计和高感度麦克风，所述稳压芯片输入端电性连接有电源，稳定芯片输出端与高感度麦克风输入端电性连接。
5.根据权利要求4所述的一种用于海上风电结构安全监测的多功能传感器，其特征在于：所述稳压芯片tps63030将输入的电源电压稳定在3.3v，并通过通用输入输出接口控制该芯片的使能与否控制整个模块的开启与关闭，三轴微加速度计iis3dwbtr使用3.3v作为输入电压，通过串行外设接口设置加速度计的相关参数并将采集到的振动数据发送给总控模块，高感度麦克风inmp621acez使用3.3v电源作为输入电压，负责采集声音信号并通...
【专利技术属性】
技术研发人员：翁友法，陈煜淼，李萍，
申请(专利权)人：上海港湾工程质量检测有限公司，
类型：发明
国别省市：
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