[发明专利]一种海洋导管架平台结构安全综合监测系统

说明书

技术领域

本发明属于平台安全监测技术领域，特别是涉及一种海洋导管架平台结构安全综合监测系统。

背景技术

目前，海洋导管架平台是一类海洋工程结构物，它为开发和利用海洋资源提供了海上作业与生活的场所。海洋平台与导管架结构长期服役于恶劣的海洋环境中，承受来自海洋环境的各种载荷（如风载荷、波浪载荷、冰载荷等）和上部组块及钻采设备等自身载荷的交互作用，此外有时还要遭受到地震、台风、海啸、船舶等的破坏。这些载荷产生的承载力和振动会直接影响平台和导管架结构的强度与寿命以及运动特性，甚至造成平台的倒塌与倾覆，后果十分严重。

目前海洋导管架平台主要采取两方面措施来了解平台状况，其一是定期检测，其二是计算评估。两种措施相互结合在一定程度上反映了平台结构状况，但也存在明显的不足。定期检测（尤其是水下检测）难度大成本高，周期间隔较长，覆盖范围有限，并且采用的检测方法多以目视为主，辅之以部分无损检测技术；计算评估是采用计算机软件进行建模运算，是一种偏理论的方法，并且建模中采用数据的真实性和合理性（经常是最难明确的）直接影响评估结果。两种措施各有不同，相互结合只能在一定程度上反映平台结构状况。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种海洋导管架平台结构安全综合监测系统。

本发明的目的是提供一种可以对海洋导管架平台结构安全状况进行监测的新技术，使其能够实现对平台整体工作性态、上部组块的应力、应变情况及整个导管架振动和沉降状况进行实时在线监测，进一步诊断平台安全状况，达到预报警目的等特点的海洋导管架平台结构安全综合监测系统。

本发明涉及一种针对海洋导管架平台结构的安全监测系统，是基于两种监测技术的3D可视化整合系统。整合系统包括两个监测子系统，分别为应变监测系统和振动监测系统，以达到从上部组块承载力情况、导管架沉降情况和损伤情况三方面多角度反映平台的安全状况的目的。整合系统主要包括3D可视化显示界面、无线信号接收模块、数据综合处理模块、数据结果存储模块、专家诊断模块和特定平台结构模拟分析数据库。数据综合处理模块采用小波变换信号处理方法，将子监测系统预处理的结果进行综合处理，并通过专家诊断模块对计算结果予以诊断，数据和相应诊断结果可按用户需求存储在数据结果存储模块中，并显示在3D可视化界面上。特定平台结构模拟数据库用于振动监测分析，保障监测结果准确性。

整合系统的子系统之一为应变监测系统，应变监测系统主要基于结构应变监测的技术原理，通过监测结构表面的应变变化情况来反映平台上部承载变化情况和不均匀沉降情况。子系统包括光纤FBG应变传感器、传输光缆、信号解调单元和无线信号传输装置。光纤FBG传感器采用钛合金基片封装，进行应变监测时将传感器布设在导管架桩头位置，监测单个桩头承载力变化情况，用于判断其是否承载过重，能否引发平台导管架不均匀沉降。将各个桩头监测结果加和能够全面反映整个平台上部组块承载力变化情况。光纤FBG传感器将采集的信号经传输光缆传输至子系统的信号解调单元，信号解调单元对其进行解调和数据的初步计算，并通过无线传输装置将初步计算结果传输至整合系统的数据综合处理模块进行综合处理分析。

整合系统的另一子系统为振动监测系统，振动监测系统基于对整个平台结构的模态响应分析，确定结构的临界频率损伤度，并通过采集的测点的振动频率结果反映导管架的损伤情况，尤其是针对导管架的水下结构。子系统包括加速度传感器、传输电缆、信号处理单元和无线信号传输装置。加速度传感器安装在平台上部，可以持续监测导管架在环境载荷下的响应，传输电缆将测得的加速度信号传输至信号处理单元，信号处理单元将加速度信号转化为振动频率信号以识别导管架的固有摇摆模态，初步处理结果经无线传输装置传输至整合系统的数据综合处理模块进行综合处理分析。

本发明海洋导管架平台结构安全综合监测系统所采取的技术方案是：

一种海洋导管架平台结构安全综合监测系统，其特点是：综合监测系统包括可视化显示器、信号接收模块、数据综合处理模块、应变监测系统和振动监测系统；应变监测系统包括光纤FBG应变传感器、传输光缆、信号解调单元和信号传输装置，光纤FBG应变传感器经传输光缆连接信号解调单元，信号解调单元连接信号传输装置；振动监测系统包括加速度传感器、传输电缆、信号处理单元和信号传输装置，加速度传感器经传输电缆连接信号处理单元，信号处理单元连接信号传输装置；数据综合处理模块通过信号接收模块接收应变监测系统和振动监测系统信号，进行数据综合处理后，将处理结果在可视化显示界面上显示。