[发明专利]船体结构应力监测系统传感器开路故障诊断方法

说明书

本发明属于船体结构应力监测领域，尤其涉及一种船体结构应力监测系统传感器开路故障诊断方法。本发明通过统计由布置在结构监测位置的传感器所采集的一段时间内的应力实时数据，根据其测得应力数据信号的特点，确定了传感器开路故障的判定条件，实现船体结构应力监测系统传感器开路故障的实时有效诊断。该算法可以准确、实时地判断传感器的工作状态，并能有效识别发生开路故障的传感器，且给予设备操作或维护人员以及时的警示。

技术领域

本发明属于船体结构应力监测领域，尤其涉及一种应用于船体结构应力监测系统的传感器开路故障诊断方法。

背景技术

船体结构强度是影响船舶安全性的主要因素之一，对于在实际海洋环境中航行的船舶，船体结构受到的外载荷具有很强的随机性，这些随机因素很难通过规范或准则进行完全准确地预报。为保障船舶在航行过程中的安全性，考虑在船体结构上安装结构监测系统，对其进行全寿命期、实时在线监测。

船体结构应力监测系统是综合运用结构参数识别技术、光纤传感技术、数据库技术、多数据信息融合技术、超大信息量数据处理技术、船体结构有限元分析技术和强度评估理论，综合相关的传感器、软硬件设备等，实现船舶结构安全性的实时监测与评估。船体结构应力监测系统主要具备数据采集、环境监测、应力监测、数据处理、强度评估、报警与记录、数据库、交互界面等主要功能，从而提高航行船舶的安全性能，并为船舶结构设计积累数据。船体结构应力监测系统主要功能如图1所示。

船体结构应力监测系统是智能船体的重要组成部分，而传感器作为船体结构应力监测技术的重要元件，其能否正常工作决定了整套系统的有效性和可靠性。鉴于光纤光栅应变传感器的量程大、不需配备温度补偿传感器和可避免电磁干扰等外界影响的优点，可保证监测数据的准确性。因此，船体结构应力监测系统采用光纤光栅应变传感器。以下所述传感器均为光纤光栅应变传感器。由于传感器的工作环境复杂、恶劣，安装部位特殊等原因，使得传感器成为系统中最易发生故障的部件。

由于传感器折断、传感器脱落、传输线路折断、接口破坏等造成的开路故障是传感器最常见的故障之一。若传感器发生开路故障，其主要的信号特征是传感器测得的应力数据为零值，特征曲线见图2，但也并不能简单的以零值作为故障判别的条件。为了能准确地判断传感器是否发生开路故障，需要设计一种精度高的传感器开路故障的诊断算法，既能有效区分传感器测得数据的正常零值与开路故障造成的数据零值，又能实时诊断传感器的开路故障，并能将传感器的开路故障信息及时反馈给船舶操作及设备维护人员。

发明内容

本发明针对上述的船体结构应力监测系统中传感器故障的准确诊断问题，提出一种船体结构应力监测系统传感器开路故障诊断方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种船体结构应力监测系统传感器开路故障诊断方法，包括：

将传感器采集的应力数据进行低通滤波，去除高频噪音和高频砰击成份；

计算过去一段时间内的应力实时数据的跨零周期T_i、各个跨零周期的数据幅值和所有跨零周期的数据幅值的均值；

计算上述应力实时数据的应力幅值；

结合传感器发生开路故障的判定条件，识别产生故障的传感器，并显示其故障信息。

作为优选，所述传感器发生开路故障的判定条件为：测得应力时历信号数据同时满足：

1)所述传感器在一段时间内测得的应力时历信号数据的幅值均值为零；

2)找到与所述应力时历信号数据运动幅值相同或接近的船舶运动幅值历史数据所在的历史时间段，所述历史时间段内测得应力的幅值均值不为零。

作为优选，所述低通滤波时将阻带截止频率设为采样频率。