[发明专利]用于船舶结构长期安全监测的分布式应变采集器

说明书

技术领域

本发明涉及用于船舶结构长期安全监测的装置，尤其涉及一种能够组建成大规模的面向船舶结构长期安全监测应用的分布式应变采集器。该变采集器以分布式形式布置于船舶的各个测量部位，对船舶结构应变应力进行实时测量，也可扩展用于土木工程和海洋平台等大型结构的安全监测。

背景技术

船舶在使用过程中，长期受到海水压力、波浪冲击以及海水腐蚀，船体结构会发生各种结构损伤和疲劳破坏，导致船舶壳体结构强度和疲劳寿命降低从而使船舶使用安全性下降。限于研究手段和测试技术，以往我国船舶结构安全评定主要以传统的无损探伤和人工视察为主，定期对船舶结构状态进行安全评估，这种方法耗时、费力、费用昂贵，不能得到船舶结构变化的原始数据，难于找到结构发生破坏的根本原因，而且更严重的是虽然有些结构部位安全性下降，但是由于不能被实时在线检测发现，使得船舶在运行时存在着安全隐患。随着传感器技术和网络通信技术以及电子技术的发展，船舶结构安全评定已从传统的定期的安全检测向实时在线监测分析发展，这不仅能够实时记录船舶航行中船体结构的受力情况，还能够根据监测数据对船舶结构状态进行在线安全评估，并对船体结构的安全性提供必要的预警信息，以便及时采取应对措施。

应变采集器的应用研究经历了从最初的集中式测量到分布式测量的发展。与集中式应变采集器相比，分布式应变采集器将集中式应变采集器的数据采集功能分散到各个采集器中，单个采集器出现故障不会影响其它采集器的正常工作，从而增强了船舶结构长期安全监测系统的健壮性。目前，国内投入应用的分布式应变采集器存在体积大，功耗大，不能远距离工作，每个采集器通道数目过多，不能直接布置于传感器附近，造成传感器与采集器之间导线过长，容易受到外界电磁场干扰，测量准确性不能保证；另外工程应用安装不便，不适用于船舶结构的长期安全监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于船舶结构长期安全监测的分布式应变采集器，以克服现有技术中的上述问题。

本发明的技术方案如下：

一种用于船舶结构长期安全监测的分布式应变采集器，包括电路板硬件、外壳、电源通信插座以及传感器插座；电源通信插座和传感器插座安装于外壳的两侧壁上，电路板硬件固定于外壳的底部，电路板硬件上各电源、信号线通过导线与电源通信插座以及传感器插座连接；

电路板硬件包括信号调理采集模块、微控制器、CAN通信模块和电源管理模块；信号调理采集模块的输入端与传感器连接；微控制器内置SPI接口、CAN控制器和CPU；微控制器与信号调理采集模块通过SPI接口连接，将经过信号调理采集模块模数转换的数字信号输入CPU中进行信号处理；微控制器的CAN控制器通过CAN通信模块与CAN总线网络连接，将CPU处理的数字信息经CAN总线发送至监测主机；电源管理模块的输入端连接直流电源，输出端分别连接信号调理采集模块、微控制器和CAN通信模块； 

直流电源、监测主机通过电源通信插座与电路板硬件连接；传感器通过传感器插座与电路板硬件连接。

本发明的有益技术效果是：

本发明体积小、安装灵活，具有可连接1～4个传感器的传感器输入通道，就近布置于传感器附近，从而减少外界电磁信号的干扰，提高测量精度；数据通信实时性强、可靠性高和较强的抗电磁干扰能力，多个应变采集器配合监测主机，能够组建成大规模的面向船舶结构安全监测应用的分布式传感器网络，不仅能够对营运中船舶的主要结构部位受力情况和结构振动状态进行有效实时测试和分析，还能对船舶结构状态进行在线安全评估，保障船舶运行安全。

本发明采用模块化设计方法，将应变采集器小型化（边长最大尺寸小于10cm）、低功耗化（小于1w），同时采用宽供电电压技术，并以CAN总线作为通信方式，这样分布于船体各个部位的应变采集器通过CAN总线将采集到的结构受力数据传递给监测主机。本发明采用非破坏的逐位仲裁机制竞争向总线发送数据，并对通信数据进行编码，数据通信实时性强，适用于对船舶结构受力的动静态测量；本发明在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上的其它采集器不受影响，可靠性比较高，容易对出现故障的采集器进行排查更换。采用本发明可以组成具有110个应变采集器的监测系统，实现对船舶结构的大规模在线监测。本发明的每个通道可以根据传感器的类型设置为全桥、半桥、1/4桥、三线制1/4桥等桥路形式，以适用于多种类型的传感器。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中的电路板硬件A的结构框图。