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海洋平台的无线低频振动检测系统的研制

作　者: 李志瑞
导　师: 喻言
学　校: 大连理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 海洋平台低频结构振动检测无线传感器网络
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,随着对海洋油气资源开发的不断深入,海洋平台结构的安全性与可靠性问题越来越引起人们的重视。海洋平台在恶劣的海洋环境中服役,各种荷载对其作用会产生明显、持续的振动,多为低频振动信号,因此海洋平台结构是一类低频结构物。对其进行低频振动检测是判定其结构是否损伤的一种有效手段。首先,本文对海洋平台结构检测技术的研究现状进行了系统地介绍,引出了基于振动的海洋平台检测技术；探讨了将无线传感器网络技术应用于海洋平台的振动检测；分析了海洋平台结构振动特点,并在此基础上进行了低频加速度传感器的机理分析与选取研究。其次,给出了无线低频振动检测系统的总体架构,并就无线传感采集节点与无线数据采集中心的硬件集成与软件设计进行了详细介绍。无线通信采用星型网络结构进行设计,由多个无线节点与一个数据采集中心构成。无线节点采用模块化方法进行设计,由传感器接口单元、微处理单元、存储单元、无线通讯模块、实时时钟电路、电源管理单元等构成。数据采集中心由无线通讯模块、串口服务器、计算机单元构成。在无线节点的微处理单元中嵌入程序,完成振动数据采集、初步分析、数据缓存、数据无线收发等功能。在数据采集中心的计算机单元中嵌入智能采集软件,完成对各传感采集节点的参数设置、数据采集、实时显示、存储,并可以把数据导出进行后处理等。最后,设计试验对无线低频振动检测系统的可靠性与低频特性进行了验证。试验结果表明：该无线低频振动检测系统具有低频性能好、可靠性高、布设速度快等特点,适用在海洋平台的低频振动检测当中,具有很好的应用前景。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-17
  1.1 课题背景及意义  10-11
  1.2 海洋平台结构检测技术  11-13
    1.2.1 海洋平台结构检测系统的组成  11-12
    1.2.2 海洋平台结构检测技术的研究现状  12-13
  1.3 无线传感器网络技术  13-15
    1.3.1 无线传感器网络技术概述  13-14
    1.3.2 无线传感器网络应用于海洋平台结构检测  14-15
  1.4 论文结构及本文主要内容  15-17
2 海洋平台结构低频振动传感器的选择研究  17-24
  2.1 海洋平台结构振动特性研究  17-18
    2.1.1 低频结构振动与检测  17
    2.1.2 海洋平台结构振动特点  17-18
  2.2 低频振动传感器的分析选取  18-23
    2.2.1 MEMS加速度传感器  18-20
    2.2.2 压电加速度传感器  20-21
    2.2.3 力平衡加速度传感器  21-22
    2.2.4 三种加速度传感器的性能比较分析  22-23
  2.3 本章小结  23-24
3 无线低频振动检测系统的硬件设计  24-42
  3.1 无线低频振动检测系统的总体架构设计  24-25
  3.2 无线传感采集节点的硬件设计  25-39
    3.2.1 无线传感采集节点的原理设计  25
    3.2.2 传感器接口单元设计  25-29
    3.2.3 微处理单元及其外围电路设计  29-31
    3.2.4 存储单元设计  31-32
    3.2.5 无线通讯模块  32-35
    3.2.6 实时时钟电路设计  35-37
    3.2.7 电源管理模块设计  37-39
  3.3 无线数据采集中心的硬件设计  39-41
    3.3.1 无线数据采集中心架构设计  39-40
    3.3.2 无线模块与串口通讯  40
    3.3.3 串口服务器  40-41
    3.3.4 计算机单元  41
  3.4 本章小结  41-42
4 无线低频振动检测系统的软件设计  42-54
  4.1 无线传感采集节点的嵌入式程序设计  42-48
    4.1.1 无线通信协议的设定  42-43
    4.1.2 无线嵌入式程序模块化设计  43-47
    4.1.3 程序的烧录及在线调试  47-48
  4.2 无线数据采集中心的采集软件设计  48-53
    4.2.1 采集软件的总体架构设计  48-49
    4.2.2 采集软件的模块化设计  49-53
  4.3 本章小结  53-54
5 试验结果及分析  54-72
  5.1 等强度梁垂直比对试验  54-58
    5.1.1 试验方案设计  54-55
    5.1.2 试验数据分析  55-58
  5.2 低频单摆水平比对试验  58-61
    5.2.1 低频单摆试验方案设计  58-60
    5.2.2 试验数据分析  60-61
  5.3 水平振动台测试试验  61-65
    5.3.1 试验方案设计  61-63
    5.3.2 试验数据分析  63-65
  5.4 海洋平台结构模型振动测试试验  65-71
    5.4.1 海洋平台结构模型振动测试试验方案  65-66
    5.4.2 平台敲击作用下响应数据分析  66-68
    5.4.3 平台浪涌作用下响应数据分析  68-71
  5.5 本章小结  71-72
结论  72-74
参考文献  74-77
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  77-78
致谢  78-79

海洋平台的无线低频振动检测系统的研制

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