應(yīng)用于海洋平臺(tái)振動(dòng)檢測(cè)的無(wú)線傳感器系統(tǒng)技術(shù)研究

無(wú)線傳感器采集節(jié)點(diǎn)主要完成對(duì)平臺(tái)在各類荷載作用下的振動(dòng)數(shù)據(jù)采集、初步分析、數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)等功能。主要完成的功能：一是提供8通道16位ADC通道，完成力平衡加速度傳感器模擬量輸入的采集和處理；二是超低功耗處理單元，可在低功耗下實(shí)現(xiàn)對(duì)各傳感器、各單元電路、各接口的控制；三是大容量存儲(chǔ)器系統(tǒng)，主要提供采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；四是與數(shù)據(jù)采集中心的無(wú)線通信接口，用于提供采集數(shù)據(jù)的傳輸、命令的設(shè)定；五是電源系統(tǒng)，可保障各傳感器件、各單元電路的穩(wěn)定可靠的電源供給。
2．4 無(wú)線數(shù)據(jù)采集中心架構(gòu)設(shè)計(jì)
無(wú)線數(shù)據(jù)采集中心是無(wú)線低頻振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的核心，主要完成對(duì)各無(wú)線傳感采集節(jié)點(diǎn)的端口配置、初始化設(shè)定、采集指令的發(fā)送、振動(dòng)數(shù)據(jù)包的接收、振動(dòng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)、時(shí)頻分析等功能。該部分采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，主要由無(wú)線模塊(數(shù)據(jù)信道、控制信道)、串口服務(wù)器、計(jì)算機(jī)單元(PC機(jī))及其嵌入式采集軟件構(gòu)成，圖3所示是無(wú)線數(shù)據(jù)采集中心模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

無(wú)線模塊用于實(shí)現(xiàn)與無(wú)線傳感采集節(jié)點(diǎn)的無(wú)限交互，由8個(gè)無(wú)線接收模塊和1個(gè)無(wú)線控制模塊組成，分為8個(gè)數(shù)據(jù)信道和1個(gè)控制信道。無(wú)線接收模塊對(duì)應(yīng)各自的無(wú)線傳感采集節(jié)點(diǎn)，用于接收其振動(dòng)數(shù)據(jù)包：無(wú)線控制模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)各無(wú)線傳感采集節(jié)點(diǎn)的控制功能。串口服務(wù)器是無(wú)線模塊與計(jì)算機(jī)單元(PC機(jī))通訊的中介，把通過(guò)串口形式接收的振動(dòng)數(shù)據(jù)通過(guò)USB的方式傳送到計(jì)算機(jī)單元中。計(jì)算機(jī)單元是無(wú)線振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的中心，在計(jì)算機(jī)單元上嵌入智能控制采集軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線傳感采集節(jié)點(diǎn)的控制，并完成對(duì)采集到的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理等功能。

3 海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)
3．1 試驗(yàn)方案
海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)在海上服役期間會(huì)受到各種荷載對(duì)其造成的影響，但對(duì)其結(jié)構(gòu)造成傷害最大、影響最為嚴(yán)重的主要是海冰的撞擊與臺(tái)風(fēng)的侵襲。為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的無(wú)線振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)能夠應(yīng)用在海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)檢測(cè)當(dāng)中，可在海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的模型上進(jìn)行模擬海冰撞擊的敲擊試驗(yàn)。試驗(yàn)的海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型與真實(shí)的海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)具有相似性，其結(jié)構(gòu)固有頻率、高度、強(qiáng)度等方面均與真實(shí)的海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)有一定的相似比。
試驗(yàn)前，應(yīng)將力平衡加速度傳感器布設(shè)在平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型的平臺(tái)兩個(gè)對(duì)角線處，并緊緊地固定好。運(yùn)用無(wú)線低頻振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)的采集與測(cè)試分析。平臺(tái)敲擊試驗(yàn)使用重錘在與水平力平衡加速度傳感器的相同方向上進(jìn)行敲擊，模擬海冰撞擊，采集振動(dòng)加速度信號(hào)。海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的ANSYS有限元仿真模型與真實(shí)的海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型如圖4所示。

無(wú)線數(shù)據(jù)采集中心在采集到振動(dòng)數(shù)據(jù)后，可對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出并運(yùn)用Matlab進(jìn)行數(shù)據(jù)的時(shí)域與頻域分析，從而得到結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率。敲擊后平臺(tái)模型做有阻尼的自由振動(dòng)，振動(dòng)頻率即為平臺(tái)模型的固有頻率，從中得出平臺(tái)模型的一階與二階固有頻率。平臺(tái)模型在受到損傷時(shí)，其振動(dòng)的一階與二階固有頻率將會(huì)發(fā)生變化。平臺(tái)模型浪涌試驗(yàn)的振動(dòng)頻率為液壓振動(dòng)臺(tái)設(shè)定的頻率，此時(shí)平臺(tái)模型做的是有阻尼的受迫振動(dòng)。