整理装备结构健康监测系统 2.docx
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整理装备结构健康监测系统2
装备结构健康监测系统
2014年2月11日
1．背景
海上石油钻井平台承载大型结构的石油钻井装备，在钻探过程中由于这些装备受力不匀或是倾斜挤压会导致其结构产生变形，严重的甚至导致结构损坏，无法顺利完成平台工作任务。
为避免出现上述情况，需采用相应的结构健康监测手段对石油装备的结构受力状况、应力分布进行实时监测，并通过分析评估对可能出现的结构健康安全隐患及时进行预警以保证石油开采工作的正常进行，降低维护成本，提高设备完整性，延长使用寿命。
2.系统组成
2.1系统功能
装备结构健康监测系统主要用于实时监测石油装备的结构受力状况、应力分布，便于掌握结构变形趋势情况；并在超过预定变形值时进行预警，以帮助操作人员采取必要措施，避免造成局部过度挤压，造成形变损坏，严重影响生产的事故现象发生。
2.2系统架构
系统主要由光纤光栅传感器子系统与光纤光栅解调子系统构成。
光纤光栅传感器子系统安装部署于监测现场的装备结构监测部位，用于监测结构形变应力；光纤光栅解调子系统安装部署于监控室，用于将检测现场采集的信号解调还原为应变数据。
2.3系统主要硬件设计
1）工控机
用于接收解调仪的上传数据，解调传感阵列的应变信息并显示，同时通过解调仪模块控制高速光开关实现对不同传感阵列的切换。
配置为：
windows操作系统；对于静态解调系统，采用P42.0G以上的CPU、256MB以上内存配置电脑即可。
2）解调仪
采用基于体光栅结构的FBG解调系统方案。
由宽谱光源、光纤环行器组件、高速光开关模块、波长解调模块等组成。
３）应变传感器
传感阵列由温度/压力光栅传感器串联而成，传感器波长范围在1525~1605nm以内，同一路阵列传感器之间波长差应控制。
由于应变传感器同时受到温度和应变的影响，所以在每个传感器所占的波段范围时，要综合考虑这两个因素的影响。
a）假定现场温度变化范围是-20℃~+80℃，对应波长的变化影响是32pm/℃×100℃=3.2nm；
b）应变对波长的影响为：
1.2pm/uε×1500uε=1.8nm；
于是，温度和应变对波长的影响的是3.2nm+1.8nm=5nm。
两端保留0.5nm的空余，即每个传感器所占的波段范围是6nm。
解调仪每个通道的波长范围是80nm，因此每个通道最多可安装13个传感器。
考虑到传感器受到温度和应变的交叉敏感，桩腿每个舷管的上导板最上端模块和下导板最下端模块各安装4个传感器。
整个系统一共使用8通道并行检测，每个通道安装10个传感器，包含9个应变传感器和一个温度传感器。
每一个应变传感器测量范围为±2000με，温度传感器起到对该通道所有其他应变传感器的温度补偿作用。
实际上相当于80个独立的光纤光栅传感器系统。
通道
传感器个数
波长分布
1
10
1529～1583每隔6nm一个传感器
2
10
1529～1583每隔6nm一个传感器
3
10
1529～1583每隔6nm一个传感器
4
10
1529～1583每隔6nm一个传感器
5
10
1529～1583每隔6nm一个传感器
6
10
1529～1583每隔6nm一个传感器
7
10
1529～1583每隔6nm一个传感器
8
一、环境影响评价的发展与管理体系、相关法律法规体系和技术导则的应用10
发现规划环境影响报告书质量存在重大问题的，审查时应当提出对环境影响报告书进行修改并重新审查的意见。
1529～1583每隔6nm一个传感器
4）数字水平仪
1）地方环境标准是对国家环境标准的补充和完善。
在执行上，地方环境标准优先于国家环境标准。
数字水平仪安装于操作室平台上。
采用高精度双轴数字水平仪，水平仪通过测量静态重力加速度的变化，转换成倾角变化。
水平仪测量输出传感器相对于水平面的倾斜和俯仰角度。
水平仪内置温度传感器可以根据温度变化修正传感器温度漂移。
传感器的角度响应速度从1次/秒～5次/秒（可调）。
内置冲击抑制模式，依靠角度反映速度的差别，区分冲击震动和倾角变化。
具体以下特征：
a）
b）（三）规划环境影响评价的公众参与宽广的工作温度范围：
-40度～+80度，完全的温度补偿；
c）高精度：
绝对精度0.01（包含所有误差）；
d）外壳结构防水，抗外界干扰能力强。
（四）环境价值评价方法2.4系统软件设计
该实时监测系统基于B/S架构的软件系统，集成了MicrosoftSilverlight技术、SQL数据库系统，.Net等最新技术开发的物联网工程管理软件平台，它可以管理多台光纤光栅解调仪。
可以远程查询结果，服务器软件系统自动运行与后台，可自动接收采集仪的应变数据，对采集的波长值进行物理量计算，对异常的计算结果自动进行报警，并将计算结果以及报警结果保存在数据库中。
市场价格在有些情况下（如对市场物品）可以近似地衡量物品的价值，但不能准确度量一个物品的价值。
三者的关系为：
通过在线系统查看实时的计算结果，历史结果，报警信息。
可以查看整个系统的传感器部署的拓扑结构。
导出和打印数据。
环境影响评价工程师课主持进行下列工作：
（4）跟踪评价的结论。
功能说明如下：
1）主页
（1）是否符合环境保护相关法律法规。
以图形化显示各个测点的数值。
其中左侧应变：
传感器发生故障导致无测量结果。
以红色表示。
左侧温度正常，以绿色表示。
一、安全评价2）拓扑结构
拓扑结构直观可以显示各个设备的每一个通道布置图，以及每一个通道测点的实时测值。
鼠标放置于左侧上面后，可以显示实时结果。
根据报警条件，正常为绿色表示，发生了报警则用红色表示（根据报警等级红色状态条颜色深度有差异），具体报警信息可以查看。
3）实时数据
动态刷新并显示各个传感器最新的物理量数值。
可以到处支持导出和打印。
4）历史数据
查询显示各个传感器的历史数值。
支持导出和打印。
根据查询的结果，绘制每一个物理量随时间变化的过程线。
5）报警信息
查询显示各个报警信息数据。
6）物理量计算
在系统配置的项目设置中，可以对物理量的计算公式进行设置。
在监测系统会自动根据公式，进行物理量的计算。
举例如下：
上面公式中的a，b，c值都可以在配置具体传感器的时候，设定的值。
Ref.x表示对应的温度计测量的当前波长值,Ref.x0表示对应的温度计的中心波长值。
3.科研周期
时间期限
主要研究内容
2014.01～
2014.05
分析结构监测技术的适用性，进行技术选型论证。
2014.06～2014.11
总体技术方案。
1）总体原理设计、可行性论证；
2）装备结构模型分析与仿真；
2014.12～2015.07
钻杆标识系统设计方案。
1）应变传感器研制与校准；
2）解调仪研制；
3）预警评估模型；
2015.08-～
2015.12
系统搭建与预测试。
系统联调与优化
4.经费需求
年度
调研费
资料费
材料费
试验费
外协费
差旅费
会议费
不可预见费
合计
2014年
4
3
26
28
28
4
2
3
98
2015年
3
2
20
25
23
4
3
3
83
小计
7
5
46
53
51
8
5
6
181
按项目需求：
序号
费用类别
明细费用类别
费用（万元）
合计（万元）
1
调研费
用户方需求调研
1.5
7
解调仪方案调研
3
传感器封装工艺调研
2.5
2
资料费
设计手册
0.1
5
技术图书
0.1
论文版面费
1.3
专利申请费
3.5
3
材料费
专用工艺装备
9
65
光纤光栅传感器件材料
16
传感器封装材料
12
解调仪及外围系统元器件
18
辅助材料
10
4
试验费
传感器封装测试
7
34
传感器性能试验
8
解调仪测试
5
系统联调联试
6
系统性能测试
5
系统试运行试验
3
5
外协费
传感器结构封装加工
20
51
解调仪及外围设备样机试制
31
6
差旅费
调研差旅费
3
8
技术协调差旅费
3
外场测试差旅费
2
7
会议费
方案设计评审会
0.5
5
技术设计评审会
1
中期评审会
1.5
结题评审会
2
8
不可预见费
零星技术措施
3
6
专用仪器设备维护
3
升级会员 