應用于海洋平臺振動檢測的無線傳感器系統(tǒng)技術研究

摘要：海洋平臺長期服役在惡劣的海洋環(huán)境里，特別是進入中后期服役階段，其安全問題越來越成為制約海洋平臺正常作業(yè)的重要因素，對海洋平臺結構進行快速、便捷、實時動態(tài)檢測是進行平臺結構安全評估、維修決策、保障海洋平臺正常使用的重要前提。文章介紹了一種用于海洋平臺快速振動檢測的無線傳感網絡檢測系統(tǒng)，提出了系統(tǒng)的總體架構，分析了系統(tǒng)中加速度傳感器的選取方法，完成了無線傳感節(jié)點的原理及架構設計，最后通過在海洋平臺結構模型上進行模擬海冰撞擊的敲擊試驗，驗證了所設計的無線傳感網絡檢測系統(tǒng)在海洋平臺結構振動檢測中的應用可行性。
關鍵詞：海洋平臺；安全評估；振動檢測；無線傳感器；加速度傳感器

0 引言
近年來，隨著對海洋油氣資源開發(fā)的不斷深入，海洋平臺結構的安全性與可靠性問題越來越引起人們的重視。海洋平臺長時間在惡劣的海洋環(huán)境中服役，受到環(huán)境侵蝕、材料老化和海浪、臺風、海冰撞擊、海洋生物等各種荷載的長期作用而使其產生疲勞效應和損傷積累，導致抗力衰減。海洋平臺抵抗自然災害、甚至在正常環(huán)境中的工作能力下降，極端情況下極易引發(fā)災難性的突發(fā)事故。如不能對海洋平臺結構的工作狀態(tài)和健康狀況做出及時的檢測和正確的評價，一旦發(fā)生事故，將會造成重大的經濟損失和人員傷亡，污染海洋環(huán)境，造成不好的社會政治影響。
海洋平臺結構在服役期間損傷不可避免，只有準確診斷出結構的損傷情況，并及時地進行修繕，才能確保人員的生命安全和減少財產損失。海洋平臺結構檢測技術的研究與應用在保障海洋平臺結構的安全、可靠運行，延長平臺結構的使用壽命等方面具有重大意義。

1 海洋平臺結構檢測技術的研究現狀
因海洋平臺結構造價昂貴、結構復雜，在其服役期間不能中斷使用，故對其進行結構健康檢測、評估其安全與可靠性，就必須采用微損或無損檢測技術。無損檢測技術是在物理學、材料科學、斷裂力學、機械工程、電子學、計算機技術、信息技術以及人工智能等學科的基礎上發(fā)展起來的一門應用工程技術。目前常規(guī)的檢測技術主要有目測、磁粉檢測、超聲波檢測、射線檢測、滲透檢測、磁膜檢測以及進水構件檢測等方法，表1列舉了常用的幾種結構檢測方法。

表1所列的各種檢測技術雖各有其獨特的特點及應用范圍，但都存在一個共同的局限性，或不能用于水下檢測，或不能同時檢測裂縫的深度和長度，或測試儀器造價昂貴，需要受過專業(yè)培訓的人員才能操作，故在海洋平臺的大規(guī)模檢測中都不適用。
與上述方法相比，基于振動的海洋平臺無線傳感網絡檢測技術則具有簡單、成本低等諸多優(yōu)點。無線傳感器網絡是一種分布式系統(tǒng)，通常由傳感節(jié)點、匯聚節(jié)點和用戶端節(jié)點等組成。傳感節(jié)點集成有傳感單元、數據處理單元、通信單元及電源管理單元等，它們可以大量隨機部署在監(jiān)測區(qū)域，并可無線自組織地構成網絡系統(tǒng)。這種檢測技術的基本原理是：首先實測到結構的狀態(tài)數據，然后利用參數識別技術判定結構動力參數的變化，再據此判定結構有無損傷以及損傷的位置和程度。