一種自升式平臺波流載荷實驗數據采集裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于海洋工程技術領域，特別涉及一種波流載荷數據采集裝置及方法。
【背景技術】
[0002]在海洋工程建設中，海域環境十分惡劣，經常同時受到臺風、海浪、海流、海冰、潮汐以及地震等的作用。海上自升式平臺的穩定性、環境適應性要求更高，其結構復雜、造價昂貴，外部載荷及結構強度標準很難精確確定。海浪和海流載荷是海上結構物的控制載荷，對工程的造價、安全度及壽命起著非常重要的作用。因此，準確的波流載荷計算和合理的強度評估在自升式平臺設計階段尤為重要。
[0003]常規波流載荷實驗中，主要采用的均是單片式應力應變片采集方法，因受實驗過程中的諸多因素影響，導致采集到的實驗數據誤差較大，且為保證實驗要求需進行大量的重復性驗證試驗，人力物力浪費嚴重。并且在實驗過程中受拖車設備振動，波流耦合下的渦旋釋放影響以及其他各類環境噪聲的影響，會導致單片式應力應變片采集到的實驗數據存在較大的誤差。本發明提出了一種可準確采集自升式平臺波流載荷實驗數據的方法，為不同規格的自升式海洋平臺波流載荷實驗的數據采集提供了方法指導，具有重要的理論意義和工程應用價值。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是:提供一種自升式平臺波流載荷實驗數據采集裝置及方法，提高了波流載荷實驗數據采集的精度，解決了目前波流載荷實驗中實驗數據誤差大，人力物力浪費等問題。
[0005]本發明的技術方案是:一種自升式平臺波流載荷實驗數據采集裝置，它包括:水池(I)、自升式平臺粧腿(2)、應力應變片組(3)、三軸振動加速度傳感器(4)、聲發射傳感器組
[5]、波高傳感器(6)、數據采集設備(7)、數據處理顯示設備(8);
[0006]所述水池(I)用于模擬產生海浪、海流等海洋波流載荷環境；
[0007]所述自升式平臺粧腿(2)放置于水池中，用于模擬海洋中的各類平臺粧腿，并可在外部作用力下在所述水池(I)中水平多方向運動；
[0008]所述應力應變片組(3)固定在所述自升式平臺粧腿(2)的測力桿表面，用于測量實驗過程中所述自升式平臺粧腿(2)所受到的環境載荷信號，并將組內單個應力應變片所采集的環境載荷信號，分別發送給所述數據采集設備(7);
[0009]所述三軸振動加速度傳感器(4)固定在所述自升式平臺粧腿(2)的測力桿底部位置，用于測量實驗過程中所述自升式平臺粧腿(2)的振動加速度時域響應，并將所采集的時域響應信號發送給所述數據采集設備(7);
[0010]所述聲發射傳感器組(5)固定在所述自升式平臺粧腿(2)的上表面，用于采集實驗過程中的環境噪聲信號，為后期數據降噪處理提供支持，并將所采集的環境噪聲信號發送給所述數據采集設備(7);
[0011]所述波高傳感器(6)固定于水池中，并與所述自升式平臺粧腿(2)平行，用于采集測量實驗過程中的適時波高信號，并將所采集的波高信號發送給所述數據采集設備(7);
[0012]所述數據采集設備(7)用于收集所述應力應變片組(3)的單個應力應變片傳送的環境載荷數據信號，所述三軸振動加速度傳感器(4)傳送的時域響應信號，所述聲發射傳感器組(5)的單個聲發射傳感器傳送的環境噪聲信號，所述波高傳感器(6)傳送的波高信號，并將這些信號轉換成適應所述數據處理顯示設備(8)的格式，發送給所述數據處理顯示設備(8);
[0013]所述數據處理顯示設備(8)用于將所述數據采集設備(7)傳送的經過處理后的環境載荷數據信號數據、時域響應信號數據、環境噪聲信號數據、波高信號數據，進一步處理后，顯示出來。
[0014]更進一步地，所述應力應變片組(3)包括3組應力應變片，每組應力應變片之間的垂向間距不相等，每組應力應變片有兩個應力應變片組成，兩個應力應變片采用90度半橋式貼片法固定。
[0015]更進一步地，所述應力應變片組(3)中的應力應變片固定前去除所述自升式平臺粧腿(2)的測力桿表面的油污及鐵肩，固定后做防水處理。
[0016]更進一步地，所述聲發射傳感器組(5)固定在所述自升式平臺粧腿(2)上表面時，在所述聲發射傳感器組(5)的發射傳感器與所述自升式平臺粧腿(2)上表面之間，填充耦合劑；
[0017]更進一步地，所述數據處理顯示設備(8)將所述數據采集設備(7)傳送的聲發射傳感器組(5)傳送的多個環境噪聲信號數據進行完整采集輸出，得到最終完整有效的環境噪聲信號數據。
[0018]更進一步地，所述數據處理顯示設備(8)將所述數據采集設備(7)傳送的應力應變片組(3)傳送的多個環境載荷數據信號，分別根據3組應力應變片之間的距離AL1、A L2和Δ LI+AL2，在同一次實驗中計算出三組不同實驗結果，得到最終有效的三個不同的環境載荷信號數據。
[0019]—種使用權利要求1所述的一種自升式平臺波流載荷實驗數據采集裝置的方法，其特征在于，它包括以下步驟:
[0020]在水池中模擬產生海浪、海流、海洋波流載荷環境；
[0021 ]將自升式平臺粧腿放置在水池中，自升式平臺粧腿可在外部作用力下在水池中水平多方向運動；
[0022]將應力應變片組固定在自升式平臺粧腿的測力桿的表面；
[0023]將三軸振動加速度傳感器固定在自升式平臺粧腿的測力桿底部位置；
[0024]將聲發射傳感器組固定在自升式平臺粧腿上表面；
[0025]將波高傳感器固定于水池中，并與自升式平臺粧腿平行；
[0026]應力應變片組將所采集的環境載荷信號，發送給數據采集設備；
[0027]三軸振動加速度傳感器將所采集的振動加速度時域響應信號，發送給數據采集設備;
[0028]聲發射傳感器組將采集到的環境噪聲信號，發送給所述數據采集設備；
[0029]數據采集設備將收集的應力應變片組傳送的環境載荷數據信號、三軸振動加速度傳感器傳送的時域響應信號、聲發射傳感器組傳送的環境噪聲信號、波高傳感器傳送的波高信號，轉換成適應所述數據處理顯示裝置的格式，發送給所述數據處理顯示設備；
[0030]數據處理顯示設備將數據采集設備傳送的經過處理后的環境載荷數據信號數據、時域響應信號數據、環境噪聲信號數據、波高數據信號數據，進一步處理后，顯示出來。
[0031]更進一步地，數據處理顯示設備將所述數據采集設備傳送的聲發射傳感器組傳送的多個環境噪聲信號數據進行完整采集輸出，得到最終完整有效的環境噪聲信號數據，為后期針對應力應變組采集到的環境載荷數據信號進行降噪處理。
[0032]更進一步地，數據處理顯示設備將所述數據采集設備傳送的應力應變片組傳送的多個環境載荷數據信號，分別根據3組應力應變片之間的距離△ L1、△ L2和△ Ll+Δ L2，在同一次實驗中計算出三組不同實驗結果，得到最終有效的三個不同的環境載荷信號數據。
[0033]本發明采用同時布置多個傳感器布置方式，在一次實驗即可得到多組實驗結果值，且多個實驗結果可以相互驗證，在保證實驗結果可靠性的基礎上極大地減小了實驗工作量，可以很好地保證各傳感器的同步采集問題，將實驗過程中的所有環境數據一次完整的采集下來，大大提高了波流載荷實驗數據采集的精度，解決了目前波流載荷實驗中實驗數據誤差大，人力物力浪費等問題。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發明系統組成示意圖。
【具體實施方式】
[0035]實施例1:參加圖1，一種自升式平臺波流載荷實驗數據采集裝置，它包括:水池(I)、自升式平臺粧腿(2)、應力應變片組(3)、三軸振動加速度傳感器(4)、聲發射傳感器組
(5)、波高傳感器(6)、數據采集設備(7)、數據處理顯示設備(8)。
[0036]所述水池(I)用于模擬產生海浪、海流等海洋波流載荷環境。
[0037]所述自升式平臺粧腿(2)放置于水池中，用于模擬海洋中的各類平臺粧腿，并可在外部作用力下在所述水池(I)中水平多方向運動。
[0038]所述應力應變片組(3)固定在所述自升式平臺粧腿(2)的測力桿表面，用于測量實驗過程中所述自升式平臺粧腿(2)所受到的環境載荷信號，并將組內單個應力應變片所采集的環境載荷信號，分別發送給所述數據采集設備(7);所述應力應變片組(3)包括3組應力應變片，每組應力應變片之間的垂向間距不相等，每組應力應變片有兩個應力應變片組成，兩個應力應變片采用90度半橋式貼片法固定;所述應力應變片組(3)中的應力應變片固定前去除所述自升式平臺粧腿(2)的測力桿表面的油污及鐵肩，固定后做防水處理。
[0039]所述三軸振動加速度傳感器(4)固定在所述自升式平臺粧腿(2)的測力桿底部位置，用于測量實驗過程中所述自升式平臺粧腿(2)的振動加速度時域響應，并將所采集的時域響應信號發送給所述數據采集設備(7)。
[0040]所述聲發射傳感器組(5)固定在所述自升式平臺粧腿(2)的上表面，用于采集實驗過程中的環境噪聲信號，為后期數據降噪處理提供支持，并將所采集的環境噪聲信號發送給所述數據采集設備(7);所述聲發射傳感器組(5)固定在所述自升式平臺粧腿(2)上表面時，在所述聲發射傳感器組(5)的發射傳感器與所述自升式平臺粧腿(2)上表面之間，填充耦合劑。
[0041]所述波高傳感器(6)固定于水池中，并與所述自升式平臺粧腿(2)平行，用于采集測量實驗過程中的適時波高信號，并將所采集的波高信號發送給所述數據采