應用于海洋平臺振動(dòng)檢測的無(wú)線(xiàn)傳感器系統技術(shù)研究

摘要：海洋平臺長(cháng)期服役在惡劣的海洋環(huán)境里，特別是進(jìn)入中后期服役階段，其安全問(wèn)題越來(lái)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(jìn)行快速、便捷、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測是進(jìn)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(dòng)檢測的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )檢測系統，提出了系統的總體架構，分析了系統中加速度傳感器的選取方法，完成了無(wú)線(xiàn)傳感節點(diǎn)的原理及架構設計，最后通過(guò)在海洋平臺結構模型上進(jìn)行模擬海冰撞擊的敲擊試驗，驗證了所設計的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )檢測系統在海洋平臺結構振動(dòng)檢測中的應用可行性。
關(guān)鍵詞：海洋平臺；安全評估；振動(dòng)檢測；無(wú)線(xiàn)傳感器；加速度傳感器

0 引言
近年來(lái)，隨著(zhù)對海洋油氣資源開(kāi)發(fā)的不斷深入，海洋平臺結構的安全性與可靠性問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視。海洋平臺長(cháng)時(shí)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(fēng)、海冰撞擊、海洋生物等各種荷載的長(cháng)期作用而使其產(chǎn)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(shí)的檢測和正確的評價(jià)，一旦發(fā)生事故，將會(huì )造成重大的經(jīng)濟損失和人員傷亡，污染海洋環(huán)境，造成不好的社會(huì )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(shí)地進(jìn)行修繕，才能確保人員的生命安全和減少財產(chǎn)損失。海洋平臺結構檢測技術(shù)的研究與應用在保障海洋平臺結構的安全、可靠運行，延長(cháng)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(shù)的研究現狀
因海洋平臺結構造價(jià)昂貴、結構復雜，在其服役期間不能中斷使用，故對其進(jìn)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(wú)損檢測技術(shù)。無(wú)損檢測技術(shù)是在物理學(xué)、材料科學(xué)、斷裂力學(xué)、機械工程、電子學(xué)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)以及人工智能等學(xué)科的基礎上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)應用工程技術(shù)。目前常規的檢測技術(shù)主要有目測、磁粉檢測、超聲波檢測、射線(xiàn)檢測、滲透檢測、磁膜檢測以及進(jìn)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(shù)雖各有其獨特的特點(diǎn)及應用范圍，但都存在一個(gè)共同的局限性，或不能用于水下檢測，或不能同時(shí)檢測裂縫的深度和長(cháng)度，或測試儀器造價(jià)昂貴，需要受過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓的人員才能操作，故在海洋平臺的大規模檢測中都不適用。
與上述方法相比，基于振動(dòng)的海洋平臺無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )檢測技術(shù)則具有簡(jiǎn)單、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是一種分布式系統，通常由傳感節點(diǎn)、匯聚節點(diǎn)和用戶(hù)端節點(diǎn)等組成。傳感節點(diǎn)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測區域，并可無(wú)線(xiàn)自組織地構成網(wǎng)絡(luò )系統。這種檢測技術(shù)的基本原理是：首先實(shí)測到結構的狀態(tài)數據，然后利用參數識別技術(shù)判定結構動(dòng)力參數的變化，再據此判定結構有無(wú)損傷以及損傷的位置和程度。