面向海洋平台无线低功耗冰激振动监测系统,关于免费冰激论文范文在这里免费下载与阅读,为您的冰激相关论文写作提供资料。
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摘 要： 冰激振动对海洋平台带来了潜在的危害,对其进行实时监测对于海洋油气的安全生产至关重要.振动加速度的值可以反映冰激振动的状态.以海洋平台的振动加速度为监测对象,基于MEMS加速度传感器ADXL202、超低功耗单片机Atmega128L和无线射频CC1000开发了低功耗無线冰激振动监测节点,使用最大最小值法对加速度传感器进行标定,对加速度数据进行后台存储和三维可视化展示.在振动试验平台上进行实际振动监测实验,从频域角度证明了时域实验数据的正确性.对节点的工作及休眠功耗进行测量,节点可以在2 A[?]h电池下工作两年左右.
关键词： 冰激振动； 加速度； 传感器网络； 无线射频； 三维可视化； 实际振动监测
中图分类号： TN876?34； TP3 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）01?0112?05
Abstract： The ice?induced vibration brings the potential hazards for offshore platform, so its real?time monitoring is vital to production safety of offshore oil and gas. The vibration acceleration can reflect the state of ice?induced vibration. Taking vibration acceleration of offshore platform as the monitoring object, a low?power consumption wireless monitoring node for ice?induced vibration was developed on the basis of MEMS acceleration sensor ADXL202, ultra?low power consumption microcontroller Atmega128L and radio frequency chip CC1000. The maximum?minimum value method is used to calibrate the acceleration sensor, and realize the background storage and 3D visualization display for the acceleration data. The practical vibration monitoring experiments were carried out on vibration test platform, which can verify the correctness of time?domain experiment data in the aspect of frequency domain. The working and sleeping power consumptions were measured. The node can work about two years by using the 2 A[?]h battery.
Keywords： ice?induced vibration； acceleration； sensor network； radio frequency； 3D visualization； practical vibration monitoring
0 引 言
渤海湾处于高纬度地区,导管架式钢质海洋平台是其目前油气开发的主力平台.由于冬季时海面结冰,海冰对海洋平台存在着严重的破坏作用,严重阻碍了油气生产安全.研究表明,海冰对海洋平台影响最大的是海冰静力推压作用下的挤压和冰激振动,其中冰激振动更是主要的焦点问题.
当海冰持续作用于柔性的钢结构导管架平台时,可引起平台的振动,这就是所谓的冰激振动.当振动强烈时,将对平台设施直接带来危害.1977年的冰激振动就曾将四号油田的烽火台导管架 .冰激振动不仅对海洋平台有很大的影响,而且对管线安全也极其重要.由于海洋石油平台的上部有传输管道,其内部流动着易燃易爆的原油和天然气,持续不断的冰激振动会使管道螺栓发生松动,将会导致高压油气泄露,容易发生爆炸和大火,对安全生产带来了极大的挑战.
对于冰激振动的物理根源[1],Peyton等人认为振动来自于海冰本身的频率特性,不受到受迫体结构的影响,这称为受迫振动模型.而Blenkarn等人认为冰激振动属于自激振动,振动依赖于冰和受迫体相对速度的函数,这称为自激振动模型.Xu等人则认为这两种模型各有一定的适用场景,在非“频率锁定”区,冰激振动以周期性激励为主,此时可用受迫振动理论进行描述；而在“频率锁定”区,冰激振动以自激性为主,此时可用自激振动理论描述[2].
无论冰激振动的根源是什么,对于冰激振动监测系统来说,只需要监测冰激振动的外在表象——加速度信息即可.了解了加速度信息,就可以对当前的冰激振动信息有一定的掌握,进而根据人的经验进行人工维护,如进行人工破冰来消除振动.
图1是Tsuchiya等人对冰激振动的频率观测结果.在冰速小于2 cm/s时,振动频率并不大,而当冰速在2～6 cm/s时,此时结构的振动加速度基本保持在3～5 Hz之间.实际观测发现：这种频率锁定现象是目前对海洋平台最主要的挑战,因为它可以连续保持10 min以上的时间,给结构带来了很大的破坏力.因此,对冰激振动现象的监测重点是要预警频率锁定现象,重点监控5 Hz以下的振动信息.
要达到预警的效果,首先必须要大量地记录数据,根据这些记录数据挖掘出有意义的发生频率锁定现象的先兆.这显然必须通过自动记录系统来完成.
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