[發明專利]海洋平臺上浪試驗捕捉觀測系統

有效

• 申請號: 201210039851.8
• 申請日: 2012-02-21
• 公開（公告）號: CN102607528A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 楊建民;彭濤;呂海寧;張磊;李小平;張海濱;童波;單鐵兵;沈玉稿
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;中國船舶工業集團公司第七〇八研究所
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理

技術領域

本發明涉及的是一種海洋工程技術領域的測量裝置，具體是一種用于海洋工程模型試驗水池中對半潛式平臺等海洋平臺進行極限海況下上浪和波浪爬升進行觀測的海洋平臺上浪試驗捕捉觀測系統。

背景技術

隨著世界能源消耗的不斷增長，以及陸上石油天然氣開發的逐漸飽和，人們將油氣開發的領域拓展到海洋。雖然科技的發展和海洋工程的進步使得人類在深海海洋工程的開發中不斷取得進步，但各種各樣的海洋平臺，如半潛式海洋平臺、大型浮式生產儲油卸載系統等海洋油氣生產裝備在極其惡劣的海域使用。由于其系泊系統復雜、管線密集，無法在遭遇臺風、海嘯等惡劣海況的情況下迅速解脫，因此必須承受狂風巨浪的襲擊。目前在海洋平臺的設計研發中必須考慮當遭遇巨浪時，波浪順著平臺立柱等結構爬升至甲板面、甚至橫掃甲板面等惡劣的情況，其產生的荷載和沖擊對于甲板及相關結構的強度和疲勞會帶來復雜的問題。而這種上浪是一種強非線性的現象，通過數值計算等難以得到對工程實際有指導意義的結果，必須通過模型實驗進行測量。而海洋平臺上浪在試驗中是一個瞬時的現象，其準確捕捉和測量存在著較大的困難。在時間長達3小時的試驗中，需要捕捉的較大上浪可能僅有數秒鐘至數十秒鐘，要完整的再現該瞬態過程需要采用數千赫茲以上的采樣頻率。但由于較大上浪的發生極為偶然，甚至是無法預先準確判斷的，因此只能采用兩種方法：一種是全程采用數千赫茲的采樣頻率對整個3小時的試驗進行觀測，這樣會造成采集的數據量極為龐大，給數據處理帶來極大的困難。而其中真正對上浪瞬間狀態描述的數據量僅占其中的1％，數據處理中會處理大量的無用的數據。第二種方法是采用人工觀測的方法來采集預計到的上浪現象，該方法必須安排專人長時間仔細觀察，預計到上浪時再進行采集，數據采集的可控性和精確性等大打折扣，且受到人工經驗的影響，并采集的均為斷斷續續的數據，無法與以其他頻率低頻全程采集的運動、載荷數據直接對應。

目前在海洋工程試驗中是在海洋平臺的迎浪面安裝一只或數只浪高儀以監測上浪的情況。如《海洋工程水動力學試驗研究》(楊建民、肖龍飛、盛振邦編著，上海交通大學出版社2008年出版，ISBN?978-7-313-05064-9/P.079)一書中對于海洋平臺的上浪測量給予了以下描述“為測量模型在風、浪、流作用下的甲板上浪、氣隙或出水情況，還要在模型的一些典型位置(如首部、中部和尾部)安裝布置若干只浪高儀”。這種試驗方法只給出了對于上浪方法的觀測設備的描述，其采集方法仍是與其他運動、載荷等物理量采用相同的較低頻率的采集方式進行采集(＜200Hz)，并未解決高頻捕捉上浪瞬間的試驗技術。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種海洋平臺上浪試驗捕捉觀測系統，能適應不同平臺、立柱模型的上浪測量的要求，對于上浪過程自動進行高頻測量。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種海洋平臺上浪試驗捕捉觀測系統，包括：上浪探頭裝置、數據采集系統和用于記錄上浪過程的攝錄裝置，其中：

上浪探頭裝置包括：上浪信號探頭、支撐調整裝置和信號解調裝置，其中：上浪信號探頭與支撐調整裝置固定連接并活動設置于海浪發生處，其距離靜水面的高度大于等于平臺模型需要監測的上浪水面高度的下限，上浪信號探頭的輸出端與信號解調裝置相連，信號解調裝置分別與數據采集系統和攝錄裝置相連以發出啟動或者停止的觸發信號。

所述的上浪信號探頭包括：兩根平行設置且與信號解調裝置連接的導體，其中：上浪探頭高度由支撐調整裝置調節，使得高于上浪水面高度下限的水面波動均可以被捕捉觀測到。

所述的觸發信號包括：脈沖信號、電平信號、TTL信號或者數字信號。

所述的支撐調整裝置包括：相互垂直且活動連接的橫向支撐架和縱向支撐架。

所述的縱向支撐架上設有高度調節裝置。

所述的橫向支撐架上設有刻度標示。

所述的數據采集系統包括：高頻數據采集器、分別與其相連的若干測量探頭和同步信號發生器，其中：高頻數據采集器與信號解調裝置連接，同步信號發生器與輔助采集系統相連，當高頻數據采集器接收到啟動觸發信號后，啟動測量探頭和同步信號發生器，同步信號發生器向輔助采集系統發出同步信號，由測量探頭測量上浪試驗所需測量的包括：關鍵部位的波面升高、波浪沖擊的載荷物理量。

所述的數據采集系統用于采集上浪的物理量，如波浪爬升和砰擊，該采集收到觸發信號控制僅采集上浪期間的數秒時間；所述的輔助采集系統用于采集模型的運動、系泊系統的荷載；通過輔助采集系統接收數據采集系統發出的同步信號實現數據采集的統一性。