[發明專利]一種傳感器布置方法及系統

在審

• 申請號: 202110141887.6
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112800559A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 米立軍;朱春麗;陳宏舉;沈曉鵬;安維崢;李書兆;吳非;孫欽
• 申請（專利權）人: 中海石油（中國）有限公司;中海石油（中國）有限公司北京研究中心
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F17/10
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 孫楠

本發明涉及一種傳感器布置方法及系統，其包括：確定待監測對象的結構參數；確定傳感器布置的基本模式；利用主體結構的形心或其重點監測區域的幾何中心構建一個恰能包住所有孔的輔助圓/或圖形；傳感器具體布點；調整傳感器的布點，完成傳感器布置。本發明克服了現有傳感器布置方法的局限性，極大地提高該類帶孔板結構的撞擊識別精度。本發明可以廣泛在海洋工程技術領域中應用。

技術領域

本發明涉及一種海洋工程技術領域，特別是關于一種用于水下防護設施頂蓋薄板結構撞擊識別的傳感器布置方法及系統。

背景技術

水下生產系統是深水油氣開采中的重要元素，與陸上設備相比，水下生產系統的專業性強，具有高技術含量、高可靠性要求以及高利潤等特點，正在成為高效地開發深水油氣田和邊際油田的重要技術手段。

水下生產系統盡管具有許多優點，但是位于通航區的關鍵設備容易受到商船、漁船、油輪等的拋錨、漁網拖掛、沉船等事故的影響，裸露在外的水下采油樹、管匯、跨接管等可能會受到落物的撞擊而出現損傷，進而造成較大的負面影響，所以亟需對水下生產系統的安全采取必要的物理防護，常用的防護設施有：水下沉箱、管匯支撐結構和水下隧道等。

水下防護沉箱是一種常見的物理防護設施，它通過巨大的筒身和頂蓋將水下生產系統的關鍵設備罩在其中，僅通過頂蓋上預設的人孔或采油樹孔實現內外聯通。它的廣泛應用在一定程度上對水下生產系統起到了保護，可以有效減輕或規避位于通航區的水下生產系統所遭受的撞擊載荷。但是對于防護沉箱而言，落物撞擊會直接作用于它的上頂蓋，當撞擊水平達到其屈服極限時，可能會對頂蓋造成較大的塑性變形，因此亟需開展針對這類防護設施頂蓋薄板結構的現場監測。通過離散的傳感器所捕獲的實時動力信號對頂蓋結構的動力學狀態進行反演重構，進而得到整個結構的全局動力響應，從而作為判斷損傷、安全預警的依據。

然而，水下防護設施頂蓋薄板結構的全局動力響應在很大程度上依賴于對離散傳感器信號的重構，傳感器的布置個數和布置位點對結果的影響十分顯著。當傳感器的布置密度過大，就會導致計算時長劇增，資源嚴重浪費；相反，當密度過小，就會導致重構結果嚴重失真，甚至無法得到所需的全局響應。對于傳統的簡單結構而言，傳感器的布置可采用矩形四點式分布，但是實際工程中的大多數結構都會呈現出非均質、非對稱和非連續的特殊情形，此時針對水下防護設施頂蓋薄板這類復雜結構的傳感器布置就成為了亟待解決的問題。

現有的傳感器布置方法多用于無孔的連續對稱結構，且布置方法多為簡單的矩形網格四點式，這類方法盡管在優化環節考慮了網格密度的影響，但并未從根本上顛覆這種簡單的矩形布置模式；然而，這種布置方法在處理水下防護設施頂蓋這類復雜帶孔的薄板結構時就顯得捉襟見肘，導致識別結果誤差很大。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種用于水下防護設施頂蓋薄板結構撞擊識別的傳感器布置方法及系統，克服了現有傳感器布置方法的局限性，極大地提高該類帶孔板結構的撞擊識別精度。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種傳感器布置方法，其包括：步驟1、確定待監測對象的結構參數；步驟2、確定傳感器布置的基本模式；步驟3、利用主體結構的形心或其重點監測區域的幾何中心構建一個恰能包住所有孔的輔助圓/或圖形；步驟4、傳感器具體布點；步驟5、調整傳感器的布點，完成傳感器布置。

進一步，所述步驟1中，確定方法包括以下步驟：

步驟11、確定主體結構的形狀和尺寸以及孔的形狀、數量、位置和尺寸；

步驟12、建立平面坐標系對步驟11中的結構參數進行坐標量化。

進一步，所述步驟2中，將八邊形八點布置模式作為基本模式。

進一步，所述步驟3中，如果主體結構為圓形，則以主體結構的圓心或重點監測區域的中心為圓心構建輔助圓。