[發明專利]一種基于埋入式壓電陶瓷測試技術的船體總強度安全與評估系統

在審

• 申請號: 202111640332.2
• 申請日: 2021-12-29
• 公開（公告）號: CN114329975A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 張寅;郭君;王爽;謝耀國;趙鵬鐸;許江
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F30/15;G06K9/00;G01H11/08;G06F119/14
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本發明屬于大型工程結構強度安全實時監測與評估技術領域，具體涉及一種基于埋入式壓電陶瓷測試技術的船體總強度安全與評估系統。本發明包括系統測量端、系統數據采集端和系統人機交互端；系統測量端包括用于總振動信號測試的埋入式壓電陶瓷傳感器以及配套使用的前置放大器；系統數據采集端用于對總振動信號的實時采集以及模態數據處理分析；系統人機交互端用于根據系統數據采集端得到的動力學參數獲得艦船總強度安全信息以及損傷信息。本發明可以有效實現船體總強度安全的實時監測與評估，從而為指揮決策人員在船舶受損時能夠快速準確地獲得船體總強度的損傷狀況，以便為后續的損害管制、帶傷航行以及返廠修復提供科學的決策依據。

技術領域

本發明屬于大型工程結構強度安全實時監測與評估技術領域，具體涉及一種基于埋入式壓電陶瓷測試技術的船體總強度安全與評估系統。

背景技術

隨著船舶行業的發展，其抗打擊、抗毀傷能力越來越受到廣泛關注，因此船舶的抗損性設計水平有了很大提高，但對于損傷條件下船舶如何進行損傷評估、如何科學進行使用則關注甚少。當船舶受到攻擊產生損傷后能夠實時地獲得損傷狀況對于后續決策及損害管制來說至關重要。船上人員為了調查船體損傷狀況，不得不花費大量寶貴損管和處置時間對船體損傷的信息進行現場勘察研究，由于船體傷情復雜和可達性限制而采用潛水員潛水勘察、吊索探查等原始方式，而且在第一時間對船體損傷的了解只停留在破口大小、形貌的表層認識，而對于船體總強度的損傷是難以即時得到的。因此，在船舶受損時亟需一種手段能夠快速準確的獲得船體強度尤其是船體總強度的損傷狀況，以便為后續的損害管制、帶傷航行以及返廠修復提供科學的決策依據。同時，由于腐蝕、疲勞和極端惡劣環境工況等影響，船舶在服役期間，提供船舶總縱彎曲的船舶主體縱向構件容易產生不同程度的裂紋、屈曲等損傷，該損傷將對船舶總體結構安全性產生較大威脅，因此需要開發一種適用于船舶主要縱向構件安全性監測與評估系統，從而對船舶安全性進行實時監測評估。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于埋入式壓電陶瓷測試技術的船體總強度安全與評估系統。

一種基于埋入式壓電陶瓷測試技術的船體總強度安全與評估系統，包括系統測量端、系統數據采集端和系統人機交互端；

所述系統測量端包括埋入式的壓電陶瓷傳感器和前置放大器；所述埋入式的壓電陶瓷傳感器在船舶結構建造初期埋入式加裝在甲板及縱桁位置的測點處，用于測點部位的加速度和應變信號的采集；所述前置放大器用于將微弱工況下的微弱電信號進行放大處理；所述前置放大器、系統數采端以及系統人機交互端由抗沖擊保護殼進行組裝，形成終端裝置并布設于船舶指揮控制室內；

所述系統數據采集端包括信號調理及A/D轉換模塊、邏輯控制模塊、第一FIFO先進先出電路、數據預處理模塊以及模態分析模塊；所述信號調理及A/D轉換模塊用于將掃描得到的電信號轉換為數字量；所述邏輯控制模塊用于對掃描信號進行輸入控制；所述第一FIFO先進先出電路用于實現實時數據采集，保證每次調入的數據之間都是連續的；所述數據預處理模塊用于對輸入的信號進行濾波處理、加窗處理，使得所需數據特征更為純粹；所述模態分析模塊用于對數據進行時域分析、頻域分析、相關分析以及頻譜分析，繼而得到所需的動力學參數；

所述系統人機交互端包括第二FIFO先進先出電路、損傷計算模塊以及數據庫存儲模塊；所述第二FIFO先進先出電路用于數據的實施傳輸；所述損傷計算模塊用于在已知動力學參數的基礎上實現損傷程度以及損傷位置的識別；所述數據庫存儲模塊用于對各種航行工況下船舶動力學參數信息的存儲，形成船舶模型數據庫，便于后續船體總強度的安全評估。

進一步地，所述壓電陶瓷傳感器中壓電陶瓷片長邊沿船長方向布置，使得壓電陶瓷片能夠有效參與艦船總振動，布設測點盡量避免艦船船體梁總振動節點位置。

本發明的有益效果在于：