应用于海洋平台振动检测的无线传感器系统技术研究

摘要：海洋平台长期服役在恶劣的海洋环境里，特别是进入中后期服役阶段，其安全问题越来越成为制约海洋平台正常作业的重要因素，对海洋平台结构进行快速、便捷、实时动态检测是进行平台结构安全评估、维修决策、保障海洋平台正常使用的重要前提。文章介绍了一种用于海洋平台快速振动检测的无线传感网络检测系统，提出了系统的总体架构，分析了系统中加速度传感器的选取方法，完成了无线传感节点的原理及架构设计，最后通过在海洋平台结构模型上进行模拟海冰撞击的敲击试验，验证了所设计的无线传感网络检测系统在海洋平台结构振动检测中的应用可行性。
关键词：海洋平台；安全评估；振动检测；无线传感器；加速度传感器

0 引言
近年来，随着对海洋油气资源开发的不断深入，海洋平台结构的安全性与可靠性问题越来越引起人们的重视。海洋平台长时间在恶劣的海洋环境中服役，受到环境侵蚀、材料老化和海浪、台风、海冰撞击、海洋生物等各种荷载的长期作用而使其产生疲劳效应和损伤积累，导致抗力衰减。海洋平台抵抗自然灾害、甚至在正常环境中的工作能力下降，极端情况下极易引发灾难性的突发事故。如不能对海洋平台结构的工作状态和健康状况做出及时的检测和正确的评价，一旦发生事故，将会造成重大的经济损失和人员伤亡，污染海洋环境，造成不好的社会政治影响。
海洋平台结构在服役期间损伤不可避免，只有准确诊断出结构的损伤情况，并及时地进行修缮，才能确保人员的生命安全和减少财产损失。海洋平台结构检测技术的研究与应用在保障海洋平台结构的安全、可靠运行，延长平台结构的使用寿命等方面具有重大意义。

1 海洋平台结构检测技术的研究现状
因海洋平台结构造价昂贵、结构复杂，在其服役期间不能中断使用，故对其进行结构健康检测、评估其安全与可靠性，就必须采用微损或无损检测技术。无损检测技术是在物理学、材料科学、断裂力学、机械工程、电子学、计算机技术、信息技术以及人工智能等学科的基础上发展起来的一门应用工程技术。目前常规的检测技术主要有目测、磁粉检测、超声波检测、射线检测、渗透检测、磁膜检测以及进水构件检测等方法，表1列举了常用的几种结构检测方法。

表1所列的各种检测技术虽各有其独特的特点及应用范围，但都存在一个共同的局限性，或不能用于水下检测，或不能同时检测裂缝的深度和长度，或测试仪器造价昂贵，需要受过专业培训的人员才能操作，故在海洋平台的大规模检测中都不适用。
与上述方法相比，基于振动的海洋平台无线传感网络检测技术则具有简单、成本低等诸多优点。无线传感器网络是一种分布式系统，通常由传感节点、汇聚节点和用户端节点等组成。传感节点集成有传感单元、数据处理单元、通信单元及电源管理单元等，它们可以大量随机部署在监测区域，并可无线自组织地构成网络系统。这种检测技术的基本原理是：首先实测到结构的状态数据，然后利用参数识别技术判定结构动力参数的变化，再据此判定结构有无损伤以及损伤的位置和程度。