一种应用于海上发电装置的结构健康监测方法与流程

1.本发明涉及发电装置的结构健康监测技术领域，尤其涉及一种应用于海上发电装置的结构健康监测方法。


背景技术：

2.当下，随着智能传感系统和大数据技术的不断发展，智能化数字化越来越深入的影响着社会的生产生活方式，然而对海洋能源发电装置的结构健康的监测还依然停留在通过人工检查异常的方式去采集数据，即通常需要人工定时定点的采用外置的数据采集设备，针对海洋能源发电装置的结构重点部位进行周期性的数据采集。然后将数据汇总后，采用常规的频谱分析等方法，对数据进行分析，这种方法不仅无法及时得到监测数据和进行处理，通常得到的数据也不够全面，难以发现结构潜在的重大缺陷，此外这种方式还存在耗时耗力、海上交通不便和数据滞后性的缺点。


技术实现要素：

3.本发明提供一种应用于海上发电装置的结构健康监测方法，实现了对海上发电装置的结构健康状态数据的实时获取和监测分析。
4.本发明一实施例提供一种应用于海上发电装置的结构健康监测方法，包括以下步骤：
5.在海上发电装置上安装状态数据采集系统，所述状态数据采集系统包括传感器模块、边缘计算模块和物联网通讯模块；
6.通过所述传感器模块采集海上发电装置的结构健康状态数据，并将所述结构健康状态数据传输至所述边缘计算模块；所述结构健康状态数据包括振动数据、应力数据和温度数据，所述传感器模块包括加速度传感器、位移传感器、温度传感器和应变传感器；
7.所述边缘计算模块对接收的所述结构健康状态数据进行滤波处理和统计特征提取处理后，通过物联网通讯模块将所述结构健康状态数据传输至大数据云平台，以使所述大数据云平台根据实时获取所述结构健康状态数据进行监测分析。
8.进一步的，所述应变传感器安装在所述海上发电装置的结构碰撞处，所述加速度传感器安装在结构冲击处、砰击受力处、回转体部件转轴和轴承处，所述位移传感器安装在结构限位处，所述温度传感器安装在回转体部件转轴和轴承处。
9.进一步的，所述加速度传感器、位移传感器、温度传感器和应变传感器通过传感器数字采集卡采集所述结构健康状态数据并传输至所述边缘计算模块。
10.进一步的，对接收的所述结构健康状态数据进行滤波处理，具体包括对所述结构健康状态数据经过限幅滤波、小波阈值降噪、低通滤波和高通滤波处理。
11.进一步的，所述物联网通讯模块通过物联网dtu将所述结构健康状态数据传输至大数据云平台，所述物联网dtu采用zigbee协议和wi-fi协议进行通讯。
12.进一步的，以使所述大数据云平台根据实时获取的所述结构健康状态数据进行监
测分析，包括以下步骤：
13.采用雨流计数法绘制所述结构健康状态数据的应力谱图，所述应力谱图包括应力水平幅值、平均应力和循环次数；
14.根据goodman疲劳经验公式对所述应力谱图进行修正得到第二应力谱图，所述第二应力谱图表示所述平均应力为0时的应力水平幅值和循环次数；
15.根据所述第二应力谱图绘制s-n曲线，根据s-n曲线和miner线性疲劳损伤理论计算所述海上发电装置相应结构的疲劳寿命。
16.本发明的实施例，具有如下有益效果：
17.本发明提供了一种应用于海上发电装置的结构健康监测方法，该方法通过在海上发电装置上安装状态数据采集系统的传感器模块和物联网通讯模块可以随时获取所述海上发电装置的监测数据(即获取的结构健康状态数据)，并将所述监测所述通过物联网发送至大数据平台，节省了人工定时到海洋能源发电装置所在位置进行人工状态监测的成本，可以随时得到结构健康的实时监测数据，并对监测数据进行分析和深度挖掘，形成监测结果并根据所述监测结果对结构健康状况进行实时预警。本发明能够离岸采集海上发电装置的结构振动特征数据和应力特征数据。
附图说明
18.图1是本发明一实施例提供的应用于海上发电装置的结构健康监测方法的流程示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.如图1所示，本发明一实施例提供的一种应用于海上发电装置的结构健康监测方法，包括以下步骤：
21.步骤s101：在海上发电装置上安装状态数据采集系统，所述状态数据采集系统包括传感器模块、供电驱动模块、边缘计算模块和物联网通讯模块。所述状态数据采集系统还包括供电驱动模块，所述供电驱动模块用于向所述传感器模块进行供电。
22.步骤s102：通过所述传感器模块采集海上发电装置的结构健康状态数据，并将所述结构健康状态数据传输至所述边缘计算模块；所述结构健康状态数据包括振动数据、应力数据和温度数据，所述传感器模块包括加速度传感器、位移传感器、温度传感器和应变传感器。所述加速度传感器、位移传感器、温度传感器和应变传感器通过传感器数字采集卡采集所述结构健康状态数据并传输至所述边缘计算模块。所述传感器数字采集卡用于将所述海上发电装置在传感器对应结构产生的模拟信号采集为数字信号。
23.作为其中一种实施例，根据传感器的功能将所述加速度传感器、位移传感器、温度传感器和应变传感器分别安装在所述海上发电装置的相应位置。具体的，所述应变传感器安装在所述海上发电装置的结构碰撞易损处，用于测量风浪工况下的结构的应力应变数
据；所述加速度传感器安装在结构冲击处、砰击受力处、回转体部件转轴和轴承处，用于测量结构受到冲击、砰击载荷时的振动强度和回转体部件的运行平稳性数据；所述位移传感器安装在结构限位处，用于测量风浪工况下结构移位是否超出限位的数据；所述温度传感器安装在回转体部件转轴和轴承处，用于测量回转体部件的运行平稳性数据。
24.步骤s103：所述边缘计算模块通过mcu对接收的所述结构健康状态数据进行滤波处理和统计特征提取处理后，通过物联网通讯模块将所述结构健康状态数据传输至大数据云平台，以使所述大数据云平台根据实时获取所述结构健康状态数据进行监测分析。所述统计特征包括但不限于均值、方差、偏度、峭度和均方根。对接收的所述结构健康状态数据进行滤波处理，具体包括对所述结构健康状态数据经过限幅滤波、小波阈值降噪、低通滤波和高通滤波处理。所述物联网通讯模块通过物联网dtu将所述结构健康状态数据传输至大数据云平台，所述物联网dtu采用zigbee协议和wi-fi协议进行通讯。
25.作为其中一种实施例，所述物联网通讯模块包括信号转换子模块、数据压缩子模块和数据接收子模块；所述信号转换子模块用于对所述结构健康状态数据进行信号转换(即将所述结构健康状态数据转换为相应的通讯协议编码)，所述数据压缩子模块用于对所述结构健康状态数据进行有效压缩，所述数据接收子模块用于接收和存储所述结构健康状态数据。
26.作为其中一种实施例，以使所述大数据云平台根据实时获取的所述结构健康状态数据进行监测分析，包括以下步骤：
27.步骤s1031：采用雨流计数法绘制所述结构健康状态数据的应力谱图，所述应力谱图包括应力水平幅值、平均应力和循环次数；
28.步骤s1032：根据goodman疲劳经验公式对所述应力谱图进行修正得到第二应力谱图，所述第二应力谱图表示所述平均应力为0时的应力水平幅值和循环次数；
29.步骤s1033：根据所述第二应力谱图绘制s-n曲线，根据s-n曲线和miner线性疲劳损伤理论计算所述海上发电装置相应结构的疲劳寿命。所述相应结构的疲劳寿命，具体为相应结构的应力水平幅值对应的疲劳寿命。所述疲劳寿命是指材料在疲劳破坏前所经历的应力循环数称。
30.作为其中一种实施例，所述大数据云平台具体为数据可视化系统，所述数据可视化系统包括数据挖掘模块、实时预警模块和数据可视化模块；所述数据分析模块用于根据时频谱分析法分析所述结构健康状态数据，所述数据挖掘模块用于根据步骤s1031-s1033计算所述海上发电装置相应结构的疲劳寿命；所述实时预警模块用于根据所述数据挖掘模块计算得到的所述海上发电装置相应结构的疲劳寿命进行预警；所述数据可视化模块用于展示分析结果，将分析结果提供给设备运维人员参考。
31.本发明解决了现有技术中，无法对海上发电装置的振动数据、结构应力数据等监测数据进行实时获取和对监测数据进行分析处理的问题。本发明通过在海上发电装置上安装状态数据采集系统的传感器模块和物联网通讯模块可以随时获取所述海上发电装置的监测数据(即获取的结构健康状态数据)，并将所述监测所述通过物联网发送至大数据平台，节省了人工定时到海洋能源发电装置所在位置进行人工状态监测的成本，可以随时得到结构健康的实时监测数据，并对监测数据进行分析和深度挖掘，形成监测结果并根据所述监测结果对结构健康状况进行实时预警。本发明能够离岸采集海上发电装置的结构振动
特征数据和应力特征数据。并将所述结构振动特征数据和应力特征数据经过预处理后，经所述物联网通讯模块传输至所述大数据云平台，实现了实时获取海洋发电平台的工作状态数据，可以为海洋发电平台智能运行维护提供数据支撑。本发明可以随时获取实时监测数据，并根据实时监测数据对振动信号进行时频谱分析，以判断监测结构是否存在异常振动情况。根据实时监测数据对应力数据进行雨流计数分析，并判断监测结构是否存在结构安全隐患。本发明可以根据监测结果判断装备结构健康状况，具备进行替代人工巡检的能力，实现实时预警。本发明通过将获取的实时监测数据经所述物联网通讯模块传输至所述大数据云平台，实时获取海洋发电平台的工作状态数据，为海洋发电平台的智能运行维护提供了数据支撑。
32.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
33.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。