海上平台结构实时监测系统硬件设计与实现
摘要
受海洋环境的复杂性以及海洋平台结构的长期受力、氧化、腐蚀等因素的影响，海
洋平台存在着结构安全性和稳定性方面的问题，如结构疲劳、振动、位移等问题。这些
问题如果不及时发现和处理，可能会导致海洋平台的结构失效、破坏或者事故发生。
为了监控海洋平台的结构安全性和稳定性，本文设计一套海洋平台动态结构监测硬
件系统。该硬件系统分为测量终端和信号综合转换单元两个部分。测量终端有四种，每
种若干套，布放在海洋平台的各个测量点位，负责对平台的动态结构参数进行实时测量，
信号综合转换单元位于控制室，负责将收到的测量数据及时快速转发至上位机中。按照
实际工程需求的情况，使用者可以在几乎不修改硬件设计的情况下，灵活选取任意种类
和任意数量的测量终端，并将其布放于海洋平台的各个位置。本套系统可以对海洋平台
的动态参数进行实时、准确的监测，帮助工程师及时发现和处理平台结构的问题。
根据实际项目的需要，论文设计了四种测量终端，分别用于测量海洋平台的加速度、
倾斜度、机械结构位移和应变等情况。信号综合转换单元负责把位于平台各处的若干只
测量终端发送的数据进行汇总，然后通过USB3.0接口或以太网接口将测量数据实时准
确地传输至上位机。
本文还对硬件系统各个部分进行了详细测试，测试结果证明各功能单元均满足系统
指标要求。单个应变测量终端中包含4个应变计，可以准确测量4个点位的应变参数；
加速度终端测量频率为50Hz，测量误差小于50mg，对10Hz以下的振动可以的得到准
确的频率估计结果；倾角测量终端可以实现三轴倾斜度的准确测量，精度优于0.5°；
直线位移测量终端可以实现对微小位移进行10Hz频率的测量，在10mm量程范围内线
性度为0.25%，且在30~50℃环境下均可保持良好性能；信号综合转换单元的USB3.0和
以太网口均可准确快速的进行数据传输工作，USB3.0接口速率可达约429MB/s。目前
这套系统已经在2艘船舶和1座海洋平台中安装调试完成，其中安装最早的一套已平稳
工作一年以上，证明系统具备长时间稳定工作能力。
关键词：结构测量；直线位移测量；USB3.0；以太网口
海上平台结构实时监测系统硬件设计与实现
ABSTRACT
Thecomplexityofthemarineenvironmentandthelong-termeffectsoffactorssuchas
stress,oxidation,andcorrosiononthestructureofoffshoreplatformsposeissuesrelatedtotheir
structuralsafetyandstability,suchasstructuralfatigue,vibration,displacement,etc.Ifthese
issuesarenotdetectedanddealtwithinatimelymanner,theycouldleadtostructuralfailure,
damageoraccidents.
Inordertomonitorthestructuralsafetyandstabilityofoffshoreplatforms,thispaper
designsahardwaresystemfordynamicstructuralmonitoringofoffshoreplatforms.The
hardwaresystemconsistsofameasurementterminalandasignalsynthesisandconversionunit.
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