单片机与CPLD技术的海底接驳盒 电能监控系统

为了实现海底观测网长期稳定运行,设计一种可靠性高、响应速度快的电能监控管理系统.该系统用于海底观测网络接驳盒,主要任务是实现电能接驳的远程设置控制,同时完成各路外接传感器电压电流及接驳盒内部各腔体的温度漏水情况的监控.系统下位机主要基于单片机和复杂可编程逻辑器件(CPLD)设计实现.通过单片机采集多点温度和漏水信号,监控接驳盒腔体状态;通过CPLD控制高速采样芯片时序,检测负载电压电流参数,结合控制指令和远程阈值设定完成异常判断,实现实时负载监控和异常处理.下位机通过以太网与基站上位机通信,完成监控数据上传和控制指令接收.结果表明,该系统在美国蒙特利加速研究系统（MARS）海底观测网上已完成了为期6个月的接驳联调海试,运行稳定无故障.     

海底观测网水下环境实时监控系统设计与实现

为了对深海水下环境进行实时监控,设计并实现可靠性高、操作性强、实时性好的海底观测试验网络水下环境实时监控系统.基于理论计算和稳定性校核,设计耐压腔体机械结构.通过建立耐压腔内散热模型,并利用ANSYS软件仿真和传感器实测的方法,得到腔内温度场分布.提出一种机械接触器和功率电阻并联使用的浪涌电流抑制方法,实现浪涌电流的有效抑制和系统的可靠启动.采用网络时间协议(NTP)和精确时间协议(PTP)获得高精度时间同步,2种协议中的时间报文都是在岸基站时间服务器和水下系统之间相互交互,可获得亚微秒级别精度的授时服务.基于VC++开发的上位机软件能够实现实时监测和控制水下系统.在实验室环境下开展了系统各个部分的功能性验证试验,并进行南海海试布放.结果表明,开发的系统有效、可靠且适合于深海连续运行.     

基于NTP和IEEE1588海底观测网时间同步系统

为了实现深海海底观测网时间同步,针对海底观测网通信网络拓扑结构,提出基于网络时间协议(NTP)和IEEE1588协议的时间同步应用方案.介绍NTP和IEEE1588(PTP)协议时钟同步原理.设计岸基站、接驳盒层、观测仪器层进行时间同步的硬件结构.该系统以岸基站PTP主时钟接收到的GPS/北斗双参考源的卫星信号为时间源,解码输出NTP同步信号和PTP同步信号经由光纤以太网通过深海光电复合缆进行远程传输,利用各层时间同步装置获取精确时间.开展实验室环境下的时间同步监测实验.结果表明,PPS信号时间同步精度小于500 ns,NTP时间同步精度小于400 μs,PTP时间同步精度小于3 μs.     

海底观测网的OUC-Raman节点现场机控制系统

为满足海底观测网络对仪器节点的技术要求,本文设计实现了一套面向OUC-Raman仪器节点水下现场机的控制系统。该系统由电源管理模块和控制器模块组成,利用观测网提供的电力和通信链路控制现场机内部的光谱探测系统和其他外部设备,以实现对海底化学环境的长期观测。电源管理模块能够确保现场机的电气特性满足观测网的要求,控制器模块实现对现场机光谱探测系统和外部设备的有效控制。该控制系统配置了以PC104工控机和MSP430微控制器为核心的控制体系,允许岸基终端在线访问现场机并实现对其工作模式的控制。该系统的相关功能在实验室模拟调试和观测网接驳联调过程中得到了检验,结果表明该系统达到了接驳入网的标准,可望在海底观测网上得到应用。     

基于免疫危险感知的水下接驳盒故障检测方法

针对现有水下接驳盒故障检测中存在仅通过特定的观测指标来判断系统故障,且观测指标的选取以及故障阈值的设定主要依赖人工经验的问题,本文借鉴机体免疫防御机制,提出了一种基于危险感知的水下接驳盒故障检测方法。借鉴机体免疫中的危险理论,在原DCA算法（dendritic cell algorithm）的基础之上,保留DCA算法的信号转换机制,对它的输入信号定义和异常评价方法进行改进以适合水下接驳盒工作环境,实现故障的在线检测。首先,依据变化是系统危险发生的征兆和外在表现的思想,提出了一种基于系统特征变化的危险信号提取方法,以提高DCA输入信号分类的自适应性。其次,针对原DCA算法只对数据项进行异常评价,无法检测系统级故障,提出采用成熟DC的浓度作为系统故障的评价指标。最后,采用水下接驳盒的真实数据进行模拟实验,并与PCA主元分析方法进行性能对比。实验结果显示本文方法不仅能有效检测出渐变故障,且比PCA方法具有更高的准确率,并能更早的发现故障。因此,本文提出的方法在水下接驳盒的故障检测中具有可行性。     

海底管线干式维修技术

海底油气管道维修是海洋资源开发的重要保障,海底管道维修方法因管道自身参数与所处环境条件不同,采取的方法和手段也不同.海底管道维修技术可分为水上维修和水下维修2类,水下维修又可分为干式维修和湿式维修2种.文中对各种维修技术进行了综述与评价,重点研究了干式维修技术."水下管道干式维修系统"是国家"863"高科技项目,旨在为水下油气管道及管桩结构的干式维修提供技术手段.水下管道干式维修系统的基本设备是一套大型水下干式舱,辅助设备有开孔封堵机、专用作业机具和干式高压焊接机等.水下干式管道维修系统具有自主知识产权,其研制成功突破了国外技术和设备垄断状态.     

基于激光投射视觉处理的水下测距技术研究

针对深海探测与取样设备的实际应用需求,研究了一种基于图像视觉处理的水下测距技术与系统。系统利用围成等边三角形的蓝绿激光发射器作为光源投射到海底平面,摄像机对投射图像进行采集;利用张正友标定法获取摄像机参数,根据海底平面的倾斜状况构建了理想成像模型和实际成像模型两种数学计算模型,对图像进行灰度处理、阈值处理和形态学处理后计算出摄像机平面与海底平面之间的距离。最后,对搭建的水下测距系统进行了实验室测试,测试结果验证了系统在水下短距离测距应用中的可行性。     

水下通信导航试验系统框架设计

针对综合定位导航授时体系建设需求，本文提出了水下通信导航试验系统框架设计。介绍了水下通信导航试验系统体系架构，主要包括观测系统、运控系统以及用户系统，以及三者之间的关系；探讨了水下通信导航运控系统的总体设计及其核心——信息处理系统的组成；面向未来水下定位导航授时发展需求，以构建“协同、可靠、安全、稳健、优化”的运控系统为目标，给出了运控系统发展中需要攻克的空天地海一体化通信技术、基于云平台的大规模数据处理技术、基于人工智能的复杂系统任务调度技术、基于区块链的数据安全共享技术以及弹性化服务等关键技术。     

海底热液长期原位探测器流控系统的设计与实现

为了实现深海热液长期原位探测,设计了3套能实现深海热液传感器在线自校正与自维护功能的流控系统.在实验的基础上,针对系统结构、功耗以及流量特性3个主要方面,对3种流控系统进行了比较,最终选择采用二位二通阀配合泵工作的系统作为探测器的流控系统.针对流控系统不能在高压下工作的缺陷,借助于甲基硅油介质,采用压力补偿的方式设计了流控系统的压力补偿装置,并实验验证了在40 MPa的压力下,所设计的流控系统仍能正常工作,证实了该流控系统合理且实用,从而为深海热液长期原位探测的实现提供了技术支撑.     

深海土工化学原位测试装置的测控方法

加强海底矿产资源的勘探与开发成为世界各国的重要战略，结合我国在深海矿产资源勘探与开发中的发展现状，概述了海底土工化学原位测试装置的组成结构和系统工作原理，重点介绍了该装置的水下测控中心的组成结构、步进电机驱动模块的驱动电路设计以及编程控制方法，对今后的产业化实际应用提出了技术优化方法。     

水下夹桩器夹持性能分析及实验研究

水下夹桩器是海洋石油平台导管架安装过程中的重要夹具.为了研究夹桩器的夹持性能,对夹桩器压块材料、压块齿形进行研究,设计并优化了压块的齿形参数,建立了压块齿部与导管桩间接触力学模型.对夹紧力与压块齿部嵌入深度关系的非线性问题,利用LS-DYNA进行了动力分析.依据薄壳弹塑性稳定性理论确定了导管桩不失稳的临界均布夹紧力,给...     

下承式钢箱系杆拱桥局部结构有限元分析

吊杆与钢箱拱肋锚固连接处是下承式钢箱系杆拱桥受力的关键部位.针对正在设计中的重庆市江津区滨州路工程的下承式钢箱系杆拱桥,采用大型通用有限元软件ANSYS,对其吊杆锚固结构进行局部受力分析,并对分析结果进行了对比和综合评价,结合分析提出了一些观点.     

预防连续箱梁施工裂缝的温度监测与有限元分析

研究混凝土浇筑初期内部温度应力不均匀分布特征和预防温度裂缝的有效措施,以西安至铜川高速公路渭河特大桥某0＃箱梁为研究对象,以MIDAS／FEA(multitier distributed applications services／finite element analysis)有限元分析软件为计算平台,采用有限单元法对施工期混凝土水化热温度场进行了数值模拟计算,分析了3种不同防裂工程措施的理论效果,并结合温度监测进行了工程措施的优化。结果表明:混凝土浇筑52h左右内部温升达到高峰,有无冷却水管的箱梁内部最高温度温差在10℃左右,在内外温差20℃左右时拆除模板时机较为恰当;箱梁腹板与横隔板交界处温度应力集中,设置冷却水管改善温度应力分布效果明显。与其他研究结果相比,采取温度监测与有限元计算全过程动态分析方法优化防裂工程措施效果较好。     

基于GIS的电信分线盒管理系统设计

将G IS技术应用于电信分线盒管理,研究开发了电信线盒管理系统,为电信行业提供了分线盒安装的系统解决方案.其主要功能有:分线盒空间、属性数据双向查询,分线盒及内部端口情况,施工任务地理位置记录,施工报表生成等.系统基于G IS技术构建,使用电子地图直观地查看分线盒的地理位置和属性信息,创造了图文并茂的工作环境.实现了电信分线盒的地图化管理,把烦琐低效的人工处理流程转化为直观简洁高效的计算机化管理,大大提高了通信企业的工作效率和服务质量.     

基于卷积神经网络的预制叠合板多目标智能化检测方法

在生产过程中,预制构件尺寸不合格问题将导致其在施工现场无法顺利安装,从而影响工期。为推进预制构件智能化生产的进程,以预制叠合板为例,基于卷积神经网络研究生产过程中的智能检测方法,在生产流水线上设计并安装图像采集系统,建立预制叠合板尺寸检测数据集。通过YOLOv5算法实现对混凝土底板、预埋PVC线盒及外伸钢筋的识别,并以固定磁盒作为基准参照物进行尺寸检测误差分析,实现混凝土底板尺寸、预埋PVC线盒坐标的检测,在降低训练数据集参数规模的工况下保持较高的识别精度。结果表明：该方法可以有效检测预制叠合板的底板数量和尺寸、预埋PVC线盒数量和坐标,并实现弯折方向不合格的外伸钢筋检测,并能降低人工成本,提高检测精度,加快检测速度,提高预制叠合板的出厂质量。     

液位检测光纤传感器系统设计

系统采用双膜盒作为水压的敏感元件,将光纤位移传感器用于检测膜盒随水压变化引起的形变.系统的信号处理电路包括光信号前置放大电路、带通滤波电路、真有效值转换电路,采用16位超低功耗的混合信号处理器MSP430作为数据处理模块.实验结果表明:系统可以测量0～181.0 mm的水面液位变化,分辨率为0.7 mm.增加膜盒的数量可以提高系统的分辨率.     

磁性流体静密封耐压能力近似计算法

采用半解析法了磁性液体密封区的磁场分布和关性流体静密封耐压能力，理论计算出的耐压值和实验值相吻合，此结果证明磁场分布近似求法的正确性。分析结果为实际流体密封件的设计提供了指导。     

基于ROV的水下高压水射流系统及工艺研究

由于海洋平台的导管架长期浸泡在海水里会有大量的海生物附着在其表面,导致其负重增加、承载能力急剧下降,大大缩短了海洋平台的服役寿命。因此研发高效的专用清除装置将导管架上附着的海生物及时清理掉迫在眉睫。在参考国外先进技术的基础上,结合我国现有技术条件,研制出了高效实用的海下导管架附着海生物清除系统,对其清除效果进行了海下测试,并对其关键部位——高压水射流喷枪进行了FLUENT仿真。首先根据实际情况对清除系统的功能要求进行分析,确定了高压水射流系统的整体结构以及组成;然后借鉴国内外相似设备的研究经验,并根据清除系统的功能要求对高压水射流喷枪的机械结构进行设计;同时对喷枪内高压水的流动状态进行了FLUENT模拟仿真,根据仿真结果对其清除效果进行了预测,并对喷枪设计不合理之处进行了优化;最后对设计的系统进行海试测验。结果表明,该水下高压水射流系统完全满足其功能要求,可以便捷高效地将海底导管架上附着的海生物清理掉。