(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111640332.2 (22)申请日 2021.12.2 9 (71)申请人 哈尔滨工程大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南 通大街145号哈尔滨工程大学科技处 知识产权办公室 (72)发明人 张寅　郭君　王爽　谢耀国　 赵鹏铎　许江　 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06K 9/00(2022.01) G01H 11/08(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于埋入式压电陶瓷测试技术的船体 总强度安全与评估系统 (57)摘要 本发明属于大型工程结构强度安全实时监 测与评估技术领域， 具体涉及一种基于埋入式压 电陶瓷测试技术的船体总强度安全与评估系统。 本发明包括系统测量端、 系统数据采集端和系统 人机交互端； 系统测量端包括用于总振动信号测 试的埋入式压电陶瓷传感器以及配套使用的前 置放大器； 系统数据采集端用于对总振动信号的 实时采集以及模态数据处理分析； 系统人机交互 端用于根据系统数据采集端得到的动力学参数 获得舰船总强度安全信息以及损伤信息。 本发明 可以有效实现船体总强度安全的实时监测与评 估， 从而为指挥决策人员在船舶受损时能够快速 准确地获得船体总强度的损伤状况， 以便为后续 的损害管制、 带伤航行以及返厂修复提供科学的 决策依据。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 114329975 A 2022.04.12 CN 114329975 A 1.一种基于埋入式压电陶瓷测试技术的船体总强度安全与评估系统， 其特征在于： 包 括系统测量端、 系统数据采集端和系统人机交 互端； 所述系统测量端包括埋入式的压电陶瓷传感器和前置放大器； 所述埋入式的压电陶瓷 传感器在船舶结构建造初期埋入式加装在甲板及纵桁位置的测点处， 用于测点部位的加速 度和应变信号的采集； 所述前置放大器用于将微弱工况下 的微弱电信号进行放大处理； 所 述前置放大器、 系统数采端以及系统人机交互端由抗冲击保护壳进行组装， 形成终端装置 并布设于船舶指挥控制室内； 所述系统数据采集端包括信号调理及A/D转换模块、 逻辑控制模块、 第一FIFO先进先出 电路、 数据预 处理模块以及 模态分析模块； 所述信号调理及A/D转换模块用于将扫描 得到的 电信号转换为数字量； 所述逻辑控制模块用于对扫描信号进行输入控制； 所述第一FIFO先 进先出电路用于实现实时数据采集， 保证每次调入的数据之间都是连续的； 所述数据预处 理模块用于对输入的信号进 行滤波处理、 加窗处理， 使得所需数据特征更为纯粹； 所述模态 分析模块用于对数据进 行时域分析、 频域分析、 相关分析以及频谱分析， 继而得到所需的动 力学参数； 所述系统人机交互端包括第二FIFO先进先出电路、 损伤计算模块以及数据库存储模 块； 所述第二FIFO先进先出电路用于数据的实施传输； 所述损伤计算模块用于在已知动力 学参数的基础上实现损伤程度以及损伤位置的识别； 所述数据库存储模块用于对各种航行 工况下船舶动力学参数信息的存储， 形成船舶模型数据库， 便于后续船体总强度的安全评 估。 2.根据权利要求1所述的一种基于埋入式压电陶瓷测试技术的船体总强度安全与评估 系统， 其特征在于： 所述压电陶瓷传感器中压电陶瓷片 长边沿船长方向布置， 使得压电陶瓷 片能够有效参与舰船总振动， 布设测点尽量避免舰船 船体梁总振动节点 位置。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114329975 A 2一种基于埋 入式压电陶瓷测试技术的船 体总强度安全与评估 系统 技术领域 [0001]本发明属于大型工程结构强度安全实时监测与评估技术领域， 具体涉及一种基于 埋入式压电陶瓷测试技 术的船体总强度安全与评估系统。 背景技术 [0002]随着船舶行业的发展， 其抗打击、 抗毁伤能力越来越受到广泛关注， 因此船舶的抗 损性设计水平有了很大提高， 但对于损伤条件下船舶如何进行损伤评估、 如何科学进行使 用则关注甚少。 当船舶受到攻击产生损伤后能够实时地 获得损伤状况对于后续决策及损害 管制来说至关重要。 船上人员为了调查船体损伤状况， 不得不花费大量宝贵损管和处置时 间对船体损伤的信息进行现场勘察研究， 由于船体伤情复杂和可达性限制而采用潜水员潜 水勘察、 吊索探查等原始方式， 而且在第一时间对 船体损伤的了解只停留在 破口大小、 形貌 的表层认识， 而对于船体总强度的损伤是难以即时得到的。 因此， 在船舶受损时亟需一种手 段能够快速准确的获得船体强度尤其是船体总强度的损伤状况， 以便为后续的损害管制、 带伤航行以及返厂修复提供科学的决策依据。 同时， 由于腐蚀、 疲劳和极端恶劣环境工况等 影响， 船舶在服役期间， 提供船舶总纵弯曲的船舶主体纵向构件容易产生不同程度的裂纹、 屈曲等损伤， 该损伤将对船舶总体结构安全性产生较大威胁， 因此需要开发一种适用于船 舶主要纵向构件安全性 监测与评估系统， 从而对船舶安全性进行实时监测评估。 发明内容 [0003]本发明的目的在于提供一种基于埋入式压电陶瓷测试技术的船体总强度安全与 评估系统。 [0004]一种基于埋入式压电陶瓷测试技术的船体总强度安全与评估系统， 包括系统测量 端、 系统数据采集端和系统人机交 互端； [0005]所述系统测量端包括埋入式的压电陶瓷传感器和前置放大器； 所述埋入式的压电 陶瓷传感器在船舶结构建造初期埋入式加装在甲板及纵桁位置的测点处， 用于测点部位的 加速度和应变信号的采集； 所述前置放大器用于将微弱工况下的微弱电信号进行放大处 理； 所述前置放大器、 系统数采端以及系统人机交互端由抗冲击保护壳进 行组装， 形成终端 装置并布设于船舶指挥控制室内； [0006]所述系统数据 采集端包括信号调理及A/D 转换模块、 逻辑控制模块、 第一FIFO先进 先出电路、 数据预 处理模块以及 模态分析模块； 所述信号调理及A/D转换模块用于将扫描得 到的电信号转换为数字量； 所述逻辑控制模块用于对扫描信号进行输入控制； 所述第一 FIFO先进先出电路用于实现实时数据采集， 保证每次调入的数据之间都是连续的； 所述数 据预处理模块用于对输入的信号进行滤波处理、 加窗处理， 使得所需数据特征更为纯粹； 所 述模态分析模块用于对数据进 行时域分析、 频域分析、 相关分析以及频谱分析， 继而得到所 需的动力学参数；说　明　书 1/5 页 3 CN 114329975 A 3