走向深蓝，守卫神秘 —— BDI结构监测系统在南海导管架平台的应用

BDI STS4监测系统主要有传感器、节点模块、数据采集仪等硬件组成，配有数据采集软件，远程设置监控软件和数据文件提取等软件，为一整套“交钥匙”监测解决方案。数据传输方式分为无线方式和有线方式。无线方式中，传感器与节点模块有线连接，借助于基站，节点模块与采集仪通过网络协议802.11b/g/n无线通讯，而采集仪可以通过互联网，或手机GPRS，或卫星电话等通讯方式将数据传输到远程终端；在有线方式中，传感器，节点，和采集仪均采用有线方式连接，采集仪与终端数据传输与无线方式相同。STS4监测系统有线方式与无线方式示意图如下，本套导管架平台模型应力/振动监测系统采用有线方式。

STS4无线方式示意图

STS4有线方式示意图

本套STS4监测系统配置了5个应变传感器和3个加速度传感器。

BDI应变传感器是专门为用于现场恶劣环境下的结构测试而设计的。这些高精、坚固的并且全面防水的传感器特别适合海洋环境应变/应力测试应用。5个应变传感器均布置在平台的一个导管架上，其中上部，下部的同一位置上按两个方向各布置一个传感器，导管架中间位置布置一个传感器，见下图：

3个单轴加速度计传感器有2个布置在上层平台的2个方向上，用于拾取水平方向的振动数据，另外一个布置在平台模型的立面的结构节点附近。

BDI节点模块采用模块化设计，有4通道和16通道两种，支持无线和有线两种方式通讯，适合各种应用环境。实验室这套采用了TE4系列的四通道节点模块2个。该模块有四个模拟通道和一个数字通道。模拟通道用于连接单端或差分式传感器，如应变传感器等；而数字通道可以连接数字相机，风速计，水位计等数字式传感器。为了演示方便，现场直接将其固定在导管架平台模型上。

BDI STS4监测系统采集仪通过连接一个无线路由器，与办公室内部的终端电脑无线通讯。STS4 采集仪内置256 G固态硬盘，当数据存储满后，新来的数据会自动刷新旧数据，循环存储。采集仪也留有USB接口，可以连接外置硬盘扩展存储空间，由此提供一个可选方案，即采用人工定期更换硬盘，以节约数据传输成本。采集仪通过继电器控制节点模块电源，在紧急情况下断电，以便保护节点模块和传感器。

终端电脑经无线网络设置后，通过无线路由器访问采集仪STS4。终端电脑安装有两套BDI软件STS_NET 和STS_Sync。前者用来设置采集参数和浏览实测数据，后者用于提取数据文件到本地。

导管架平台监测主要是采集平台在极端恶劣条件下的应力和振动动态数据。因此，我们设置采集方法为“事件触发”，即以水平方向的两个加速度计测得的振幅绝对值超出设定的阈值为触发条件。两个加速度计中任何一个达到触发条件，启动数据记录。记录的数据文件还可以设定触发条件前若干秒和触发后若干秒，形成一条完整的事件数据文件。

如图：A1336和A1335两个加速度计设为触发传感器

当然，设定触发条件前，需要对振动的幅值进行标定。实验时采用激励锤敲击模型，测量触发加速度计的幅值，来调整触发条件。未来移植到真实导管架平台时，要根据风、浪、海流等极端气候条件，采集实测加速度值，来设定触发阈值。

通过STS_Sync，设置回传数据文件周期，本案例我们设置每隔2小时，将发生的事件数据文件回传至终端电脑里。