磁式光纤液位探测器及压载监测的设计实验研究

论文摘要

本文研究的课题来源于国家经贸委立项的“20万吨级浮式生产储油船(FPSO)”项目的子专题“船舶电气模——MEM设计”,研究的工程依托是大连新船重工建造的Belanak FPSO,本文对FPSO压载系统安全监测进行了研究与设计。 由于大型FPSO舱内大量易燃易爆气体的存在,如果舱内存在电信号,将会带来很大的安全隐患。本课题研制开发了一种磁式光纤液位探测器,它利用磁铁的相互作用,将液位高度的变化转化为红外光线光强的变化,从而产生变化的数字信号,实现了油舱液位的安全探测。本文重点完成了磁式光纤液位探测器机械结构的设计、分析和计算,红外光发射与接收电路、倍频辨向电路和信号调理电路的设计,以及液位信号的采集、处理和显示的设计。 FPSO压载系统监测是FPSO信息自动化系统的重要组成部分。本课题结合大型FPSO压载系统安全监测的需要,查阅了大量的国内外资料,多次深入实船调查研究,在此基础上分析设计了Belanak FPSO压载系统的阀门开关逻辑,完成了压载系统液位监测、温度监测、阀门开关状态监测以及泵的压力监测等软件设计。本文运用虚拟仪器的思想,采用了目前测控领域比较先进的LabVIEW 7.0开发平台,用图形化编程语言及模块化编程思想,着重完成了实时动态图形显示界面的设计,压载系统监测数据采集与处理程序的设计,数据库存储程序的设计,网络传输程序的设计等。 本文对所研制的磁式光纤液位探测装置进行了实验研究,并对设计的压载系统监测软件进行了模拟实验,结果表明,实验装置设计正确,软件运行正常,达到了预期效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.2 国内外研究概况及发展趋势
• 1.3 本课题主要研究内容
• 2 研究方案的总体设计
• 2.1 问题的提出
• 2.2 光纤液位探测装置的方案设计
• 2.3 信号调理电路总体设计
• 2.4 液位传感器电路输出信号的处理
• 2.5 压载系统监控软件的总体设计
• 2.5.1 软件开发平台的选择
• 2.5.2 数据采集卡的选择及其应用
• 2.5.3 软件的设计内容
• 3 磁式光纤液位探测装置的设计实验研究
• 3.1 液位探测装置的结构及原理
• 3.1.1 装置结构
• 3.1.2 工作原理
• 3.2 液位传感器的单元结构
• 3.3 导柱的结构
• 3.4 磁式光纤液位探测装置结构
• 3.5 探测装置的浮体结构
• 3.6 探测装置的参数确定实验与计算
• 3.6.1 液位探测器实验装置的设计
• 3.6.2 导柱上磁铁排列间距的确定
• 3.6.3 两套弹簧体系统的间距的确定
• 3.6.4 弹簧片特性的分析计算
• 3.6.5 隔磁效果的实验
• 3.6.6 导柱与弹簧片上磁块距离的确定实验
• 4 红外光电转换及信号处理电路设计
• 4.1 光电转换电路原理
• 4.2 光纤光电转换电路实验研究
• 4.3 抑制零漂的放大电路设计
• 4.4 调零电路设计
• 4.5 倍频辨向电路的设计
• 4.6 90°方波发生器的实验电路设计
• 4.7 电源电路设计
• 4.8 总体电路图与实验结果
• 5 磁式光纤液位探测装置数据采集与处理
• 5.1 虚拟仪器
• 5.1.1 虚拟仪器的概念与特点
• 5.1.2 虚拟仪器的组成原理
• 5.2 虚拟仪器的软件开发平台LabVIEW
• 5.3 数据的采集
• 5.3.1 NIPCI-6013多功能数据采集卡
• 5.3.2 基于LabVIEW的数据采集系统总体结构
• 5.3.3 磁式光纤液位探测装置的数据采集
• 5.4 数据的显示与处理
• 5.5 实验研究
• 6 压载系统及其监测软件研究
• 6.1 压载系统概述及泵、阀逻辑研究
• 6.1.1 压载系统概述
• 6.1.2 压载系统的泵、阀逻辑
• 6.2 压载系统监测软件的总体设计
• 6.3 数据采集与处理
• 6.3.1 数据的采集
• 6.3.2 数据的处理
• 6.4 显示界面的设计
• 6.5 声音报警功能的设计
• 6.6 数据库的设计
• 6.6.1 数据库访问技术
• 6.6.2 数据库插入的设计
• 6.7 网络通讯功能的实现
• 6.7.1 概述
• 6.7.2 DataSocket技术简介
• 6.7.3 使用DataSocket传输和接收数据
• 6.8 压载监测软件的模拟实验
• 6.8.1 压载监测与报带系统的模拟实验
• 6.8.2 网络间通讯实验
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 附录A 光纤液位探测装置系统
• 附录B 光电转换实验装置
• 附录C 液位探测装置单元体
• 附录D 磁式光纤液位探测器实验装置
• 附录E 磁性导柱的结构和磁场测量仪器
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
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