一种高灵敏海洋平台液位遥测系统及调试方法

技术领域

本发明涉及海洋平台液位遥测技术领域，尤其涉及一种高灵敏海洋平台液位遥测系统及调试方法。

背景技术

在海洋石油钻井、海上风力发电等海洋平台的运行过程中，对于液位的准确监测是非常重要的，液位的变化可能会影响到平台的稳定性，甚至引发安全事故，因此，研发一种高灵敏度、精确、稳定、能够在恶劣环境下长期工作的海洋平台液位遥测系统十分必要。

现有的液位遥测系统，多数采用的是压力式、电阻式或者超声波式的液位传感器，这些传感器虽然能够进行液位的测量，但其灵敏度和精度以及对环境适应性都有一定的局限，另外，现有的液位遥测系统在信号处理、数据传输等环节，往往采用的技术较为单一，易受外部因素干扰，导致数据失真或者丢失，影响系统的测量结果。

此外，现有的液位遥测系统在电源管理方面，往往不能有效地应对海洋环境中的复杂电源条件，例如电源电压的波动、过压、短路等问题，这些问题都可能影响到系统的稳定性和可靠性。

因此，如何设计和实现一种具有高灵敏度、高精度、抗干扰能力强、能够在恶劣环境下稳定工作的海洋平台液位遥测系统，同时具备高效电源管理和安全可靠的数据传输能力，是当前的一个重要研究课题。

发明内容

基于上述目的，本发明提供了一种高灵敏海洋平台液位遥测系统及调试方法。

一种高灵敏海洋平台液位遥测系统，包括液位传感器、信号处理单元、数据传输单元以及电源管理单元；

所述液位传感器用于实时检测和转换液位信息为电信号；

所述信号处理单元用于接收并处理来自液位传感器的电信号，其中包括放大、滤波、采样和数字转换；

所述数据传输单元包括有线和无线两种传输方式，数据传输单元用于将信号处理单元处理后的数据发送至远程控制中心；

所述电源管理单元用于管理和控制系统的电源供应，保证系统的稳定运行。

进一步的，所述液位传感器具有抗干扰和防腐蚀的特性，具体为特殊的抗电磁干扰涂层以及抗海水腐蚀的合金材料制造。

进一步的，所述信号处理单元采用先进的信号处理算法，具体包括噪声抑制、信号分离、信号重建和数据平滑：

噪声抑制：该算法首先对原始液位信号进行噪声抑制处理，采用的是适应性噪声抑制技术，该技术根据噪声信号的特性自适应地调整噪声抑制的参数，降低噪声对液位信号的干扰；

信号分离：经过噪声抑制后的信号会进行信号分离处理，使用的是独立成分分析(Independent ComponentAnalysis,ICA)技术，该技术将液位信号从混合信号中分离出来，提高液位信号的质量；

信号重建：在信号分离后，算法会对液位信号进行重建处理，使用的是基于小波变换的信号重建技术，该技术将去除信号中的瞬时噪声，提高液位信号的精度；

数据平滑：在信号重建后，算法会对液位信号进行数据平滑处理，使用的是移动平均滤波器，该滤波器将去除信号中的高频噪声，使液位信号更加平滑，易于后续处理和分析。

进一步的，所述数据传输单元具有自动切换有线和无线传输模式的功能，依据网络状态和数据传输需求动态切换，保证了数据传输的稳定性和实时性。

进一步的，所述数据传输单元包括防雷击和防干扰的设计；

防雷击设计：在数据传输单元中，防雷击主要包括两方面，一是接地设计，二是过电压保护，其中接地设计主要是通过对数据传输单元的外壳进行接地，将雷击产生的高电压瞬间引导到地面，避免对设备内部造成破坏，过电压保护则是在电源输入部分和信号线路上安装过电压保护器件，其中电压保护器包括瞬态抑制二极管、金属氧化物放电管，在雷击引发的高电压出现时瞬间起到保护作用，防止设备内部元件被破坏；

防干扰设计：防干扰设计包括电磁辐射和电磁敏感性两部分，其中电磁辐射主要是限制数据传输单元在工作过程中产生的电磁辐射对其他设备的干扰，通过选择低辐射的元件、优化电路布局以及加装屏蔽罩的方法来实现，电磁敏感性则是提高数据传输单元对外部电磁干扰的抗扰性，通过增加电路的抗扰能力、选择抗扰性好的元件以及加装滤波器的方法来实现。

进一步的，所述电源管理单元具有自动检测和保护功能，具体包括电源电压的实时监测、电流的限制保护以及短路、过压和过热的保护功能，在电源异常时自动切断电源，保护系统的稳定运行；

电源电压实时监测：电源管理单元内置了电压检测电路，实时监测系统的电源电压状态，电压过高或者过低，都将对系统的正常运行造成影响，因此，当电源电压超出设定的正常范围时，电源管理单元会自动报警，提醒用户进行处理；

电流限制保护：电源管理单元设置了电流限制电路，防止过大的电流对电路元件产生损伤，当电流超过设定值时，电源管理单元会自动限制输出电流，防止过大电流对系统的损害；

短路、过压和过热保护：在发生短路或者过压时，电源管理单元会自动断开电源，防止对系统造成损伤，同时，电源管理单元内部还设置了温度传感器，用于实时监测电源管理单元的工作温度，当工作温度过高，电源管理单元会自动降低工作功率或者停止工作，防止过热对电源管理单元自身及系统其他部分造成损害。

进一步的，所述电源管理单元包括一个太阳能板和一个电池，太阳能板采用高效率的光伏材料，在白天将阳光转化为电能存储到电池中，电池采用的是高能量密度且环保的锂离子电池，供系统夜间使用，实现了能源的自给自足。

进一步的，所述远程控制中心用于远程调节系统的工作模式和参数，包括传感器的采样频率、信号处理的参数以及数据传输的模式，根据实际情况实时调整，提供高度的智能化和便捷性。

进一步的，所述远程控制中心还包括数据存储和分析功能，对收集到的液位数据进行长期存储、历史查询以及趋势分析，存储设备具有高容量和高稳定性，保证了数据的安全性和完整性，同时系统提供了数据分析工具，对液位数据进行统计分析，为决策提供数据支持。

一种高灵敏海洋平台液位遥测系统的调试方法，包括以下步骤：

步骤一：电源管理单元调试，先检查电源管理单元是否能正常工作，观察电源电压是否稳定，是否存在过压、欠压情况，同时，确认电源管理单元的电流限制、短路、过压和过热保护功能是否正常；

步骤二：液位传感器调试，在电源管理单元正常工作的基础上，将液位传感器置于已知液位的环境中，观察其输出的电信号是否与实际液位相符合，如果不相符，需要对液位传感器进行校准，直至其测量结果与实际液位一致；

步骤三：信号处理单元调试，使用模拟信号源输入一系列已知的电信号到信号处理单元，观察信号处理单元的输出是否与预期一致，同时，对信号处理单元的滤波、放大等功能进行测试和校准；

步骤四：数据传输单元调试，在确定液位传感器和信号处理单元正常工作后，测试数据传输单元的功能，包括有线和无线两种模式的切换功能，以及防雷击和防干扰的功能；

步骤五：远程控制中心调试，首先，确认远程控制中心能正确接收并解析来自数据传输单元的数据，其次，测试远程控制中心的数据存储和分析功能，以及远程调节系统工作模式和参数的功能；

步骤六：整体系统测试，在所有单元功能测试无误后，对整个系统进行长时间的运行测试，以确保系统在连续工作过程中的稳定性和可靠性。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明，具有显著的精度高、稳定性好、抗干扰性强的特点，液位传感器能在海洋环境下提供准确且实时的液位信息，信号处理单元采用先进的信号处理算法，能有效地处理各种干扰信号，提高测量精度，这无疑提高了海洋平台在复杂、恶劣环境下的运行安全性，避免了因液位监测错误而导致的安全事故。

2.本发明，数据传输单元能自动切换有线和无线传输模式，保证了数据传输的稳定性和实时性，防雷击和防干扰设计进一步增强了系统的稳定性和安全性，这些设计确保了在任何环境条件下，数据都可以准确无误地传送到远程控制中心，为操作人员提供了准确、实时的信息，以便他们能够及时做出决策。

3.本发明，电源管理单元具有自动检测和保护功能，能够在电源异常时自动切断电源，保护系统的稳定运行，这为在海洋环境下的长期稳定运行提供了保障，同时也避免了因电源问题导致的系统故障，太阳能板和电池的设计更是提供了一种环保、经济的电源解决方案，符合当前的环保理念，提高了系统的可持续性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的液位遥测系统逻辑示意图；

图2为本发明实施例的信号处理单元示意图；

图3为本发明实施例的液位遥测系统的调试方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1-3所示，一种高灵敏海洋平台液位遥测系统及调试方法，包括液位传感器、信号处理单元、数据传输单元以及电源管理单元；

液位传感器用于实时检测和转换液位信息为电信号；

信号处理单元用于接收并处理来自液位传感器的电信号，其中包括放大、滤波、采样和数字转换；

数据传输单元包括有线和无线两种传输方式，数据传输单元用于将信号处理单元处理后的数据发送至远程控制中心；

电源管理单元用于管理和控制系统的电源供应，保证系统的稳定运行。

液位传感器具有抗干扰和防腐蚀的特性，具体为特殊的抗电磁干扰涂层以及抗海水腐蚀的合金材料制造，可在海洋平台上的各种环境下进行长期稳定的工作，有效延长了传感器的使用寿命并减少了维护成本。

信号处理单元采用先进的信号处理算法，具体包括噪声抑制、信号分离、信号重建和数据平滑，实现了对液位信号的高精度处理，从而提高了液位测量的精度和可靠性；

噪声抑制：该算法首先对原始液位信号进行噪声抑制处理，采用的是适应性噪声抑制技术，该技术根据噪声信号的特性自适应地调整噪声抑制的参数，降低噪声对液位信号的干扰；

信号分离：经过噪声抑制后的信号会进行信号分离处理，使用的是独立成分分析(Independent ComponentAnalysis,ICA)技术，该技术将液位信号从混合信号中分离出来，提高液位信号的质量；

信号重建：在信号分离后，算法会对液位信号进行重建处理，使用的是基于小波变换的信号重建技术，该技术将去除信号中的瞬时噪声，提高液位信号的精度；

数据平滑：在信号重建后，算法会对液位信号进行数据平滑处理，使用的是移动平均滤波器，该滤波器将去除信号中的高频噪声，使液位信号更加平滑，易于后续处理和分析。

数据传输单元具有自动切换有线和无线传输模式的功能，依据网络状态和数据传输需求动态切换，保证了数据传输的稳定性和实时性，极大提高了系统的工作效率。

数据传输单元包括防雷击和防干扰的设计；

防雷击设计：在数据传输单元中，防雷击主要包括两方面，一是接地设计，二是过电压保护，其中接地设计主要是通过对数据传输单元的外壳进行接地，将雷击产生的高电压瞬间引导到地面，避免对设备内部造成破坏，过电压保护则是在电源输入部分和信号线路上安装过电压保护器件，其中电压保护器包括瞬态抑制二极管、金属氧化物放电管，在雷击引发的高电压出现时瞬间起到保护作用，防止设备内部元件被破坏；

防干扰设计：防干扰设计包括电磁辐射和电磁敏感性两部分，其中电磁辐射主要是限制数据传输单元在工作过程中产生的电磁辐射对其他设备的干扰，通过选择低辐射的元件、优化电路布局以及加装屏蔽罩的方法来实现，电磁敏感性则是提高数据传输单元对外部电磁干扰的抗扰性，通过增加电路的抗扰能力、选择抗扰性好的元件以及加装滤波器的方法来实现；

通过上述防雷击和防干扰设计，高灵敏海洋平台液位遥测系统的数据传输单元不仅可以安全地应对雷电天气，而且可以在各种电磁环境下稳定工作，提高了系统的可靠性和稳定性。

电源管理单元具有自动检测和保护功能，具体包括电源电压的实时监测、电流的限制保护以及短路、过压和过热的保护功能，在电源异常时自动切断电源，保护系统的稳定运行；

电源电压实时监测：电源管理单元内置了电压检测电路，实时监测系统的电源电压状态，电压过高或者过低，都将对系统的正常运行造成影响，因此，当电源电压超出设定的正常范围时，电源管理单元会自动报警，提醒用户进行处理；

电流限制保护：电源管理单元设置了电流限制电路，防止过大的电流对电路元件产生损伤，当电流超过设定值时，电源管理单元会自动限制输出电流，防止过大电流对系统的损害；

短路、过压和过热保护：在发生短路或者过压时，电源管理单元会自动断开电源，防止对系统造成损伤，同时，电源管理单元内部还设置了温度传感器，用于实时监测电源管理单元的工作温度，当工作温度过高，电源管理单元会自动降低工作功率或者停止工作，防止过热对电源管理单元自身及系统其他部分造成损害。

电源管理单元包括一个太阳能板和一个电池，太阳能板采用高效率的光伏材料，在白天将阳光转化为电能存储到电池中，电池采用的是高能量密度且环保的锂离子电池，供系统夜间使用，实现了能源的自给自足。

远程控制中心用于远程调节系统的工作模式和参数，包括传感器的采样频率、信号处理的参数以及数据传输的模式，根据实际情况实时调整，提供高度的智能化和便捷性，提升了运行效率并满足了多样化的应用需求。

远程控制中心还包括数据存储和分析功能，对收集到的液位数据进行长期存储、历史查询以及趋势分析，存储设备具有高容量和高稳定性，保证了数据的安全性和完整性，同时系统提供了数据分析工具，对液位数据进行统计分析，为决策提供数据支持。

一种高灵敏海洋平台液位遥测系统的调试方法，包括以下步骤：

步骤一：电源管理单元调试，先检查电源管理单元是否能正常工作，观察电源电压是否稳定，是否存在过压、欠压情况，同时，确认电源管理单元的电流限制、短路、过压和过热保护功能是否正常；

步骤二：液位传感器调试，在电源管理单元正常工作的基础上，将液位传感器置于已知液位的环境中，观察其输出的电信号是否与实际液位相符合，如果不相符，需要对液位传感器进行校准，直至其测量结果与实际液位一致；

步骤三：信号处理单元调试，使用模拟信号源输入一系列已知的电信号到信号处理单元，观察信号处理单元的输出是否与预期一致，同时，对信号处理单元的滤波、放大等功能进行测试和校准；

步骤四：数据传输单元调试，在确定液位传感器和信号处理单元正常工作后，测试数据传输单元的功能，包括有线和无线两种模式的切换功能，以及防雷击和防干扰的功能；

步骤五：远程控制中心调试，首先，确认远程控制中心能正确接收并解析来自数据传输单元的数据，其次，测试远程控制中心的数据存储和分析功能，以及远程调节系统工作模式和参数的功能；

步骤六：整体系统测试，在所有单元功能测试无误后，对整个系统进行长时间的运行测试，以确保系统在连续工作过程中的稳定性和可靠性。

通过以上步骤，完成高灵敏海洋平台液位遥测系统的调试，确保其在实际应用中的稳定性和精确性。

本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。