CN103261525B

CN103261525B - 用于确定装料区内混合物中的沉积层体积的方法和装置

Info

Publication number: CN103261525B
Application number: CN201180055424.2A
Authority: CN
Inventors: C·德凯泽尔; J·布拉克斯玛
Original assignee: IHC SYST BV
Current assignee: IHC Holland lE BV
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: WO2012039608A9; SG188609A1; ES2855107T3; HRP20202021T1; WO2012039608A1; CN103261525A; EP2619372B1; NL2005373C2; EP2619372A1

Abstract

本发明涉及一种用于确定装料区（1）中的混合物中的沉积层的体积（V_s）的方法。该混合物包括沉积层和位于该沉积层上方的混合液。该方法包括步骤：a）确定装料区中混合物的混合物高度（h_h），并且基于混合物的高度（h_h）确定装料区中混合物的混合物体积（V_h），b）确定装料区（1）中混合物的质量（m），c）确定沉积的混合物的密度（p_s），d）确定混合液的密度（pi_mi），以及e）利用公式V_s=（m–V_hP_mi）/（P_s-P_mi）确定沉积层的体积（V_s）。

Description

用于确定装料区内混合物中的沉积层体积的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于确定机器的装料区中混合物中的沉积层的体积V_s的方法和装置，其中该混合物由沉积层和位于该沉积层上方的混合液（mixturesoup）组成。

背景技术

机器的装料区中（例如在船舶（诸如挖泥船，如耙吸式挖泥船）的容器（开口区域或者漏斗）中）底层的沉积量的确定对于确保疏浚尽可能的有效是非常重要的。

此类耙吸式挖泥船用于维持船运通道的深度或者加深船运通道，以疏浚新的船运通道，以及用于沙子和碎石的抽取，例如用于基建工程和土地开垦。

根据作业的种类疏浚广泛不同的材料：淤泥、粘土、细沙、粗沙、碎石、岩石和通常所述材料的组合。抽吸过程必须匹配底层的种类。填充装料区的速度必须匹配被疏浚的混合物的沉积速度。如果装料区填充过快，材料的一部分将得不到足够的时间来沉积并将经由溢流再次离船。过慢的填充从成本角度讲没有吸引力。因此了解被疏浚的水和底层的混合物在装料区中沉积得有多快是非常重要的。这将结合图1详细解释。图1示出机器的装料区的横截面。

疏浚循环始于空的装料区1，该空的装料区在预定的时间（通常大约1到2小时）内装料。在该时间内，装料区1中的混合物的水平面升高，并且混合物的一部分同时沉积。该沉积的部分称作沙层或者沉积层5（沉积的沙子）。其上方未沉积的混合物称作混合液3。

如果到达装料区水平面的最高处，混合液3的顶层2经由所谓的溢流向外流出，并且装料能继续另一时段（该情况在图1中未示出）。

该原因是由于经由溢流离开装料区1的混合液3的密度ρ_m在当时仍低于被装料的密度。沉积层5的高度升高并且因此沉积层5上方的混合液3的密度ρ_m也升高。该过程继续进行直至经由溢流流走的混合液3的密度ρ_m如此之高以至于继续装料不再有效率。

为了让装料过程尽可能高效地运行，有必要了解沉积速度：淤泥不沉积，细沙沉积很慢，粗沙更快，而碎石和岩石立刻下沉。根据该沉积速度和沉积层5的高度h_s上升的相关速度，疏浚过程能在装料速度和被疏浚的混合物的密度方面作不同的策划，以便沉积过程更有效率地运行。

因此了解装料期间沉积层5的高度h_s是有益的。用于确定该高度的技术已从现有技术中得知。

在具有公开号EP0456629的专利文件中，描述了各种测量原理，其中根据装料区的高度变化通过放射性的方法来测量密度。该方法复杂、昂贵且由于辐射危害而难以完成，并且其使用因而也被严格限制。

在具有公开号EP1783466的专利文件中，一旦装料过程已经停止，等待直到全部底层沉积之后，随后才测得沉积层的高度h_s。该方法假设沉积层上方的混合物由水组成。该方法因而不适用于装料过程期间，以使得装料过程在装料期间不受影响。

此外，现有技术中还公知的是通过超声或者雷达测距从上方确定装料区中混合物的混合物高度h_h。因而考虑到机器（船舶）的纵倾和倾侧以及装料区1的形状，得知疏浚的混合物的高度h_h并且能计算体积V_h。

装料区1中疏浚的混合物的重量也被测量。这可借助合适的称重设备来完成。如果机器为船舶，这可通过测量该船舶深度的变化来完成：额外排开的水量ΔV_w的质量等于装料区中的质量m：m=ΔV_w.ρ_w，其中ρ_w是该船舶航行所处的水的密度。

装料区中的平均密度能由这些数据计算：ρ_h=m/V_h。然而，混合物中沉积层的高度不能因此得知，并且因而也不可能确定沉积层的高度增加的速度。

从“InitialCorpsExperiencewithTonsDrySolids（TDS）Measurement”（T.L.Welp等著），2000年7月（2000-07），XP002637154（参考因特网链接：http://handle.dtic.mi1/100.2/ADA380019，2011年9月5日）中，可得知用于确定漏斗中存在多少质量的固体颗粒的测量方法。然而，该文件没有给出确定有多少实际沉积的固体颗粒的解决方案。因此该文件仅可用于分析已满载的漏斗，而不适用于在装载期间确定已沉积的材料的数量。

标题为“PortableMeterSystemforDryWeightControlinDredgingHoppers”（“疏浚漏斗中用于干重控制的便携式仪表系统”）（JUANJMUN0Z-PEREZ等著），JOURNALOFWATERWAY，PORT，COASTAL，ANDOCEANENGINEERING（航道、港口、海岸和海洋工程期刊），第129部分，no.2，2003年3月1日（2003-03-01），79-85页，AMERICANSOCIETYOFCIVILENGINEERS，REST0N，VA，US的文件还描述了如何确定漏斗中存在的沙子的总质量。然而，该文件没有描述怎样确定其哪个部分沉积。

美国专利4365509A（CORNELISCHRISTIAANA）也面向于确定漏斗中的总质量，而不是确定沉积层的高度。另外，根据该文件的测量方法使用绳索上的重量来确定沉积层的高度。这是不准确的且笨拙的方法，该方法也不适用于恶劣的天气期间。另外，不能用此类方法完成连续测量。

发明内容

一个目的是提供用于机器装料区内混合物中的沉积层高度的精确和简单确定的方法和装置。进一步的目的是能在装料期间进行沉积层高度的确定，结果，能在装料期间简单和精确地确定沉积层高度增加的速度，以此也能确定沉积速度。

该目的通过确定机器的装料区内混合物中的沉积层体积（V_s）的方法来实现，其中混合物由沉积层和位于该沉积层上方的混合液组成，并且其中该方法包括步骤：

a）确定装料区中混合物的混合物高度（h_h），并且基于混合物高度（h_h）确定装料区中混合物的混合物体积（V_h），

b）确定装料区中混合物的质量（m），

其中，该方法还包括：

c）确定沉积的混合物的密度（ρ_s），

d）确定混合液的密度（ρ_mi），以及

e）基于已确定的混合物的体积（V_h）、混合物的质量（m）、沉积的混合物的密度（ρ_s）以及已确定的混合液的密度（ρ_mi），利用公式V_s=（m–V_hρ_mi）/（ρ_s-ρ_mi）来确定沉积层的体积（V_s）。

以此类方法，在装料期间可能确定机器的装料区内混合物中的沉积层的高度，作为其结果，在装料期间沉积层的高度增加的速度能简单和精确地确定，由此还能确定沉积速度。

本领域技术人员将理解的是，在步骤a）中，考虑漏斗（装料区）的形状和漏斗纵向的倾斜状态（纵倾）以及可能的倾侧。在实际中该倾侧将不那么相关。由该倾侧造成的校正看起来是可忽略的。装料区中混合物的混合物体积（V_h）能以简单的方式由装料区中混合物的混合物高度（h_h）确定。此处可针对不同的纵倾角t_j的挖泥船使用表格T_j，例如针对j=-3、-2、-1、0、1、2和3度。如果船具有例如2度和3度之间的纵倾，对于2度，在装料区表格T₂中查找与高度h_h相关的体积V_h2；并且对于3度，在装料区表格T₃中查找体积V_h3。则与纵倾t相关的体积能借助线性插值法：V_h=V_h2+（V_h3–V_h2）*（t-2）/（3-2）计算。

应当指出的是此类计算被本领域技术人员所熟知并为其一般常识的一部分。

根据一个实施例，步骤d）包括

-确定在混合液中已知高度h_i处混合液中的压力（P_i），并且

-基于所确定的在已知高度h_i处混合液中的压力和混合物高度（h_h）利用公式ρ_mi=P_i/{g（h_h–h_i）}来确定混合液的密度（ρ_mi）。

根据供选择的实施例，步骤d）包括借助如下方式确定混合液的密度（ρ_mi）

-确定混合液中与密度有关的参数，例如压力，放射性辐射、电磁波/电磁辐射或者超声的强度，

-基于已确定的与密度有关的参数来确定混合液的密度（ρ_mi）。

在确定放射性辐射、电磁波/电磁辐射或者超声的强度中，所述强度/烈度能与相应源的源强度比较，其中，源强度与已确定的强度之间的不同和/或已确定的强度与先前确定的强度之间的不同能用于确定所述密度。代替与源强度的比较，已确定的强度还能与参考值比较，该参考值例如为净水中测得的强度。还可能代替确定强度/烈度而确定介质中信号的特性。

此处还考虑到与密度有关的参数的源-仪表间距离和对介质中随距离和密度而变化的信号（辐射/声音）特性的认识。因此，对于辐射而言已知烈度随所述密度呈指数下降。

对于放射性辐射而言已知如下关系：ρ_mi=ρ_水+C1·log{（每分钟所接收的放射性脉冲）/C2}，其中，C1和C2为常数。

对于电磁辐射而言已知如下计算：ρ_mi=ρ_水+C3（与水相比，所接收的信号的时间特性的改变）+C4·（与水相比，所接收的信号的分贝衰减），其中，C3和C4为常数。

对于超声信号而言已知如下计算：ρ_mi=ρ_水+C5（与水相比，所反射的测量信号的改变），其中C5为常数。

步骤d）在两种情况下都能借助于放置在混合液中的仪表如压力计来完成，该仪表例如可以放置在在装料区的壁中。

根据一个实施例，提供一种方法，其中步骤a）包括确定机器的纵倾t和可能的倾侧，并且基于混合物高度（h_h）、纵倾和可能的倾侧计算装料区中混合物的混合物体积（V_h）：V_h=f（h_h，纵倾，倾侧）。

该方法的示例为V_h=T_j（h_h）+（T_j+1（h_h）–T_j（h_h））*（t–t_j）/（t_j+1-t_j），其中T_j为在当前纵倾t正下方的表格纵倾。

代替装料区表格T_j，能使用每一个纵倾t_j下的装料区函数f_j。此类函数可为多项式V_hj=ah_h+bh_h ²+ch_h ²+dh_h ³…。并且该体积随后再次借助多项式V_h=V_hj（h_h）+（V_hj+1（h_h）–V_hj（h_h））*（t–t_j）/（t_j–t_j+1）来确定。

此处各表格和多项式的使用描述为

V_h=f（h_h，纵倾，倾侧）。将明确的是逆运算也是可能的：

h=f^-1（V，t，倾侧）。随后该逆运算公式f^-1是必需的以便确定沙层的高度，如下将讨论。

根据一个实施例，提供一种方法，其中步骤b）包括基于机器的下沉确定混合物的质量m。

根据一个实施例，提供一种方法，其中步骤c）包括估算或者测量沉积的混合物的密度（ρ_s）。

根据一个实施例，提供一种方法，其中步骤d）用至少一个放置在混合液中的仪表来完成，例如压力计、具有相关源的辐射计或者具有相关源的测声计。

根据一个实施例，提供一种方法，其中步骤d）用两个或者更多个放置在装料区不同高度处的仪表来完成，例如压力计、具有相关源的辐射计或者具有相关源的测声计。

根据一个实施例，提供一种方法，其中所述压力计或者所述多个压力计通过气泡测量系统来形成。

根据一个实施例，提供一种方法，其中步骤e）还包括确定沉积层的高度（h_s），该方法基于已确定的沉积层的体积，使用考虑机器（例如船）的纵倾和可能的倾侧的装料区表格，或者利用公式：

h_s=f^-1（V_s，纵倾，倾侧）。该公式可例如为多项式。由体积向高度的转换以及相反的情况被本领域技术人员所熟知。

根据一个实施例，提供一种方法，其中步骤c）包括通过证实在已确定的压力测量点处的压力具有超过预定阈值的改变，来证实沉积层经过压力测量点；确定沉积层的相应的体积（V_s）以及计算沉积层的密度（ρ_s）。

根据一个实施例，提供一种方法，其中步骤c）包括通过证实已确定的密度变为大于预定阈值，来证实沉积层经过仪表；确定沉积层的相应的体积（V_s）以及计算沉积层的密度（ρ_s）。

所述仪表可为，例如压力计、具有相关源的辐射计或者具有相关源的测声计。

根据一方面，提供一种方法，该方法用于监控机器的装料区中混合物中的沉积层的体积（V_s），其中该混合物包括沉积层和位于该沉积层上方的混合液，其中，该方法包括在不同的时间至少两次确定沉积层的体积（V_s）。

根据一个实施例，提供一种方法，其中该方法还包括确定沉积层的体积（V_s）增加的速度。

根据一个方面，提供一种装置，该装置用于确定装料区中混合物中的沉积层的体积（V_s），其中，混合物包括沉积层和位于该沉积层上方的混合液，并且其中，该装置设置为用于：

-借助混合物高度计确定装料区中混合物的混合物高度（h_h），并且基于该混合物高度（h_h）确定装料区中混合物的混合物体积（V_h），

-确定装料区中混合物的质量（m），其中该装置还设置为用于：

-确定沉积的混合物的密度（ρ_s），

-确定混合液的密度（ρ_mi），

-基于已确定的混合物体积（V_h）、混合物的质量（m）、沉积的混合物的密度（ρ_s）和已确定的混合液的密度（ρ_mi），利用公式V_s=（m–V_hρ_mi）/（ρ_s-ρ_mi）来确定沉积层的体积（V_s）。

根据一个实施例，提供一种装置，其中混合液密度（ρ_mi）以如下方式确定：

-借助压力计确定在混合液中已知高度h_i处混合液中的压力（P_i），

-基于所确定的在已知高度（h_i）处混合液中的压力（P_i）和混合物高度（h_h）利用公式ρ_mi=P_i/{g（h_h–h_i）}来确定混合液的密度（ρ_mi）。

根据一个实施例，提供一种装置，其中混合液的密度以如下方式确定：

-用放置在混合液中的仪表确定混合液中的与密度有关的参数，该仪表例如压力计、具有相关源的辐射计或者具有相关源的测声计，

-基于已确定的与密度有关的参数确定混合液的密度（ρ_mi）。

与密度有关的参数可以例如为压力，但也可以是其他物理要素，例如：

-放射性辐射的发射和接收的辐射的测量，其中接收的辐射的强度是密度的函数：接收的辐射随密度的增加而减少，

-电磁波的发射和接收的波的测量，其中接收的波的强度和其时间延迟是密度的函数（专利NL2000362）：接收的信号衰减并且时间延迟随密度的增加而减少，

-超声的发射和被沙粒反射的声音的测量，其中反射的声音的强度随密度的增加而增加。

根据一个实施例，提供一种装置，其中该装置包括至少一个放置在装料区中已知高度处的仪表，例如压力计、具有相关源的辐射计或者具有相关源的测声计。该仪表可以是压力计，但一般也可以是能够测量与密度有关的参数的仪表。该仪表还可以包括用于将测得的参数转换为密度值的工具。

根据一个实施例，提供一种装置，其中所述至少一个仪表放置在装料区的壁中。

根据一个实施例，提供一种装置，其中该装置包括两个或者更多个放置在装料区不同已知高度处的仪表，例如压力计、具有相关源的辐射计或者具有相关源的测声计。

根据一个实施例，提供一种装置，其中该装置包括两组或者更多组放置在装料区不同已知高度处的仪表，其中各不同组放置在装料区的不同位置。

根据一个实施例，提供一种装置，其中一个或者多个仪表放置在位于装料区的测量管中。

根据一个实施例，提供一种装置，其中压力计为气泡测量系统。

根据一个实施例，提供一种装置，其中该装置还设置为确定沉积层的高度（h_s）。

根据一个实施例，提供一种装置，其中该装置还设置为

-通过证实测得的参数具有超过已确定的阈值的改变，来证实沉积层经过仪表，例如压力测量点，

-确定沉积层的相应的体积（V_s），以及

-计算沉积层的密度（ρ_s）。

根据一个方面，提供一种装置，该装置用于监控机器的装料区中混合物中的沉积层的体积（V_s），其中该混合物包括沉积层和位于该沉积层上方的混合液，其中，该装置设置为在不同的时间至少两次确定沉积层的体积（V_s）。

根据一个实施例，提供一种装置，其中该装置还设置为确定沉积层体积（V_s）的增加的速度。

根据一个方面，提供一种机器，该机器包括确定上述的沉积层的高度（h_s）的装置。

根据一个方面，提供一种包括处理器的中央模块，其中该中央模块设计为完成上述各方法中的一种。

根据一个方面，提供一种计算机程序，其中当该计算机程序被载入此类中央模块时，该程序使得该中央模块的处理器能够完成上述各方法中的一种。

根据一个方面，提供一种数据媒介，该数据媒介包括此类计算机程序。

附图说明

本发明的各实施例将完全通过示例，结合所附示意图说明如下，其中，对应的元件由对应的附图标记表示，并且其中：

图1示意性地示出机器的装料区的横截面，

图2-4示意性地示出根据各不同实施例的机器的装料区的横截面，

图5示意性地示出根据一个实施例的方法，并且

图6示意性地示出一个中央模块。

附图仅用于说明目的，并且不用于限制权利要求限定的保护范围。

具体实施方式

此处讨论的各实施例中，被讨论的方法和装置适用于甚至在装料期间确定机器的装料区1中沉积层（settledbed）5的高度h_s。

图2示意性地示出机器的装料区1的横截面。所述装料区1部分地用混合物填充，该混合物由沉积层5和位于沉积层5上方的混合液3（mixturesoup）组成。

该方法包括确定装料区中混合物的混合物高度h_h和基于所述混合物高度h_h来确定装料区中混合物的体积V_h的步骤（a）。

图2示出混合物高度计20，该混合物高度计设计为确定装料区1中混合物的混合物高度h_h。该混合物高度计20可使用超声测距或者雷达测距。该混合物高度计20因此能放置在混合物上方以便混合物高度h_h能从上方测量。其他测量技术和装置当然也能使用，例如以在装料区1内部作标记的形式、具有缆线测距的浮球的形式或者（电子）量油计的形式。测得的混合物高度h_h能通过混合物高度计20传递至中央模块100，该中央模块将随后详细讨论。混合物高度计20能通过中央模块100控制。

考虑到装料区的形状（简便起见在图2中以矩形示出）以及机器的纵倾和可能的倾侧，能够基于已确定的混合物高度h_h通过中央模块100容易地计算装料区1中混合物的体积V_h。

该方法还可包括确定装料区1中混合物的质量m的步骤（b）。

在机器是船舶的情况下，装料区中混合物的质量m能通过在装料期间测量机器的深度的改变来确定。额外排开的水量ΔV_w的质量等于装料区中的质量m：m=ΔV_w.ρ_w，其中ρ_w是机器航行所处的水的密度。这将被本领域技术人员所理解。该质量也可能用称重装置通过称重装料区中的内容物来确定。

深度的改变能以任何已知且适合的方式确定，图2中通过深度计30图解示出。该深度计30能通过中央模块100控制，并且能够将测量数据传递至中央模块100。一种不同的，常使用的方法是在机器的底板或者壁上放置一个或者多个压力传感器。船的下沉量h_w能由压力P_w计算：h_w=P_w/（g.ρ_w），其中g为重力加速度。

装料区中混合物的平均比重能由取自步骤a）和b）的数据计算：ρ_h=m/V_h。然而，沉积层5的高度h_s因而不是已知的，并且装料期间高度增加的速度因而也不是已知的。

该方法因此还包括用于确定沉积的混合物的密度（ρ_s）的步骤（c）。这可通过任何合适的方法来完成，例如通过估算沉积的混合物的密度ρ_s。估算可基于对从相同或者邻近位置获取的沉积的混合物的预先进行的调查而特别地完成。沉积的混合物的样品也能获得。底层的样品也经常在疏浚工程开始前取得，基于此能确定ρ_s及其变化。沉积的混合物的典型密度值为2000kg/m³。从文献中（尤其借助测量）可知，沉积层5具有通常均一的密度ρ_s。能够计算得出的是，最大50kg/m³（2.5%）的密度ρ_s的误差导致沙层高度中大约6%的计算误差。这足以优化疏浚过程。另外，通常更准确地计算ρ_s。

所确定的沉积的混合物的密度值ρ_s能存储在中央模块100中或者能通过接口由使用者输入，例如通过键盘。

混合液的密度按以下步骤d）来确定。这可用不同的方法借助放置在装料区中的各仪表完成，所述各仪表可确定与密度有关的参数，例如压力、放射性或者电磁辐射信号的衰减，或者反射的超声信号的放大。在这些最新技术的情况下，能够使用放置在距仪表预定距离处的合适的放射、电磁或者超声源。

如果使用所述压力，则通过处于混合液3中已知高度h_i处的混合液3中的压力计40在步骤d）中确定压力P_i。混合液的密度ρ_m通过确定在已知高度处的该压力P_i来计算。如果已知混合液3的密度ρ_m、沉积层5的密度ρ_s和总的装料区质量m，则能确定相对于装料区底板的沉积层5的高度。这将在下面详细解释。

这在该方法的最后一个步骤e）中完成，其中基于已确定的混合物体积（V_h）、混合物质量（m）、沉积的混合物的密度（ρ_s）和已确定的混合液中的压力（P_i）来确定沉积层的体积（V_s）和所得到的沉积层的高度（h_s）。

如图2所示，混合液中放置了至少一个压力计40。图3示出供选择的实施例，其中多个压力计40，例如多于两个，放置在装料区1中不同的，已知的各高度处。压力计40的数量（n）可依据情况不同地进行选择。每个压力计具有指数i，其中i从1到n取值（i=1..n）。图3中，选取n=5，但更少或者更多的压力计40也是可能的。

各压力计40在装料区1中被放置在不同的已知高度h_i处。

代替压力计40，能更加普遍地使用能够测量与密度有关的参数的仪表，密度能够由该仪表确定。

为了由压力测量来确定装料区1中混合液的密度ρ_m，要借助在混合液3的已知高度h_i处已确定的压力计40，在混合液3中使用至少一个已确定的压力值P_i。

由于在装料区中混合物的高度h_h也已测得（步骤a）并且压力测量点的高度h_i是已知的，混合液的密度能通过相应的压力计40计算：

ρ_mi=P_i/{g（h_h–h_i）}，

其中g为重力加速度（≈9.8m/s²）。

当然必须验证的是该压力测量点位于混合液3中，并且不在沉积层5中或者混合物的上方。两个条件都容易检测：

能够证实该压力测量点是否位于混合液3的上方，即通过测试是否h_h<h_i和/或压力值P_i大约等于环境压力（大气压力）。

如果使用不同于压力计的仪表，则测量空气的密度。

还能够证实该压力测量点是否位于混合液3的下方：如果在给定时刻，由压力计算的沙层的高度h_s大约等于压力传感器的高度h_i，则假定压力传感器将位于沙层下方。无论如何，正常方法下，该沙层将会上升并且不会下降。

如果使用不同于压力计的仪表，则测量大约沉积的混合物的密度（ρ_s）。

已测得的密度或者压力值P_i能被送至中央模块100。该密度或者压力计40能通过中央模块100控制以完成测量。基于获得的密度或者压力值P_i，中央模块100能通过完成上述测试来证实哪个（压力）仪表位于混合液3中。

能够假定在沉积层5上方的混合液3具有实质上均一的密度。然而，该密度ρ_m将会在装料期间变化（增加），但是，在装料期间的任意时刻，该密度遍及全部混合液3或多或少是一致的。仅混合液3的上层2具有较低的密度，但是该上层为大约0.1到0.2m高并且当确定沙层的高度和其中增加的速度时能够被忽略。

尽管其他重量测量也是可能的，但该沙层高度基于质量平衡计算，借以例如由机器的下沉计算该质量。装料区中该已确定的质量m必须等于沉积的混合物的质量加上混合液的质量。为此，该测得且计算的高度h_h和h_s必须转换成体积。这能基于所谓的装料区表格完成，该装料区表格中考虑船舶的纵倾和可能的倾侧来确立液面与体积之间的关系。船舶的纵倾和可能的倾侧能以本领域技术人员公知的任何方法确定。

这些装料区表格也能通过数学公式f计算，该数学公式f作为液面、纵倾和可能的倾侧的函数：使用逆运算公式f^-1来导出与已确定的体积相关的高度。

V=f（h，纵倾，倾侧）

V_h=f（h_h，纵倾，倾侧）全部混合物体积

V_s=f（h_s，纵倾，倾侧）（仍待确定的）沉积的沙层的体积

V_m=f（h_m，纵倾，倾侧）混合液的体积

V_m=V_h–V_s体积差额

如果不考虑倾侧，该倾侧可从上面的各公式中排除。

考虑到船舶的纵倾和可能的倾侧以及考虑到装料区的特定形状，所述公式f（及其逆运算公式）限定高度与体积之间的关系。根据质量平衡适用如下式子：

m=V_sρ_s+V_mρ_mi

m=V_sρ_s+（V_h–V_s）ρ_i

m=V_s（ρ_s–ρ_i）+V_hρ_i。

这提供沙层的体积

V_s=（m–V_hρ_mi）/（ρ_s-ρ_mi）

使用已测得的或者计算的混合液3的密度

ρ_mi=P_i/（g（h_h–h_i））。

该沙层的高度h_s通过查阅装料区表格或者借助逆运算的装料区公式f¹找到，逆运算的装料区公式f¹为：

h_s=f^-1（V_s，纵倾，倾侧）。

其中：

-ρ_mi=P_i/（g（h_h–h_i））为计算的混合液的密度

-m为装料区的内容物的质量

-V_h=装料区的内容物的体积

-P_i=对于每个测量点i（i=1..n）通过压力计40测得的压力测量值

-ρ_s=沉积的混合物的密度，对于每种工况该密度通常都是公知的，大约为2000kg/m³。

该计算或者该计算方法的变化能通过中央模块100完成。该中央模块100能够在装料期间多次计算沉积层的高度h_s，从而确定沉积层的高度增加的速度。

如图3的实施例中所示，多个仪表，例如密度或者压力测量点可位于装料区内的不同高度h_i处。这提供了一些优势。首先，能够保证在大部分装料过程期间至少一个密度或者压力测量点位于混合液3中，即当仅装载了少量混合物的情况（则最低放置的密度或者压力计将位于混合液3中），以及当装料区已被或多或少完全装满的情况（则至少一个最高放置的密度或者压力计将位于混合液3中）。

另外，多于一个的密度或者压力测量点将至少在装料过程的一部分期间位于混合液3中。因此获得冗余测量，该冗余测量能通过求平均值更精确地进行，或者通过该冗余测量使得可能检测何时密度或者压力计40是有缺陷的。

因此可能例如基于多个密度或者压力测量来确定沉积层的高度h_s。已确定的高度可取平均值。

也可能确定混合液3的多于一个的密度ρ_mi并且将其取平均值用于进一步的计算。

因而能实现更高的精度。还可能通过比较混合液的各不同测量值或者已确定的各密度ρ_mi来检测可能的不正确的压力测量。

因而可能例如与配置在装料区的不同高度上的三个密度或者压力测量点协作。在装料区为10米高的情况下，密度或者压力测量点能够例如配置在1米、5米和8米的高度处。

还提供一种方法，该方法用于监控机器的装料区1中混合物的沉积层的体积（V_s），其中混合物由沉积层和位于该沉积层上方的混合液组成，其中该方法包括根据上述方法之一在不同时间至少两次确定沉积层的体积（V_s）。作为选择或者附加，该方法可涉及根据上述方法之一在不同时间至少两次确定沉积层的高度h_s。

通过在不同的时间确定沉积层的体积（V_s）和/或高度（h_s），沉积层增加的速度能基于该体积和/或基于该高度来确定。该参数可用于装料区的装料速度的最佳设定以及可用于确定沉积速度。

仪表

还注意的是装料区1经常装载不同种类的底层，所述底层常受例如废料、树干、鹅卵石、链条、缆线等的污染。放置在装料区1中的装备，例如密度或者压力计40，因此将不得不进行坚稳设计，否则其将不能长久保持完整性。

根据图4示出的实施例，所述压力计40或者所述多个压力计40通过气泡测量系统40’形成。这种气泡测量系统40’已自专利公布JP2009300183和US5052222公知。

气泡测量系统40’包括借助线路42将空气供给至测量点的压力调节系统41，在各测量点处各线路借助开口43向装料区1敞开。空气能够以非常低的速度穿过线路42供给。该目的所需的压力通过压力调节系统41对每个测量点进行调节，以便小的气泡从开口43出现。

气泡测量系统40’测量空气线路中的空气速度：如果该速度过高，该线路中的控制阀（更）紧地控制，如果该速度过低，控制阀进一步打开。

由于相对低的速度和因此产生的正确反压，混合物不能从装料区1穿透到线路42中。由于低的压力，遍及线路42的压力损失是可以忽略的。气泡测量系统40’还能够测量各线路42中的线路压力。

这能通过压力调节系统41自身，或者借助压力计44来完成，如图4示意性示出。

该线路压力是在与相关线路42关联的开口43的高度处的混合液中压力（P_i）的测量值。给定线路中相对低的空气速度，能够假设已确定的线路压力大约等于在与相关线路42关联的开口43的高度处的混合液中压力，即使线路42上移并且压力计44放置得更高。

不同的合适流体当然可替代空气使用。

压力调节系统41可通过中央模块100控制，并且已测得的线路压力能被送至中央模块100。为了清楚起见，该压力计44和该中央模块100之间要求的连接未在图4中示出。

气泡测量系统40’也能用于确定沉积的混合物的密度ρ_s。这能在当上升的沉积层经过压力测量点时完成。在该时刻，该压力测量点处测得的压力将会实际上改变，例如将会增加，由于空气不易通过沉积层从气泡点处逃离。这尤其适用于粘土、细沙和具有粘土部分的粗沙。

因此能够通过如下方法证实沉积层沿压力测量点的经过：证实已确定的压力测量点处的压力相对其他压力测量点处测得的压力具有超出已确定的阈值的偏离，或者证实在预定时间间隔（例如10秒或者1分钟）内已确定的压力相对之前在预定时间段内已确定的各压力具有超出已确定的阈值的偏离。

如果代替压力测量而使用供选择的密度测量，沙层沿仪表的经过通过对于大概已沉积的值的密度测量（ρ_s）中的突变来检测。

沉积的混合物的密度ρ_s能以下面方式确定：当沉积层沿测量点的经过被证实时，相对精确地得知沉积层的高度，即所述沉积层的高度等于相关的压力测量点的高度：h_s=h_i。

现在可以得知该信息以便至少更正沉积的混合物的密度的值ρ_s。

V_s=V_i=f（h_i，纵倾，倾侧）

V_s=V_i=（m–V_hρ_mi）/（ρ_s–ρ_mi）（如上导出）

或者：

ρ_s=（m–ρ_mi（V_h–V_i））/V_i。

ρ_mi的值自然可借助更高放置的压力测量点来确定，或者可基于之前已确定的值。

中央模块

能通过中央模块100来完成并控制上述方法。该中央模块100可设置为如图5示意性所示来完成该方法。

该中央模块100可设计为计算机装置或者计算机系统。该中央模块100可通过个人电脑、笔记本电脑、服务器形成，或者可设计为已确定的硬件块或者可在计算机上运行的软件程序。

该中央模块100在图2-4中以单独的块示出，但将理解的是该中央模块100可由多个功能性的交互工作的块组成。

图6示出作为计算机的中央模块100的可能的实施例。图6示出中央模块100的可能的实施例的示意性框图。该中央模块100包括互联的处理器110和存储器120。该处理器110可从该存储器120中读取数据，并能从存储器120中读取指令并且随后执行这些指令从而完成上述方法。该存储器可包括具有指令的计算机程序，该指令通过处理器110可读取并可执行，以便该中央模块能完成此处所述的各方法。

所述存储器可由一种或者多种记忆体组成，该记忆体包括硬盘、只读存储器（ROM）、可电擦写可编程只读存储器（EEPROM）和随机存取存储器（RAM）。将理解的是也可使用其他记忆体，某些记忆体可远程定位。

该处理器110连接至用户界面130，这使得与用户的交互成为可能。该用户界面130可连接至例如键盘131和显示器132。借助该用户界面，用户能够例如控制该中央模块以确定沉积层的高度。

该处理器110连接至输入输出界面140，通过该输入输出界面，与外部装备，例如混合物高度计20、深度计30和密度或者压力计40、40’的通信成为可能。

该处理器110以单独的块示出，但将理解的是该处理器110可包括多个并行运转的处理器。

图2-4和6中示出的连接可为物理连接（通过线路或者总线），或者可为无线连接。各连接示出成仅表示连接的各单元能以任何方式彼此通信。

因而提供用于确定机器的装料区1中混合物中沉积层的体积V_s的装置，其中，混合物由沉积层和位于该沉积层上方的混合液组成。该装置设计成用于：

-借助混合物高度计（20）确定装料区中混合物的混合物高度（h_h），以及基于该混合物高度（h_h）确定装料区中混合物的混合物体积（V_h），

-确定装料区（1）中混合物的质量（m）。

该装置还设计为用于：

-确定沉积的混合物的密度（ρ_s），

-例如通过借助压力计（40）确定在混合液中已知高度h_i处混合液中的压力（P_i）来确定混合液的密度（ρ_mi），

-基于已确定的混合物体积（V_h）、混合物的质量（m）、沉积的混合物的密度（ρ_s）以及混合液的密度（ρ_mi）来确定沉积层的体积（V_s）。如果混合液中的压力已经确定，这可通过如下方式完成：

-基于所确定的在已知高度（h_i）处混合液中的压力（P_i）以及混合物高度（h_h）利用公式ρ_mi=P_i/{g（h_h–h_i）}来确定混合液的密度（ρ_mi）。

如上所述，该装置可由中央模块100提供。该装置可包括混合物高度计20、深度计30和密度或者压力计40，或者可设计为由它们接收测量值。

该装置还可包括位于装料区中已知高度处的密度或者压力计40。该密度或者压力计40可位于装料区的壁中。作为选择，所述一个或者多个密度或者压力计40可位于放置在装料区中的测量管中。

该装置还可包括两个或者更多个位于装料区中的不同已知高度处的密度或者压力计40。

为了更精确的确定，成组的密度或者压力计可位于多个位置，例如位于装料区中的前部和后部以及/或者位于装料区中的左侧（左舷）和右侧（右舷）。因而该装置可包括两个或者更多个位于装料区中不同已知高度的成组的密度或者压力计40，其中所述不同的组位于装料区中的不同位置。

正如已经表明的，该压力计可为气泡测量系统40’。此类气泡测量系统是坚固并且自清洁的。

如本文中使用的所述术语“仪表”或者“密度计”指的是能够测量与密度有关的参数的仪表，密度可从所述各仪表导出。该密度计可以，例如为压力计，其中密度能借助公式ρ_mi=P_i/{g（h_h–h_i）}由该压力导出。

该密度计也可为具有（超）声源的测声计，其中该声源传输声学信号，被沙粒反射的声音通过测声计检测，并且其中密度可由反射的声音信号计算。

该密度计也可为具有辐射源的辐射计，其中该源传输辐射计检测的辐射信号，并且其中该密度可由检测的辐射信号计算。

该密度计还可为具有传输天线的接收天线，其中该传输天线传输该接收天线检测的电磁波/辐射，并且其中该密度可由检测的波计算。

因而该密度计因此还可为具有源的仪表，其中该源传输该仪表检测的信号，并且其中该密度可由检测的信号计算。

将明确的是上述各实施例仅通过示例的方式并且不为任何受限的认识来描述，并且不超出本发明范围的不同变型和改写是可能的，并且该范围仅通过所附的各权利要求确定。

Claims

1.一种用于确定机器的装料区(1)内混合物中沉积层的体积V_s的方法，其中该混合物由沉积层和位于该沉积层上方的混合液组成，并且其中该方法包括以下步骤：

a)确定装料区中混合物的混合物高度h_h，并且基于该混合物高度h_h确定装料区中混合物的混合物体积V_h，

b)确定装料区(1)中混合物的质量m，

其特征在于该方法还包括：

c)确定沉积的混合物的密度ρ_s，

d)确定混合液的密度ρ_mi，以及

e)基于已确定的混合物体积V_h、混合物的质量m、沉积的混合物的密度ρ_s和已确定的混合液的密度ρ_mi，利用公式V_s＝(m–V_hρ_mi)/(ρ_s-ρ_mi)来确定沉积层的体积V_s。

2.如权利要求1所述的方法，其中步骤d)包括：

-确定在混合液中已知高度h_i处混合液中的压力P_i，并且

-基于所确定的在已知高度h_i处混合液中的压力P_i和混合物高度h_h利用公式ρ_mi＝P_i/{g(h_h–h_i)}来确定混合液的密度ρ_mi。

3.如权利要求1所述的方法，其中步骤d)包括通过如下方式确定混合液的密度ρ_mi

-确定在混合液中与密度有关的参数，

-基于已确定的与密度有关的参数来确定混合液的密度ρ_mi。

4.如权利要求1-3中任何一项所述的方法，其中步骤a)包括确定机器的纵倾和可能的倾侧，并且基于混合物高度h_h、纵倾和可能的倾侧计算装料区中混合物的混合物体积V_h。

5.如权利要求1-3中任何一项所述的方法，其中步骤b)包括基于机器的下沉确定混合物的质量m。

6.如权利要求1-3中任何一项所述的方法，其中步骤c)包括估算或者测量沉积的混合物的密度ρ_s。

7.如权利要求1所述的方法，其中步骤d)用至少一个放置在混合液中的仪表来完成。

8.如权利要求1所述的方法，其中步骤d)用两个或者更多个放置在装料区中不同高度处的仪表来完成。

9.如权利要求7或者8所述的方法，其中所述仪表通过气泡测量系统(40’)来形成。

10.如权利要求1-3中任何一项所述的方法，其中步骤e)还包括基于已确定的沉积层的体积V_s，使用考虑机器的纵倾和可能的倾侧的装料区表格确定沉积层的高度h_s。

11.如权利要求2所述的方法，其中步骤c)包括通过证实在已确定的压力测量点处的压力具有超过预定阈值的改变，来证实沉积层经过压力测量点；确定沉积层的相应的体积V_s以及计算沉积层的密度ρ_s。

12.如权利要求3所述的方法，其中步骤c)包括通过证实已确定的密度变得大于预定的已确定的阈值来证实沉积层经过仪表；确定沉积层的相应的体积V_s和计算沉积层的密度ρ_s。

13.一种用于监控机器的装料区(1)中混合物中的沉积层的体积V_s的方法，其中该混合物包括沉积层和位于该沉积层上方的混合液，其中该方法包括根据如权利要求1-12中任一项所述在不同时间至少两次确定沉积层的体积V_s。

14.如权利要求13所述的方法，其中该方法还包括确定沉积层的体积V_s增加的速度。

15.一种用于确定机器的装料区(1)中混合物中的沉积层的体积V_s的装置，其中该混合物由沉积层和位于该沉积层上方的混合液组成，并且其中该装置设置为用于：

-借助混合物高度计(20)确定装料区中混合物的混合物高度h_h，并且基于所述混合物高度h_h确定装料区中混合物的混合物体积V_h，

-确定装料区(1)中混合物的质量m，

其特征在于该装置还设置为用于：

-确定沉积的混合物的密度ρ_s，

-确定混合液的密度ρ_mi，

-基于已确定的混合物体积V_h、混合物的质量m、沉积的混合物的密度ρ_s和已确定的混合液的密度ρ_mi，利用公式V_s＝(m–V_hρ_mi)/(ρ_s-ρ_mi)来确定沉积层的体积V_s。

16.如权利要求15所述的装置，其中混合液的密度ρ_mi通过如下方式确定

-借助压力计(40)确定在混合液中已知高度h_i处混合液中的压力P_i，

-基于所确定的在已知高度h_i处混合液中的压力P_i和混合物高度h_h利用公式：ρ_mi＝P_i/{g(h_h–h_i)}来确定混合液的密度ρ_mi。

17.如权利要求15所述的装置，其中混合液的密度ρ_mi通过如下方式确定

-用放置在混合液中的仪表来确定混合液中与密度有关的参数，

-基于已确定的与密度有关的参数来确定混合液的密度ρ_mi。

18.如权利要求15-17中任何一项所述的装置，其中该装置包括放置在装料区中已知高度处的至少一个仪表，并且所述至少一个仪表包括压力计(40)、具有相关源的辐射计、具有相关传输天线的电磁接收天线、和具有相关源的测声计中的一个或多个。

19.如权利要求18所述的装置，其中所述至少一个仪表放置在装料区的壁中。

20.如权利要求15-17中任何一项所述的装置，其中该装置包括放置在装料区中不同已知高度处的两个或者更多个仪表。

21.如权利要求20所述的装置，其中该装置包括放置在装料区中不同已知高度处的两组或者更多组仪表(40)，其中不同的组放置在装料区中的不同位置处。

22.如权利要求18所述的装置，其中所述一个或者多个仪表(40)放置在位于装料区中的测量管中。

23.如权利要求16所述的装置，其中所述压力计为气泡测量系统(40’)。

24.如权利要求15-17中任何一项所述的装置，其中该装置还设置为用于确定沉积层的高度h_s。

25.如权利要求15-17中任何一项所述的装置，其中该装置还设置为

-通过证实已确定的参数具有超过预定阈值的改变来证实沉积层经过仪表，

-确定沉积层的相应的体积V_s，以及

-计算沉积层的密度ρ_s。

26.一种用于监控机器的装料区(1)中混合物中的沉积层的体积V_s的装置，其中该混合物包括沉积层和位于该沉积层上方的混合液，其中该装置根据如权利要求15-25中任何一项所述设置为在不同的时间至少两次确定沉积层的体积V_s。

27.如权利要求26所述的装置，其中该装置还设计为确定沉积层的体积V_s增加的速度。

28.一种机器，包括如权利要求15-27中任何一项所述的用于确定机器的装料区(1)中混合物中的沉积层的体积V_s的装置。

29.一种包括处理器(110)的中央模块(100)，其中该中央模块(100)设计为完成如权利要求1-14中任何一项所述的方法。