CN111121677B - 埋土高度预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开是关于一种埋土高度预警系统及方法，涉及航海技术领域。所述预警系统包括：深度检测装置，包括分布在风电塔基础结构的多个方向的多个双自由度机械扫描测深仪，将检测到的各个像素点的埋土高度上传至数据分析处理装置；数据分析处理装置根据各个像素点的埋土高度确定风电塔底部图像的不同像素点的高度图，根据高度图判断埋土高度是否超过门限值，并在埋土高度超过门限值时向控制基站发出警报；海生物清除装置位于双自由度机械扫描测深仪的预设范围内，用于防止海生物附着在双自由度机械扫描测深仪的表面。本公开可实时测量风电塔基础结构的埋土高度，以便全面有效的实现对风电塔基础结构的埋土高度的监测预警。

Description

埋土高度预警系统及方法

技术领域

本公开涉及航海技术领域，尤其涉及一种埋土高度预警系统及方法。

背景技术

我国的海上风能资源丰富，其中近海风能可供开发的资源达到5亿千瓦。海上风场距离负荷中心较近，消纳能力强，风电发展正在逐渐向海上转移。为承受海上强风载荷、海水腐蚀和海浪冲击等，海上风电机组基础结构远比陆上风电机组基础结构复杂。

桩基作为海上风电的重要组成部分，其主要作用是固定风电机组，根据不同的海床条件、水深、风机和环境情况，风电场的基础结构(即桩基)主要有四种基本形式：陆地基础、单桩基础、基脚架基础和浮式基础。其中，陆地基础主要用于陆上，单桩基础用于水深小于30m海域，基脚架基础用于水深在30m～60m海域，浮式基础用于水深大于60m海域。目前，海上风电项目开发所用的基础主要为单桩基础和基脚架基础，但它们对水深有着严格的要求。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本公开实施例提供了一种埋土高度预警系统及方法。所述技术方案如下：

根据本公开实施例的第一方面，提供一种埋土高度预警系统，应用于海上风电塔基础结构的埋土高度预警；所述预警系统包括深度检测装置、数据分析处理装置、控制基站、以及海生物清除装置；

所述深度检测装置包括分布在风电塔基础结构的多个方向的多个双自由度机械扫描测深仪，每个所述双自由度机械扫描测深仪均以预设频率对风电塔基础结构的埋土高度进行测量，所述深度检测装置将检测到的各个像素点的埋土高度上传至所述数据分析处理装置；

所述数据分析处理装置根据所述各个像素点的埋土高度确定风电塔底部图像的不同像素点的高度图，根据所述高度图判断所述埋土高度是否超过门限值，并在所述埋土高度超过所述门限值时向所述控制基站发出警报；

所述海生物清除装置位于所述双自由度机械扫描测深仪的预设范围内，被配置为防止海生物附着在所述双自由度机械扫描测深仪的表面。

在一个实施例中，所述海生物清除装置包括：

电击器件，位于所述双自由度机械扫描测深仪的周围，以预设间隔时长呈脉冲式放电，被配置为驱除所述双自由度机械扫描测深仪附近的海生物。

在一个实施例中，所述海生物清除装置包括：

防附着涂层，位于所述双自由度机械扫描测深仪的表面，被配置为防止海生物附着在所述双自由度机械扫描测深仪的表面。

在一个实施例中，所述双自由度机械扫描测深仪包括测深仪本体和温度传感器；

所述温度传感器，设于所述测深仪本体的内部，且与所述测深仪本体相连接，被配置为实时测量当前水温；

所述测深仪本体，被配置为根据校准声速来测量所述风电塔基础结构的埋土高度，所述校准声速为基于所述当前水温而确定的声速。

在一个实施例中，所述双自由度机械扫描测深仪的数量为三个，每个所述双自由度机械扫描测深仪的测量角度大于或等于120°，相邻所述双自由度机械扫描测深仪的安装方位间隔120°。

在一个实施例中，所述双自由度机械扫描测深仪的安装高度为距离海底大于或等于10m且小于或等于50m。

在一个实施例中，所述测深仪本体包括收发合置换能器、发射模块、接收模块、处理模块、驱动控制模块、第一驱动装置和第二驱动装置；

其中，所述处理模块与所述温度传感器、所述驱动控制模块、所述发射模块和所述接收模块相连接，所述驱动控制模块与所述第一驱动装置和所述第二驱动装置相连接，所述收发合置换能器与所述第一驱动装置和所述第二驱动装置相连接；

所述处理模块被配置为产生发射信号并接收所述发射信号的回波信号，以及根据所述发射信号、所述回波信号、所述当前水温来计算当前像素点的深度值；

所述发射模块被配置为接收所述处理模块产生的所述发射信号并将所述发射信号进行功率放大处理后驱动所述收发合置换能器；

所述接收模块被配置为接收所述收发合置换能器接收到的所述回波信号并将所述回波信号进行放大滤波处理和模数转换后传递给所述处理模块；

所述收发合置换能器被配置为向外发射所述发射信号以及接收所述回波信号；

所述驱动控制模块被配置为根据所述处理模块的指令驱动所述第一驱动装置以及所述第二驱动装置的运转；

所述第一驱动装置和所述第二驱动装置被配置为牵引所述收发合置换能器移动位置。

在一个实施例中，所述第一驱动装置包括水平旋转步进电机，所述第二驱动装置包括垂直旋转步进电机。

在一个实施例中，所述收发合置换能器包括外壳体、压电陶瓷换能器、以及位于二者之间的水密透声膜，所述水密透声膜为硫化的聚氨酯薄膜；

所述压电陶瓷换能器包括圆盘形的压电基体，分别位于所述压电基体的两侧表面的切割缝隙，填充在所述切割缝隙中的环氧树脂聚合物，以及覆盖在所述压电基体和所述环氧树脂聚合物的表面的电极；

其中，所述压电陶瓷换能器的整体厚度为2.5mm，所述切割缝隙将所述压电基体划分为多个阵元，所述切割缝隙的宽度为0.2mm，所述阵元的长度和宽度均为0.75mm，所述阵元的厚度与长度的纵横比大于2，相邻所述阵元间的中心距为0.95mm。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种埋土高度预警方法，应用于第一方面任一实施例所述的埋土高度预警系统；所述预警方法包括：

将所述风电塔基础结构所在的预设区域划分为多个像素点；

获取深度检测装置上传的各个像素点的埋土高度，所述埋土高度是基于当前水温对应的校准声速而确定的埋土高度；

根据所述各个像素点的埋土高度确定风电塔底部图像的不同像素点的高度图，根据所述高度图判断所述埋土高度是否超过门限值，并在所述埋土高度超过所述门限值时向控制基站发出警报；

控制海生物清除装置驱除海生物以防止海生物附着在所述双自由度机械扫描测深仪的表面。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开技术方案所提供的埋土高度预警系统，一方面可实时测量风电塔基础结构的埋土高度，从而实现对风电塔基础结构的埋土高度的监测预警，另一方面还可通过设置海生物清除装置防止海生物附着在双自由度机械扫描测深仪的表面，从而确保机械扫描测深仪的测量准确性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是根据示例性实施例示出的压电陶瓷换能器的结构示意图；

图2是根据示例性实施例示出的埋土高度预警系统的工作原理图；

图3是根据示例性实施例示出的机械扫描测深仪的连接关系示意图；

图4是根据示例性实施例示出的机械扫描测深仪的安装结构示意图；

图5是根据示例性实施例示出的收发合置换能器的结构示意图；

图6是根据示例性实施例示出的压电陶瓷换能器的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本公开所提供的技术方案涉及埋土高度预警系统及方法，可应用于海上风电塔基础结构的埋土高度测量及预警。相关技术中，为承受海上强风载荷、海水腐蚀和海浪冲击等，海上风电机组基础结构远比陆上风电机组基础结构复杂。桩基作为海上风电的重要组成部分，主要作用是固定风电机组，根据不同的海床条件、水深、风机和环境情况，海上风电场的基础结构(即桩基)主要有四种基本形式：陆地基础、单桩基础、基脚架基础和浮式基础。其中，陆地基础用于陆上，单桩基础用于水深小于30m海域，基脚架基础用于水深在30m～60m海域，浮式基础用于水深大于60m海域。目前，海上风电项目开发所用的基础主要为单桩基础以及基脚架基础，但是它们对水深有着严格的要求。基于此，本公开技术方案一方面可实时测量风电塔基础结构的埋土高度，从而实现对风电塔基础结构的埋土高度的监测预警，另一方面还可通过设置海生物清除装置防止海生物附着在双自由度机械扫描测深仪的表面，从而确保机械扫描测深仪的测量准确性。

图1示例性示出了本公开实施例所提供的埋土高度预警系统的结构示意图。根据图1可知，该埋土高度预警系统包括深度检测装置、数据分析处理装置30、通信装置40、海生物清除装置50、以及控制基站。

具体而言，深度检测装置包括有分布在风电塔基础结构的多个方向的多个双自由度机械扫描测深仪10，每个双自由度机械扫描测深仪10均以预设频率对风电塔基础结构的埋土高度进行测量，深度检测装置可将检测到的各个像素点的埋土高度上传至数据分析处理装置30；数据分析处理装置30可根据各个像素点的埋土高度确定风电塔底部图像的不同像素点的高度图，并根据该高度图判断埋土高度是否超过门限值，以及在埋土高度超过门限值时通过通信装置40向控制基站发出警报；海生物清除装置50则位于双自由度机械扫描测深仪10的预设范围内，用于防止海生物附着在双自由度机械扫描测深仪10的表面。这里的门限值是预先设定的，其可根据经验值来进行设定。当埋土高度值超过门限值时，则判断结果为埋土高度不正常，而当埋土高度值未超过门限值时，则判断结果为埋土高度正常。

图2示例性示出了本公开实施例所提供的埋土高度预警系统的工作原理图。其中，数据分析处理装置30、通信装置40和控制基站均设在海面以上。具体的，深度检测装置的双自由度机械扫描测深仪10可通过串口连接至数据分析处理装置30，以便将其检测到的深度数据通过串口传输至数据分析处理装置30；数据分析处理装置30则可针对接收到的深度数据进行分析处理，即二次处理和门限判断，具体是将每个机械扫描测深仪测得的不同像素点的高度进行融合绘图，以形成风电塔底部图像，从而确定风电塔底部图像的不同像素点的高度图，并判断该高度图是否达到报警门限，然后再将处理结果借助通信装置40传递给控制基站，该通信装置40优选采用无线通信；控制基站是指地面的控制中心，其可根据处理结构来对埋土高度预警系统的整体状态进行监测，以便在监测到埋土高度不符合要求时及时报警，从而全面有效的实现对风电塔基础结构的埋土高度的监测预警。与此同时，海生物清除装置50设于双自由度机械扫描测深仪10的预设范围内，以用于防止海生物附着在双自由度机械扫描测深仪10的表面，从而确保机械扫描测深仪的测量准确性。

需要说明的是：深度检测装置测量埋土高度的频率可根据实际需求设定，各个双自由度机械扫描测深仪10可同步测量并上传埋土高度，如此可使数据分析处理装置30基于相同时间的测量数据来进行分析，从而确保风电塔底部图像的精确性。

在一个实施例中，海生物清除装置50可以采用电击器件，例如电击探头，其可安装在双自由度机械扫描测深仪10的周围，并以预设间隔时长呈脉冲式放电，从而达到驱除双自由度机械扫描测深仪10附近的海生物的效果。

在一个实施例中，海生物清除装置50还可以采用防附着涂层，该防附着涂层可涂覆在双自由度机械扫描测深仪10的换能器表面，以达到防止海生物附着在双自由度机械扫描测深仪10表面的效果。需要说明的是：图1仅示例性呈现了海生物清除装置50对于海生物的驱除效果，但实际防附着涂层应与机械扫描测深仪的表面相结合。

这里以安装电击探头驱除海生物为例，电击探头可安装在每个双自由度机械扫描测深仪10的附近，其探头间距为20cm，两极间电压为220V，电击输出功耗为200W，可以4小时为周期进行5分钟的脉冲式放电，从而对双自由度机械扫描测深仪10周边0.5m范围内的海生物进行电击驱离，以防止海生物在机械扫描测深仪的表面附着生长。当然，电击周期和电击时长还可以设定为其它数值，只要能够有效防止海生物的附着即可，本实施例对此不做具体限定。应当明确的是，本实施例中可由数据分析处理装置来控制电击探头的工作参数，包括电击周期和电击时长等。

基于此，本公开的技术方案所提供的埋土高度预警装置，一方面可通过实时测量风电塔基础结构的埋土高度来实现对风电塔基础结构的埋土高度的监测预警，另一方面还可通过设置海生物清除装置50来防止海生物附着在双自由度机械扫描测深仪10的表面，从而确保机械扫描测深仪的测量准确性。

需要说明的是：以上仅实现了海上风电塔基础结构的埋土高度预警系统中的单点风电塔的预警系统，为了达到区域性的风电塔预警功能，还可整合单点预警系统成为区域性预警系统，从而更加全面有效的实现对风电塔基础结构的埋土高度的整体预警。

本示例实施方式中，双自由度机械扫描测深仪10包括测深仪本体101以及设于测深仪本体101内部且与测深仪本体101相连接的温度传感器102。图3示例性示出了双自由度机械扫描测深仪10的模块连接关系示意图。其中，温度传感器102用于实时测量当前水温，以便于根据当前水温获得校准声速，测深仪本体101用于根据校准声速来测量风电塔基础结构20的埋土高度。

其中，双自由度机械扫描测深仪10是指采用机械驱动测深换能器在水平和垂直的双维度方向自动旋转测量海底深度及地貌的仪器，具体可根据发射声波到接收回波的时间差结合声速来测量风电塔基础结构的埋土高度变化。

基于此，本公开技术方案所提供的深度检测装置可借助温度传感器102实时测量当前水温，以便根据当前水温确定校准声速，并基于校准声速采用测深仪本体101来测量风电塔基础结构20的埋土高度。由于埋土高度的测量是基于校准声速而定的，而校准声速是基于当前水温而定的，因此最终测得的埋土高度更为准确，从而有利于全面有效的实现对风电塔基础结构的埋土高度的监测预警。

本公开实施方式中，双自由度机械扫描测深仪10的数量可以设为三个，每个双自由度机械扫描测深仪10的测量角度大于或等于120°，相邻双自由度机械扫描测深仪10的安装方位间隔120°。当然，本实施例中的双自由度机械扫描测深仪10的数量还可设为更多个，但考虑到成本问题，三个双自由度机械扫描测深仪10已经足以实现对风电塔基础结构20周围区域的360°全覆盖。

示例的，深度检测装置包括三个双自由度机械扫描测深仪10，该三个双自由度机械扫描测深仪10分别安装在风电塔基础结构20的三个方位，比如真方位的0°、120°、240°三个方向，当然还可以是其它三个固定的方向。其中，每个双自由度机械扫描测深仪10均以每小时的频率来测量各自方位的埋土高度，三个双自由度机械扫描测深仪10单独且同步的对各自方位的埋土高度进行测量，从而得到覆盖风电塔基础结构20周围360°的埋土高度数据。本实施例中，通过将双自由度机械扫描测深仪10安装在固定的三个方向，即可统一标准，从而无需根据不同的安装方向来更改软件设置。

更进一步的，在安装双自由度机械扫描测深仪10时，各个双自由度机械扫描测深仪10分别安装在风电塔基础结构20的支架部位，且其安装高度为距离海底大于或等于10m且小于或等于50m的范围内，这样对单桩基础和基脚架基础的风电塔基础结构20具有更好的适应性。

结合图3示出的双自由度机械扫描测深仪10的模块连接关系示意图可知，该双自由度机械扫描测深仪10包括测深仪本体101和温度传感器102，测深仪本体101包括电源模块1010、收发合置换能器1011、发射模块1012、接收模块1013、处理模块1014、驱动控制模块1015、第一驱动装置1016和第二驱动装置1017，第一驱动装置1016可以为水平旋转步进电机，第二驱动装置1017可以为垂直旋转步进电机。

其中，处理模块1014可采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)处理模块，且与温度传感器102、驱动控制模块1015、发射模块1012和接收模块1013相连接，用于产生发射信号并接收该发射信号的回波信号，以及根据当前水温、发射信号和回波信号来计算当前像素点的深度值；发射模块1012和接收模块1013均与收发合置换能器1011相连接，发射模块1012可用于接收处理模块1014所产生的发射信号并将该发射信号进行功率放大处理后驱动收发合置换能器1011发射声波，接收模块1013可用于接收收发合置换能器1011接收到的回波信号并将该回波信号进行放大滤波处理以及模数转换后传递给处理模块1014，收发合置换能器1011则可用于向外发射发射信号以及接收回波信号；驱动控制模块1015可与第一驱动装置1016和第二驱动装置1017相连接，用于根据处理模块1014的指令来驱动第一驱动装置1016和第二驱动装置1017的运转；第一驱动装置1016和第二驱动装置1017还与收发合置换能器1011相连接，用于牵引收发合置换能器1011按照驱动控制模块1015的指令移动位置；电源模块1010则可为所有的部件提供工作电能。

图4示例性示出了双自由度机械扫描测深仪10的安装结构示意图。具体而言，收发合置换能器1011位于机械扫描测深仪的前端，其可采用直径为116mm的圆形压电陶瓷换能器。

在实际测深时，DSP处理模块1014会产生发射信号并将其传递给发射模块1012，发射模块1012对发射信号进行功率放大处理后驱动收发合置换能器1011向水底发射声波信号，随后声能以回波的形式从水底返回，此时收发合置换能器1011则可接收到该声波信号的回波信号并将声能转换成电能传递给接收模块1013，接收模块1013对回波信号进行放大滤波等预处理以及模数转化后再将数字信号传递给DSP处理模块1014；与此同时，温度传感器102可将实时采集到的温度值传递给DSP处理模块1014，使得DSP处理模块1014能够基于当前水温来确定实际的声速；基于此，DSP处理模块1014便可根据由当前水温确定的声速和从发射信号到接收信号之间的时间差来计算当前像素点的深度值。在此期间，DSP处理模块1014的主要功能是发射声波信号和接收回波信号、数据实时传输、以及提供整个系统的同步信号。

在测量完一个像素点的深度后，DSP处理模块1014还会生成位置移动指令并传递给驱动控制模块1015，使得驱动控制模块1015根据该位置移动指令来驱动第一驱动装置1016即水平旋转步进电机和第二驱动装置1017即垂直旋转步进电机按照设定的程序进行运转，水平旋转步进电机可带动收发合置换能器1011、发射模块1012、接收模块1013、垂直旋转步进电机进行水平往复旋转，步进进度可达0.8°，垂直旋转步进电机安装在水平旋转步进电机的转子端，可带动收发合置换能器1011、发射模块1012、接收模块1013进行水平往复旋转，步进进度可达0.8°，如此便可实现收发合置换能器1011的位置变化，进而实现水平和垂直的两维机械波束扫描过程。

下面介绍本公开实施例所提供的深度检测装置的各个部件的具体实现。

整体而言，深度检测装置的工作频率为800kHz，空气中的重量为7kg，声探头部位为半球形，最大直径约Φ200mm，电子舱部位为圆柱形，长度约150mm。

温度传感器102可采用PT100温度探头，其温度精度不低于0.3°。当然，这里仅是示例性说明，实际应用中还可采用其它温度传感器，本实施例对此不做具体限定。

发射模块1012用于对DSP处理模块1014产生的信号源进行放大处理，以及控制收发合置换能器1011发射声信号，其主要功能为功率放大，可选用低噪声功率放大器。

接收模块1013用于对收发合置换能器1011接收到的回波信号进行放大滤波处理、A/D采样和后续的信号处理，并将处理后的信号传递给DSP处理模块1014，其中滤波处理可采用带通前置放大器，通带范围为720～880kHz、通带内起伏小于1dB，放大增益为40dB。

DSP处理模块1014用于产生发射声信号并将其传递给发射模块1012以及获取接收模块1013传递的回波信号，并将其进行匹配滤波处理，进而计算所测像素点的深度值，其中DSP数字电路和DSP芯片均采用成熟器件。

电源模块1010设有过载保护功能，同时可为机械扫描测深仪内部的各个模块供电，其供电电压至少包括±5V、±24V、±40V的输出。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速以及停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，就会驱动步进电机按照设定的方向转动固定的角度即"步距角"，其旋转是以固定的角度一步一步运行的，其可通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时还可通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

水平旋转步进电机的定子端安装在双自由度机械扫描测深仪的固定结构上、动子端负载收发合置换能器1011、发射模块1012、接收模块1013、以及垂直旋转步进电机，可带动负载水平旋转，步进角度不大于0.8°。本实施例可采用三相电机，通过驱动控制模块1015即电机控制模块进行驱动控制。

垂直旋转步进电机的定子端安装在水平旋转步进电机的动子端、定子端负载收发合置换能器1011、发射模块1012和接收模块1013，可带动负载垂直旋转，步进角度不大于0.8°。本实施例可采用三相电机，通过驱动控制模块1015即电机控制模块进行驱动控制。

收发合置换能器1011采用压电陶瓷圆片制作，压电陶瓷圆片直径约100mm，以切割方式进行束控，中心频率为800kHz，工作带宽不小于720～880kHz，波束开角小于0.8°，最大发送电压响应级不小于170dB，接收灵敏度不小于-190dB，工作带宽不小于720～880kHz，工作频带内声压灵敏度起伏小于1dB。

图5示例性示出了收发合置换能器1011的结构示意图。根据图5可知，收发合置换能器1011包括外壳体401、压电陶瓷换能器、以及位于二者之间且覆盖在压电陶瓷换能器表面的水密透声膜402。其中，外壳体401需选用强度大、密度小且耐腐蚀性好的材料，水密透声膜402为硫化的聚氨酯薄膜，同时压电陶瓷换能器可采用等级较高的压电陶瓷片。

具体而言，压电陶瓷换能器可包括图6所示的圆盘形的压电基体4031，分别位于压电基体4031的两侧表面的切割缝隙，填充在切割缝隙内部的环氧树脂聚合物4032，以及覆盖在压电基体4031和环氧树脂聚合物4032的表面的电极。其中，压电基体4031表面的切割缝隙为二维切割产生的缝隙，其可将压电基体4031的两个表面均划分为多个阵元，切割缝隙的宽度为0.2mm，每个阵元的长度和宽度均为0.75mm，相邻阵元件的中心距为0.95mm，径向阵元数为105，各个阵元的厚度与长度的纵横比大于2，最终得到的压电陶瓷换能器的整体厚度为2.5mm，如此制得的压电陶瓷换能器能够有效的避免强耦合振动。

示例的，收发合置换能器1011可采用圆盘形的PZT4(锆钛酸铅)压电复合材料制得，具体过程包括：采用高精度激光切割器对PZT4压电陶瓷片进行横纵方向的多次切割，从而形成多个压电陶瓷柱以作为阵元，例如可先进行纵向切割，从中间向两侧切割，切割缝隙为0.2mm，阵元间距为0.95mm，在完成纵向切割后旋转90°再进行横向切割，切割缝隙为0.2mm，阵元间距为0.95mm；完成切割后，采用酒精对PZT4压电陶瓷片进行清洁，并对切割毛刺进行处理；随后再向切割缝隙中灌注环氧树脂，应当注意在灌注前需对环氧树脂进行加热，同时还需对其进行压缩处理以排出内部的气泡，灌注时同样要对PZT4压电陶瓷片进行加热和加压处理，以防产生灌注气泡，从而保证灌注后阵元结构的均匀性；在完成灌注且环氧树脂固化之后，需对PZT4压电陶瓷片两侧的表面进行研磨处理，以将其厚度尺寸研磨至2.5mm，并且采用酒精清洁两侧的表面；随后可通过蒸镀银的方式分别在PZT4压电陶瓷片两侧的表面形成电极，以获得正极和负极，并使用屏蔽导线将正极和负极引出，从而得到压电陶瓷换能器的基本结构；在完成压电陶瓷换能器的制作后，可将其装进外壳体401中，并将屏蔽导线通过外壳体401后部的留孔引出；最后对压电陶瓷换能器进行水密封装，即采用聚氨酯材料在压电陶瓷换能器的表面硫化2mm的水密透声膜402，在硫化完成后对其表面进行抛光和清洁处理。基于上述方法所得到的收发合置换能器1011具有更好的纵横比以及工作带宽。

本公开的技术方案还提供了一种埋土高度预警方法，应用于上述的埋土高度预警装置，可实现针对海上风电塔基础结构的埋土高度预警。所述埋土高度预警方法具体包括步骤S701～S704：

S701、将风电塔基础结构所在的预设区域划分为多个像素点；

S702、获取深度检测装置上传的各个像素点的埋土高度，该埋土高度是基于当前水温对应的校准声速而确定的埋土高度；

S703、根据各个像素点的埋土高度确定风电塔底部图像的不同像素点的高度图，并根据该高度图判断埋土高度是否超过门限值；

S704、在埋土高度超过门限值时，向控制基站发出警报。

其中，当埋土高度值超过门限值时，则判断结果为埋土高度不正常，当埋土高度值未超过门限值时，则判断结果为埋土高度正常。

S705、采用电击探头作为海生物清除装置50，控制电击探头以预设周期和预设时长，对双自由度机械扫描测深仪10周边0.5m范围内的海生物进行电击驱离。

其中，本公开实施例所提供的埋土高度预警方法可基于上述的埋土高度预警系统执行，这里关于埋土高度预警方法的细节不再赘述。

基于此，本公开的技术方案所提供的埋土高度预警方法，一方面可通过实时测量风电塔基础结构的埋土高度来实现对风电塔基础结构的埋土高度的监测预警，另一方面还可通过设置海生物清除装置50来防止海生物附着在双自由度机械扫描测深仪10的表面，从而确保机械扫描测深仪的测量准确性。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种埋土高度预警系统，其特征在于，应用于海上风电塔基础结构的埋土高度预警；所述预警系统包括深度检测装置、数据分析处理装置、控制基站、以及海生物清除装置；

所述深度检测装置包括分布在风电塔基础结构的多个方向的多个双自由度机械扫描测深仪，每个所述双自由度机械扫描测深仪均以预设频率对风电塔基础结构各个像素点的埋土高度进行测量，所述深度检测装置将测量到的各个像素点的埋土高度上传至所述数据分析处理装置；

所述数据分析处理装置根据所述各个像素点的埋土高度确定风电塔底部图像的不同像素点的高度图，根据所述高度图判断所述埋土高度是否超过门限值，并在所述埋土高度超过所述门限值时向所述控制基站发出警报；

所述海生物清除装置位于所述双自由度机械扫描测深仪的预设范围内，被配置为防止海生物附着在所述双自由度机械扫描测深仪的表面。

2.根据权利要求1所述的埋土高度预警系统，其特征在于，所述海生物清除装置包括：

电击器件，位于所述双自由度机械扫描测深仪的周围，以预设间隔时长呈脉冲式放电，被配置为驱除所述双自由度机械扫描测深仪附近的海生物。

3.根据权利要求1所述的埋土高度预警系统，其特征在于，所述海生物清除装置包括：

防附着涂层，位于所述双自由度机械扫描测深仪的表面，被配置为防止海生物附着在所述双自由度机械扫描测深仪的表面。

4.根据权利要求1至3任一项所述的埋土高度预警系统，其特征在于，所述双自由度机械扫描测深仪包括测深仪本体和温度传感器；

所述温度传感器，设于所述测深仪本体的内部，且与所述测深仪本体相连接，被配置为实时测量当前水温；

所述测深仪本体，被配置为根据校准声速来测量所述风电塔基础结构的埋土高度，所述校准声速为基于所述当前水温而确定的声速。

5.根据权利要求4所述的埋土高度预警系统，其特征在于，所述双自由度机械扫描测深仪的数量为三个，每个所述双自由度机械扫描测深仪的测量角度大于或等于120°，相邻所述双自由度机械扫描测深仪的安装方位间隔120°。

6.根据权利要求4所述的埋土高度预警系统，其特征在于，所述双自由度机械扫描测深仪的安装高度为距离海底大于或等于10m且小于或等于50m。

7.根据权利要求4所述的埋土高度预警系统，其特征在于，所述测深仪本体包括收发合置换能器、发射模块、接收模块、处理模块、驱动控制模块、第一驱动装置和第二驱动装置；

其中，所述处理模块与所述温度传感器、所述驱动控制模块、所述发射模块和所述接收模块相连接，所述驱动控制模块与所述第一驱动装置和所述第二驱动装置相连接，所述收发合置换能器与所述第一驱动装置和所述第二驱动装置相连接；

所述处理模块被配置为产生发射信号并接收所述发射信号的回波信号，以及根据所述发射信号、所述回波信号、所述当前水温来计算当前像素点的深度值；

所述发射模块被配置为接收所述处理模块产生的所述发射信号并将所述发射信号进行功率放大处理后驱动所述收发合置换能器；

所述接收模块被配置为接收所述收发合置换能器接收到的所述回波信号并将所述回波信号进行放大滤波处理和模数转换后传递给所述处理模块；

所述收发合置换能器被配置为向外发射所述发射信号以及接收所述回波信号；

所述驱动控制模块被配置为根据所述处理模块的指令驱动所述第一驱动装置以及所述第二驱动装置的运转；

所述第一驱动装置和所述第二驱动装置被配置为牵引所述收发合置换能器移动位置。

8.根据权利要求7所述的埋土高度预警系统，其特征在于，所述第一驱动装置包括水平旋转步进电机，所述第二驱动装置包括垂直旋转步进电机。

9.根据权利要求7所述的埋土高度预警系统，其特征在于，所述收发合置换能器包括外壳体、压电陶瓷换能器、以及位于二者之间的水密透声膜，所述水密透声膜为硫化的聚氨酯薄膜；

所述压电陶瓷换能器包括圆盘形的压电基体，分别位于所述压电基体的两侧表面的切割缝隙，填充在所述切割缝隙中的环氧树脂聚合物，以及覆盖在所述压电基体和所述环氧树脂聚合物的表面的电极；

其中，所述压电陶瓷换能器的整体厚度为2.5mm，所述切割缝隙将所述压电基体划分为多个阵元，所述切割缝隙的宽度为0.2mm，所述阵元的长度和宽度均为0.75mm，所述阵元的厚度与长度的纵横比大于2，相邻所述阵元间的中心距为0.95mm。

10.一种埋土高度预警方法，其特征在于，应用于权利要求4-9任一项所述的埋土高度预警系统；所述预警方法包括：

将所述风电塔基础结构所在的预设区域划分为多个像素点；

获取深度检测装置上传的各个像素点的埋土高度，所述埋土高度是基于当前水温对应的校准声速而确定的埋土高度；

根据所述各个像素点的埋土高度确定风电塔底部图像的不同像素点的高度图，根据所述高度图判断所述埋土高度是否超过门限值，并在所述埋土高度超过所述门限值时向控制基站发出警报；

控制海生物清除装置驱除海生物以防止海生物附着在所述双自由度机械扫描测深仪的表面。

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