CN113532381A - 一种风塔沉降测定装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风塔沉降测定装置及测定方法，包括结构主体，所述结构主体包括机壳及端盖，所述机壳内部设有调节机构、底层控制单元及筒状的测定机构，所述机壳底部设有调平机构，所述端盖设有激光靶点、高精度激光测距单元及补光灯，本发明低成本，测试简便，结构可靠性高，不会因为环境光线干扰而出现对焦不准的问题，还可全黑环境进行对焦，不需要安装设备于风塔上，设备单人携带，10分钟内可以完成一个风塔沉降测量工作，数据图像化，直接图像识别，进行数据分析与图表分析并存与数据库内，排除人为误差，并可进行数据追溯。

Description

一种风塔沉降测定装置及测定方法

技术领域

本发明涉及风塔测定技术领域，具体为一种风塔沉降测定装置及测定方法。

背景技术

风力发电是指把风的动能转为电能。风能是一种清洁无公害的可再生能源，很早就被人们利用，主要是通过风车来抽水、磨面等，人们感兴趣的是如何利用风来发电。利用风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，因此日益受到世界各国的重视。风塔基础沉降监测作为掌握风塔在施工期、运行期巡查监测风塔基础沉降情况的重要手段，为风塔基础的施工、风塔运行提供基础沉降、倾斜率等数据，为设计反演分析验证基础的变形计算提供参考依据。根据相关规范要求，1、2级地基基础，3级的复合地基或软弱地基上的桩基础，以及受地面洪水、海边潮水、或地下水等水环境影响的基础沉降监测都是必测项目。采用风塔沉降测定仪能够准确、高精度、实时地去测量风机的基础沉降，能更好地满足规范中的要求。随着风电行业的不断发展，风力发电塔沉降测定仪的广泛应用对风电场安全运行管理具有重大意义。通过风塔沉降测定对风塔基础的巡查检测，可以及时的发现风塔是否发生沉降并做到预警机制，将其消灭在萌芽当中，杜绝倒塌事故的发生，为此提出一种风塔沉降测定装置及测定方法。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种风塔沉降测定装置及测定方法，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种风塔沉降测定装置，包括结构主体，所述结构主体包括机壳及端盖，所述机壳内部设有调节机构、底层控制单元及筒状的测定机构，所述机壳底部设有调平机构，所述端盖设有激光靶点、高精度激光测距单元及补光灯；

所述测定机构包括物镜、目镜、重力悬垂光学补偿单元及图像采集模块，所述图像采集模块设于所述重力悬垂光学补偿单元的一侧，所述物镜与所述目镜同轴设置，所述重力悬垂光学补偿单元设于所述目镜的一侧；

所述第一调节机构包括连接所述测定机构的光学变焦马达及水平角度马达，所述第二调节机构包括自动调平模组，所述自动调平模组连接所述机壳。

特别的，所述底层控制单元分别与所述端盖、测定机构、第一调节机构及第二机构线连接。

特别的，所述重力悬垂光学补偿单元由一组反射镜片组成。

特别的，所述光学变焦马达、水平角度马达均设于所述测定机构的一侧。

一种风塔沉降测定装置的测定方法，包括以下步骤：

步骤S1：放置并启动装置，将装置放置风塔内部后启动装置，装置开启激光靶点、网络模块初始化、图像采集模块初始化及蜂鸣器，装置判断网络连接状态，自动检测网络是否连接，当装置连接网络并连接PC端后，启动PC端的软件，装置以风塔基座与塔桶连接的法兰圈为水平测量点，对水平测量点进行高度差测量，测量每个测试点人工放置同一个高精度高度尺，对高度尺进行图像储存以及标注高度刻度，同时测量装置到测量点的距离；

步骤S2：装置自动调平，装置放置地面后，点击水平调节按钮，装置根据自身的倾角传感器进行初步自动水平调节，设置装置内的水平角度马达能对不同角度的地面进行自动调平，并且结合重力垂悬光学补偿单元进行高精度水平补偿，重力悬垂光学补偿单元始终保持重力方向，当装置处于不平状态时，重力悬垂光学补偿单元内置有一组具有菱角的反射镜片，反射镜片受重力悬垂作用下补偿角度，使图像采集模块采集的图像始终保持平行。

步骤S3：成像自动对焦调整，当装置测量塔桶时，不能完全将装置摆放在中心位置，为此装置根据高精度激光测距单元对不同的距离进行对焦调整，点击自动对焦按钮后，激光标靶关闭、补光灯启动、高精度激光测距单元启动，根据曲线换算电机参数并执行对应的电机，并且预先标定的焦距数据进行细分，然后调整光学变焦马达进行对焦，以达到全自动对焦的目的，同时人工核对图片是否清晰，图片的清晰度不够时，需人工进行微调对焦，图片清晰后进行拍照；

步骤S4：图像采集及图像加密，装置将重要的高差、距离、角度进行图像保存并进行图像加密，当图像采集模块工作时，补光灯关闭、激光标靶启动以及装置旋转相对应的角度，当完成所有拍照后结束测定工作，拍照完成的图片导入系统，图片初步分析是否符合系统要求，同时逐一分析图片中的刻度以及计算其高度值，最后根据所有导入图片分析结果参数，进一步分析风塔与地面角度，并且后台软件需要读取标靶尺的刻度数据时，需要软件进行图像识别，识别当前高度数据，其采用像素点测量方式达到高精度测量，然后根据识别出的高差数据、距离数据、角度数据配合风塔的其他固定参数进行风塔沉降倾斜角度模型计算，未完成所有拍照再通过人工放置标尺的步骤重新开始。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的一种风塔沉降测定装置及测定方法，以风塔基座与塔桶连接的法兰圈为水平测量点，用风塔沉降测定仪在风塔内部对水平测量点进行高度差测量，测量每个测试点采用同一个高精度高度尺，风塔沉降仪对高度尺进行图像存储，并标注高度刻度，能够准确、高精度、实时地去测量风机的基础沉降，能更好地满足规范中的要求，同时测量风塔沉降测定仪到测量点距离。测试完毕后自动旋转角度对下一点测量点进行测试。设备自动记录旋转角度。测试点数量可根据需求调整。测试得到每个点的高差数据、距离数据、角度数据、结合风塔高度等参数就可以计算出风塔当前倾斜角度模型，本发明低成本，测试简便，结构可靠性高，不会因为环境光线干扰而出现对焦不准的问题，还可全黑环境进行对焦，不需要安装设备于风塔上，设备单人携带，10分钟内可以完成一个风塔沉降测量工作，数据图像化，直接图像识别，进行数据分析与图表分析并存与数据库内，排除人为误差，并可进行数据追溯。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明图片采集流程示意图；

图3为本发明图片分析流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明提供了一种风塔沉降测定装置，包括结构主体，所述结构主体包括机壳5及端盖13，所述机壳5内部设有调节机构、底层控制单元2及筒状的测定机构，所述机壳5底部设有调平机构，所述端盖13设有激光靶点10、高精度激光测距单元11及补光灯12，其测定精度高，可测试到0.1mm沉降高度，结构可靠性高，不会因为环境光线干扰而出现对焦不准的问题，还可全黑环境进行对焦；

所述测定机构包括物镜9、目镜7、重力悬垂光学补偿单元4及图像采集模块3，所述图像采集模块3设于所述重力悬垂光学补偿单元4的一侧，所述物镜9与所述目镜7同轴设置，所述重力悬垂光学补偿单元4设于所述目镜7的一侧，设备自动调平，由于测试现场地面不可能是水平，设备摆放于地面后，机器会根据地面情况，根据设备自身的倾角传感器进行自动调整水平，但由于风塔沉降需要高精度测试，倾角传感器自动调水平只能达到初步水平调整，还需要更加精确的水平补偿，于是需要重力悬垂光学补偿单元4进行高精度水平补偿；

所述第一调节机构包括连接所述测定机构的光学变焦马达6及水平角度马达8，所述第二调节机构包括自动调平模组1，所述自动调平模组1连接所述机壳5，测试完毕后自动旋转角度对下一点测量点进行测试，该结构自动记录旋转角度，并且测试点数量可根据需求调整。

进一步说明的是，所述底层控制单元2分别与所述端盖13、测定机构、第一调节机构及第二机构线连接，所述重力悬垂光学补偿单元4由一组反射镜片组成，所述光学变焦马达6、水平角度马达8均设于所述测定机构的一侧，机壳5前固定端盖13，端盖13与测定机构连接，并且机壳5连接其底部的调平机构，其中底层控制单元2起到控制作用。

本实施例还提供一种风塔沉降测定装置的测定方法，包括以下步骤：

步骤S1：放置并启动装置，将装置放置风塔内部后启动装置，装置开启激光靶点、网络模块初始化、图像采集模块初始化及蜂鸣器，装置判断网络连接状态，自动检测网络是否连接，当装置连接网络并连接PC端后，启动PC端的软件，装置以风塔基座与塔桶连接的法兰圈为水平测量点，对水平测量点进行高度差测量，测量每个测试点人工放置同一个高精度高度尺，对高度尺进行图像储存以及标注高度刻度，同时测量装置到测量点的距离；

步骤S2：装置自动调平，装置放置地面后，点击水平调节按钮，装置根据自身的倾角传感器进行初步自动水平调节，设置装置内的水平角度马达能对不同角度的地面进行自动调平，并且结合重力垂悬光学补偿单元进行高精度水平补偿，重力悬垂光学补偿单元始终保持重力方向，当装置处于不平状态时，重力悬垂光学补偿单元内置有一组具有菱角的反射镜片，反射镜片受重力悬垂作用下补偿角度，使图像采集模块采集的图像始终保持平行。

步骤S3：成像自动对焦调整，当装置测量塔桶时，不能完全将装置摆放在中心位置，为此装置根据高精度激光测距单元对不同的距离进行对焦调整，点击自动对焦按钮后，激光标靶关闭、补光灯启动、高精度激光测距单元启动，根据曲线换算电机参数并执行对应的电机，并且预先标定的焦距数据进行细分，然后调整光学变焦马达进行对焦，以达到全自动对焦的目的，同时人工核对图片是否清晰，图片的清晰度不够时，需人工进行微调对焦，图片清晰后进行拍照；

步骤S4：图像采集及图像加密，装置将重要的高差、距离、角度进行图像保存并进行图像加密，当图像采集模块工作时，补光灯关闭、激光标靶启动以及装置旋转相对应的角度，当完成所有拍照后结束测定工作，拍照完成的图片导入系统，图片初步分析是否符合系统要求，同时逐一分析图片中的刻度以及计算其高度值，最后根据所有导入图片分析结果参数，进一步分析风塔与地面角度，并且后台软件需要读取标靶尺的刻度数据时，需要软件进行图像识别，识别当前高度数据，其采用像素点测量方式达到高精度测量，然后根据识别出的高差数据、距离数据、角度数据配合风塔的其他固定参数进行风塔沉降倾斜角度模型计算，未完成所有拍照再通过人工放置标尺的步骤重新开始。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.一种风塔沉降测定装置，其特征在于，包括结构主体，所述结构主体包括机壳及端盖，所述机壳内部设有调节机构、底层控制单元及筒状的测定机构，所述机壳底部设有调平机构，所述端盖设有激光靶点、高精度激光测距单元及补光灯；

所述测定机构包括物镜、目镜、重力悬垂光学补偿单元及图像采集模块，所述图像采集模块设于所述重力悬垂光学补偿单元的一侧，所述物镜与所述目镜同轴设置，所述重力悬垂光学补偿单元设于所述目镜的一侧；

所述调节机构包括连接所述测定机构的光学变焦马达及水平角度马达，所述调平机构包括自动调平模组，所述自动调平模组连接所述机壳。

2.根据权利要求1所述的一种风塔沉降测定装置及测定方法，其特征在于：所述底层控制单元分别与所述端盖、测定机构、第一调节机构及第二机构线连接。

3.根据权利要求1所述的一种风塔沉降测定装置及测定方法，其特征在于：所述重力悬垂光学补偿单元由一组反射镜片组成。

4.根据权利要求1所述的一种风塔沉降测定装置及测定方法，其特征在于：所述光学变焦马达、水平角度马达均设于所述测定机构的一侧。

5.一种权利要求1所述风塔沉降测定装置的风塔沉降测定装置的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：放置并启动装置，将装置放置风塔内部后启动装置，装置开启激光靶点、网络模块初始化、图像采集模块初始化及蜂鸣器，装置判断网络连接状态，自动检测网络是否连接，当装置连接网络并连接PC端后，启动PC端的软件，装置以风塔基座与塔桶连接的法兰圈为水平测量点，对水平测量点进行高度差测量，测量每个测试点人工放置同一个高精度高度尺，对高度尺进行图像储存以及标注高度刻度，同时测量装置到测量点的距离；

步骤S2：装置自动调平，装置放置地面后，点击水平调节按钮，装置根据自身的倾角传感器进行初步自动水平调节，设置装置内的水平角度马达能对不同角度的地面进行自动调平，并且结合重力垂悬光学补偿单元进行高精度水平补偿，重力悬垂光学补偿单元始终保持重力方向，当装置处于不平状态时，重力悬垂光学补偿单元内置有一组具有菱角的反射镜片，反射镜片受重力悬垂作用下补偿角度，使图像采集模块采集的图像始终保持平行。

步骤S3：成像自动对焦调整，当装置测量塔桶时，不能完全将装置摆放在中心位置，为此装置根据高精度激光测距单元对不同的距离进行对焦调整，点击自动对焦按钮后，激光标靶关闭、补光灯启动、高精度激光测距单元启动，根据曲线换算电机参数并执行对应的电机，并且预先标定的焦距数据进行细分，然后调整光学变焦马达进行对焦，以达到全自动对焦的目的，同时人工核对图片是否清晰，图片的清晰度不够时，需人工进行微调对焦，图片清晰后进行拍照；

步骤S4：图像采集及图像加密，装置将重要的高差、距离、角度进行图像保存并进行图像加密，当图像采集模块工作时，补光灯关闭、激光标靶启动以及装置旋转相对应的角度，当完成所有拍照后结束测定工作，拍照完成的图片导入系统，图片初步分析是否符合系统要求，同时逐一分析图片中的刻度以及计算其高度值，最后根据所有导入图片分析结果参数，进一步分析风塔与地面角度，并且后台软件需要读取标靶尺的刻度数据时，需要软件进行图像识别，识别当前高度数据，其采用像素点测量方式达到高精度测量，然后根据识别出的高差数据、距离数据、角度数据配合风塔的其他固定参数进行风塔沉降倾斜角度模型计算，未完成所有拍照再通过人工放置标尺的步骤重新开始。

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