CN115538505A - 一种海上风电桩基础冲刷实时监测系统及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海上风电桩基础冲刷实时监测系统及监测方法。监测系统的数据采集模块、光纤光栅加速度传感器、光纤光栅倾角传感器和风速传感器安装在海上风电桩上。方法包括：获取土参数和桩基础参数输入模拟软件中，输出风电桩基础响应信号，选取参考信号；进行频域和时域分析获得固有频率‑冲刷深度表和倾角平衡位置‑风速‑冲刷深度表；采集桩基础振动加速度数据、倾角数据和环境风速数据；查表获取第一和第二冲刷深度；进行误差判断，确定冲刷深度，完成海上风电桩基础冲刷的连续实时监测。本发明能够实时连续监测海上风电桩基础的冲刷情况，具有高精度、高耐久性和实时监测的特点，能够有效避免事故的发生，从而保证海上风电机组的安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及了一种实时监测系统，具体涉及一种海上风电桩基础冲刷实时监测系统及监测方法。
背景技术
风能是目前利用技术最成熟的可再生能源。由于海上风力资源相对陆地更加丰富，大型机组更容易运输和部署，因此海上风电场正在进行大规模开发。其中，单桩基础具有结构简单、承载力高、占地面积小、沉降量小且均匀等优点，是海上风力发电机组最主要的基础形式。然而，风电桩基础的出现改变了原有的流场及海床边界条件，在波浪和潮流的共同作用下，风电桩基础附近水流质点的流线将发生变化，导致海床面土颗粒受到的剪应力急剧增大，使海床土体产生冲刷现象。随着冲刷坑的发展，海床冲刷会对风电桩基础产生以下不利影响：1)风电桩基础入土深度降低，部分桩基础裸露出海床，桩基础的承载力降低；2)风电桩基础的悬臂长度增加，使得桩基础的倾覆弯矩增加；3)风机机组的自振频率降低，使得风电桩基础的疲劳应力幅值增加、应力循环次数增加，降低风机机组的疲劳寿命。
基于上述冲刷对风电桩基础的不利影响，一些基于声学、光学、力学原理的风电桩基础冲刷监测系统及其监测方法被提出。例如基于声学回波信号、激光雷达、摄像头、水土压力信号等方案监测风电桩基础的冲刷情况。虽然上述一些风电桩基础冲刷监测系统及其监测方法被提出，但这些方法还有不足之处：例如基于声学和光学监测方法的信号质量非常容易受泥沙颗粒或者水草等物的影响，当海流作用较强时，海水中的大量泥沙和其他悬浊物使得监测的信号严重衰减，测量准确性大大降低；基于监测水土压力的方案一般需要使用众多传感器，且传感器位于水下，可靠性较弱，维修成本高、难度大；基于监测桩基础加速度信号的现有方案一般通过经验公式得到冲刷深度，其准确程度尚未得到验证。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种海上风电桩基础冲刷实时监测系统及其监测方法。风电桩在被冲刷后，风电桩基础振动平衡位置发生变化，桩基础的倾角时程曲线在平衡位置发生振动，且振动平衡位置与风速、冲刷坑深度有关。因此通过监测风速、桩基础的倾角平衡位置来判断冲刷坑深度是一种可行方案。本发明基于时域、频域耦合方法进行连续时间监测，可以实时、准确、可靠地监测海上风电桩基础的冲刷发展情况，且具有操作过程简单、性能稳定、高精度、高耐久性和实时监测等优点，能够有效避免事故的发生，从而保证海上风电机组的安全运行。
本发明采用的技术方案是：
一、一种海上风电桩基础冲刷实时监测系统：
监测系统包括数据采集模块、光纤光栅加速度传感器、光纤光栅倾角传感器和风速传感器，数据采集模块、光纤光栅加速度传感器、光纤光栅倾角传感器和风速传感器均安装在海上风电桩位于水面以上的风力发电机塔架表面；数据采集模块电连接或无线连接外部上位机，数据采集模块通过光纤数据线连接光纤光栅加速度传感器、光纤光栅倾角传感器，数据采集模块电连接风速传感器。
所述的数据采集模块包括多通道光纤光栅解调仪和风速数据采集单元，多通道光纤光栅解调仪和风速数据采集单元均电连接或无线连接外部上位机，多通道光纤光栅解调仪通过光纤数据线连接光纤光栅加速度传感器和光纤光栅倾角传感器，光纤光栅加速度传感器实时采集的海上风电桩的桩基础振动加速度数据以及光纤光栅倾角传感器实时采集的海上风电桩的倾角数据通过多通道光纤光栅解调仪传输至外部上位机中；风速数据采集单元电连接风速传感器，风速传感器实时采集的海上风电桩位置处的环境风速数据通过风速数据采集单元传输至外部上位机中。
二、一种海上风电桩基础冲刷实时监测系统的监测方法：
方法包括如下步骤：
1)获取海上风电桩基础埋设位置处的土参数和海上风电桩基础参数，外部上位机中安装有模拟软件，将海上风电桩基础埋设位置处的土参数和海上风电桩基础参数输入模拟软件中，模拟软件输出海上风电桩在不同模拟环境风速和不同模拟冲刷深度下的风电桩基础响应信号，选取风电桩基础响应信号中时间长为十分钟的一段信号作为参考信号。
2)外部上位机将参考信号进行频域和时域分析处理后分别获得海上风电桩的固有频率-冲刷深度表和倾角平衡位置-风速-冲刷深度表。
3)通过光纤光栅加速度传感器和光纤光栅倾角传感器分别实时采集当前十分钟内的海上风电桩的桩基础振动加速度数据和倾角数据，并通过多通道光纤光栅解调仪传输至外部上位机中；通过风速传感器实时采集当前十分钟内的海上风电桩位置处的环境风速数据并通过风速数据采集单元传输至外部上位机中；光纤光栅加速度传感器、光纤光栅倾角传感器和风速传感器的采集频率可为50Hz。
4)外部上位机根据当前十分钟内的海上风电桩的桩基础振动加速度数据以及步骤2)中的固有频率-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第一冲刷深度D1；外部上位机根据当前十分钟内的海上风电桩的倾角数据、海上风电桩位置处的环境风速数据以及步骤2)中的倾角平衡位置-风速-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第二冲刷深度D2。
5)根据第一冲刷深度D1和第二冲刷深度D2进行误差判断，确定当前十分钟内的海上风电桩的冲刷深度，完成当前十分钟内的海上风电桩基础冲刷的实时监测；后续每隔十分钟均重复步骤3)-5)，完成海上风电桩基础冲刷的连续的实时监测。
所述的步骤1)中，海上风电桩基础埋设位置处的土参数包括但不限于抗拉强度、泊松比、杨氏模量、剪胀角和重度参数；海上风电桩基础参数包括但不限于直径、长度、埋设深度、杨氏模量和泊松比参数。
所述的步骤1)中，模拟软件为ABAQUS软件或ANSYS软件。
所述的步骤1)中，海上风电桩在不同模拟环境风速和不同模拟冲刷深度下的风电桩基础响应信号包括海上风电桩在不同模拟环境风速和不同模拟冲刷深度下的桩基础振动加速度信号和倾角信号；选取风电桩基础响应信号中时间长为十分钟的一段信号作为参考信号，即分别选取海上风电桩在不同模拟环境风速和不同模拟冲刷深度下的桩基础振动加速度信号和倾角信号中时间长为十分钟的一段信号并分别作为桩基础振动加速度参考信号和倾角参考信号。
所述的步骤2)中，外部上位机将参考信号分别进行频域和时域分析处理，具体为外部上位机将桩基础振动加速度参考信号进行频域分析处理，即将桩基础振动加速度参考信号进行快速傅里叶变换处理后获得海上风电桩在不同模拟冲刷深度下的固有频率，进而获得海上风电桩的固有频率-冲刷深度表；外部上位机将倾角参考信号进行时域分析处理后获得海上风电桩在不同模拟冲刷深度下的模拟倾角平衡位置以及模拟环境风速平均值，进而获得海上风电桩的倾角平衡位置-风速-冲刷深度表。
所述的步骤4)中，外部上位机根据当前十分钟内的海上风电桩的桩基础振动加速度数据以及步骤2)中的固有频率-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第一冲刷深度D1，具体为外部上位机将当前十分钟内的海上风电桩的桩基础振动加速度数据进行频域分析处理，即将当前十分钟内的海上风电桩的桩基础振动加速度数据进行快速傅里叶变换处理后获得海上风电桩在当前十分钟内的实测固有频率，进而通过固有频率-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第一冲刷深度D1。
外部上位机根据当前十分钟内的海上风电桩的倾角数据、海上风电桩位置处的环境风速数据以及步骤2)中的倾角平衡位置-风速-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第二冲刷深度D2，具体为外部上位机分别计算当前十分钟内的海上风电桩的倾角数据和海上风电桩位置处的环境风速数据的平均值，进而分别获得当前十分钟内的海上风电桩的实测倾角平衡位置和实测平均环境风速，进而通过倾角平衡位置-风速-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第二冲刷深度D2。
所述的步骤5)中，根据第一冲刷深度D1和第二冲刷深度D2进行误差判断，确定当前十分钟内的海上风电桩的冲刷深度，具体为计算第一冲刷深度D1和第二冲刷深度D2之间的误差，若误差小于预设阈值，则选取第一冲刷深度D1和第二冲刷深度D2中的较大值作为当前十分钟内的海上风电桩的冲刷深度；若误差大于等于预设阈值，则舍弃当前十分钟内的第一冲刷深度D1和第二冲刷深度D2，继续进行下一个十分钟内的海上风电桩基础冲刷的实时监测。
本发明的有益效果是：
本发明基于时域、频域耦合方法进行连续时间监测，结果较为准确；传感器以及数据采集模块全部位于水面以上，可靠性强，方便检修；使用光纤光栅传感器，其具有适应性，抗腐蚀性强、精度高、抗干扰等优点。总地来说，本发明可以实时、准确、可靠地监测海上风电桩基础的冲刷发展情况，且具有操作过程简单、性能稳定等优点，能够有效避免事故的发生，从而保证海上风电机组的安全运行。
附图说明
图1为本发明系统的整体示意图；
图2为本发明的整体流程图；
图中：1、数据采集模块，2、光纤光栅加速度传感器，3、光纤光栅倾角传感器，4、风速传感器。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，海上风电桩基础冲刷实时监测系统包括数据采集模块1、光纤光栅加速度传感器2、光纤光栅倾角传感器3和风速传感器4，数据采集模块1、光纤光栅加速度传感器2、光纤光栅倾角传感器3和风速传感器4均安装在海上风电桩位于水面以上的风力发电机塔架表面；数据采集模块1电连接或无线连接外部上位机，数据采集模块1通过光纤数据线连接光纤光栅加速度传感器2、光纤光栅倾角传感器3，数据采集模块1电连接风速传感器4。
数据采集模块1包括多通道光纤光栅解调仪和风速数据采集单元，多通道光纤光栅解调仪和风速数据采集单元均电连接或无线连接外部上位机，多通道光纤光栅解调仪通过光纤数据线连接光纤光栅加速度传感器2和光纤光栅倾角传感器3，光纤光栅加速度传感器2实时采集的海上风电桩的桩基础振动加速度数据以及光纤光栅倾角传感器3实时采集的海上风电桩的倾角数据通过多通道光纤光栅解调仪传输至外部上位机中；风速数据采集单元电连接风速传感器4，风速传感器4实时采集的海上风电桩位置处的环境风速数据通过风速数据采集单元传输至外部上位机中。
如图2所示，海上风电桩基础冲刷实时监测系统的监测方法包括如下步骤：
1)获取海上风电桩基础埋设位置处的土参数和海上风电桩基础参数，外部上位机中安装有模拟软件，将海上风电桩基础埋设位置处的土参数和海上风电桩基础参数输入模拟软件中，模拟软件输出海上风电桩在不同模拟环境风速和不同模拟冲刷深度下的风电桩基础响应信号，选取风电桩基础响应信号中时间长为十分钟的一段信号作为参考信号。
步骤1)中，海上风电桩基础埋设位置处的土参数包括但不限于抗拉强度、泊松比、杨氏模量、剪胀角和重度参数；海上风电桩基础参数包括但不限于直径、长度、埋设深度、杨氏模量和泊松比参数。
步骤1)中，模拟软件为ABAQUS软件或ANSYS软件。
步骤1)中，海上风电桩在不同模拟环境风速和不同模拟冲刷深度下的风电桩基础响应信号包括海上风电桩在不同模拟环境风速和不同模拟冲刷深度下的桩基础振动加速度信号和倾角信号；选取风电桩基础响应信号中时间长为十分钟的一段信号作为参考信号，即分别选取海上风电桩在不同模拟环境风速和不同模拟冲刷深度下的桩基础振动加速度信号和倾角信号中时间长为十分钟的一段信号并分别作为桩基础振动加速度参考信号和倾角参考信号。
2)外部上位机将参考信号进行频域和时域分析处理后分别获得海上风电桩的固有频率-冲刷深度表和倾角平衡位置-风速-冲刷深度表。
步骤2)中，外部上位机将参考信号分别进行频域和时域分析处理，具体为外部上位机将桩基础振动加速度参考信号进行频域分析处理，即将桩基础振动加速度参考信号进行快速傅里叶变换处理后获得海上风电桩在不同模拟冲刷深度下的固有频率，进而获得海上风电桩的固有频率-冲刷深度表；外部上位机将倾角参考信号进行时域分析处理后获得海上风电桩在不同模拟冲刷深度下的模拟倾角平衡位置以及模拟环境风速平均值，进而获得海上风电桩的倾角平衡位置-风速-冲刷深度表。
3)通过光纤光栅加速度传感器2和光纤光栅倾角传感器3分别实时采集当前十分钟内的海上风电桩的桩基础振动加速度数据和倾角数据，并通过多通道光纤光栅解调仪传输至外部上位机中；通过风速传感器4实时采集当前十分钟内的海上风电桩位置处的环境风速数据并通过风速数据采集单元传输至外部上位机中；光纤光栅加速度传感器2、光纤光栅倾角传感器3和风速传感器4的采集频率可为50Hz。
4)外部上位机根据当前十分钟内的海上风电桩的桩基础振动加速度数据以及步骤2)中的固有频率-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第一冲刷深度D1；外部上位机根据当前十分钟内的海上风电桩的倾角数据、海上风电桩位置处的环境风速数据以及步骤2)中的倾角平衡位置-风速-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第二冲刷深度D2。
步骤4)中，外部上位机根据当前十分钟内的海上风电桩的桩基础振动加速度数据以及步骤2)中的固有频率-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第一冲刷深度D1，具体为外部上位机将当前十分钟内的海上风电桩的桩基础振动加速度数据进行频域分析处理，即将当前十分钟内的海上风电桩的桩基础振动加速度数据进行快速傅里叶变换处理后获得海上风电桩在当前十分钟内的实测固有频率，进而通过固有频率-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第一冲刷深度D1。
外部上位机根据当前十分钟内的海上风电桩的倾角数据、海上风电桩位置处的环境风速数据以及步骤2)中的倾角平衡位置-风速-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第二冲刷深度D2，具体为外部上位机分别计算当前十分钟内的海上风电桩的倾角数据和海上风电桩位置处的环境风速数据的平均值，进而分别获得当前十分钟内的海上风电桩的实测倾角平衡位置和实测平均环境风速，进而通过倾角平衡位置-风速-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第二冲刷深度D2。
5)根据第一冲刷深度D1和第二冲刷深度D2进行误差判断，确定当前十分钟内的海上风电桩的冲刷深度，完成当前十分钟内的海上风电桩基础冲刷的实时监测；后续每隔十分钟均重复步骤3)-5)，完成海上风电桩基础冲刷的连续的实时监测。
步骤5)中，根据第一冲刷深度D1和第二冲刷深度D2进行误差判断，确定当前十分钟内的海上风电桩的冲刷深度，具体为计算第一冲刷深度D1和第二冲刷深度D2之间的误差，若误差小于预设阈值，则选取第一冲刷深度D1和第二冲刷深度D2中的较大值作为当前十分钟内的海上风电桩的冲刷深度；若误差大于等于预设阈值，则舍弃当前十分钟内的第一冲刷深度D1和第二冲刷深度D2，继续进行下一个十分钟内的海上风电桩基础冲刷的实时监测。
本发明在监测原理方面，一旦风电桩基础周围土壤被流体冲刷过，桩的埋设深度降低，导致其固有频率发生变化。另外一方面，冲刷后风电桩基础振动平衡位置发生变化，桩基础的倾角时程曲线在平衡位置发生振动，且振动平衡位置与风速、冲刷坑深度有关。基于上述原理，在频域上监测风电桩基础固有频率，在时域上监测风速、桩基础的倾角平衡位置，通过时域、频域耦合方法进行连续时间监测，可以实时、准确、可靠地监测海上风电桩基础的冲刷发展情况，能在海上风电桩基础的冲刷监测方面发挥实质作用。
在传感器选择方面，本监测系统采用光纤光栅传感器。光纤光栅传感器是光纤传感器中应用最多的一种，其原理为温度、应变和应力的变化会引起光纤光栅的栅距和折射率的变化，从而使光纤光栅的反射和透射谱发生变化。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。通过监测光纤光栅反射谱或透射谱的变化，就可以获得相应的温度、应变和压力信息。光纤光栅传感器具有适应性，抗腐蚀性强、精度高、抗干扰等优点，因此基于监测原理，本发明选用光纤光栅加速度传感器、光纤光栅倾角传感器。
本发明针对目前海上风电桩基础冲刷监测系统及其监测方法存在的缺点，提出了一种海上风电桩基础冲刷实时监测系统及其监测方法，可以实时、准确、可靠地监测海上风电桩基础的冲刷发展情况，不影响风电机组的正常运行，且具有操作过程简单、性能稳定等优点。
本监测系统采用光纤光栅传感器。光纤光栅传感器是光纤传感器中应用最多的一种，其原理为温度、应变和应力的变化会引起光纤光栅的栅距和折射率的变化，从而使光纤光栅的反射和透射谱发生变化。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。通过监测光纤光栅反射谱或透射谱的变化，就可以获得相应的温度、应变和压力信息。目前，许多种类的光纤光栅传感器被研制与应用，如光纤光栅加速度传感器、光纤光栅倾角传感器等。
光纤光栅传感器具有以下优点：第一：其适应性，抗腐蚀性强，可以在复杂的工作环境下进行长期的工作。第二：因为光栅的长度小，只有毫米级，测量值空间分辨率高，即光纤光栅传感器具有较高的精度。第三：光纤光栅传感器抗电磁干扰与外界环境的干扰性强。然而，光纤光栅传感器并未能应用到现有风电桩基础冲刷监测上。本监测系统同时使用光纤光栅加速度传感器、光纤光栅倾角传感器，基于可靠的监测原理，且充分利用了光纤光栅传感器的上述优点，能在海上风电桩基础的冲刷监测方面发挥实质作用。
本发明基于时域、频域耦合方法进行连续时间监测，结果较为准确；传感器以及数据采集模块全部位于水面以上，可靠性强，方便检修；使用光纤光栅传感器，其具有适应性，抗腐蚀性强、精度高、抗干扰等优点。总地来说，本发明可以实时、准确、可靠地监测海上风电桩基础的冲刷发展情况，且具有操作过程简单、性能稳定等优点，能够有效避免事故的发生，从而保证海上风电机组的安全运行。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种海上风电桩基础冲刷实时监测系统，其特征在于：包括数据采集模块(1)、光纤光栅加速度传感器(2)、光纤光栅倾角传感器(3)和风速传感器(4)，数据采集模块(1)、光纤光栅加速度传感器(2)、光纤光栅倾角传感器(3)和风速传感器(4)均安装在海上风电桩位于水面以上的风力发电机塔架表面；数据采集模块(1)电连接或无线连接外部上位机，数据采集模块(1)通过光纤数据线连接光纤光栅加速度传感器(2)、光纤光栅倾角传感器(3)，数据采集模块(1)电连接风速传感器(4)。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电桩基础冲刷实时监测系统，其特征在于：所述的数据采集模块(1)包括多通道光纤光栅解调仪和风速数据采集单元，多通道光纤光栅解调仪和风速数据采集单元均电连接或无线连接外部上位机，多通道光纤光栅解调仪通过光纤数据线连接光纤光栅加速度传感器(2)和光纤光栅倾角传感器(3)，光纤光栅加速度传感器(2)实时采集的海上风电桩的桩基础振动加速度数据以及光纤光栅倾角传感器(3)实时采集的海上风电桩的倾角数据通过多通道光纤光栅解调仪传输至外部上位机中；风速数据采集单元电连接风速传感器(4)，风速传感器(4)实时采集的海上风电桩位置处的环境风速数据通过风速数据采集单元传输至外部上位机中。
3.根据权利要求1-2任一所述的一种海上风电桩基础冲刷实时监测系统的监测方法，其特征在于：方法包括如下步骤：
1)获取海上风电桩基础埋设位置处的土参数和海上风电桩基础参数，外部上位机中安装有模拟软件，将海上风电桩基础埋设位置处的土参数和海上风电桩基础参数输入模拟软件中，模拟软件输出海上风电桩在不同模拟环境风速和不同模拟冲刷深度下的风电桩基础响应信号，选取风电桩基础响应信号中时间长为十分钟的一段信号作为参考信号；
2)外部上位机将参考信号进行频域和时域分析处理后分别获得海上风电桩的固有频率-冲刷深度表和倾角平衡位置-风速-冲刷深度表；
3)通过光纤光栅加速度传感器(2)和光纤光栅倾角传感器(3)分别实时采集当前十分钟内的海上风电桩的桩基础振动加速度数据和倾角数据，并通过多通道光纤光栅解调仪传输至外部上位机中；通过风速传感器(4)实时采集当前十分钟内的海上风电桩位置处的环境风速数据并通过风速数据采集单元传输至外部上位机中；
4)外部上位机根据当前十分钟内的海上风电桩的桩基础振动加速度数据以及步骤2)中的固有频率-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第一冲刷深度D1；外部上位机根据当前十分钟内的海上风电桩的倾角数据、海上风电桩位置处的环境风速数据以及步骤2)中的倾角平衡位置-风速-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第二冲刷深度D2；
5)根据第一冲刷深度D1和第二冲刷深度D2进行误差判断，确定当前十分钟内的海上风电桩的冲刷深度，完成当前十分钟内的海上风电桩基础冲刷的实时监测；后续每隔十分钟均重复步骤3)-5)，完成海上风电桩基础冲刷的连续的实时监测。
4.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于：所述的步骤1)中，海上风电桩基础埋设位置处的土参数包括抗拉强度、泊松比、杨氏模量、剪胀角和重度参数；海上风电桩基础参数包括直径、长度、埋设深度、杨氏模量和泊松比参数。
5.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于：
所述的步骤1)中，模拟软件为ABAQUS软件或ANSYS软件。
6.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于：所述的步骤1)中，海上风电桩在不同模拟环境风速和不同模拟冲刷深度下的风电桩基础响应信号包括海上风电桩在不同模拟环境风速和不同模拟冲刷深度下的桩基础振动加速度信号和倾角信号；选取风电桩基础响应信号中时间长为十分钟的一段信号作为参考信号，即分别选取海上风电桩在不同模拟环境风速和不同模拟冲刷深度下的桩基础振动加速度信号和倾角信号中时间长为十分钟的一段信号并分别作为桩基础振动加速度参考信号和倾角参考信号。
7.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于：所述的步骤2)中，外部上位机将参考信号分别进行频域和时域分析处理，具体为外部上位机将桩基础振动加速度参考信号进行频域分析处理，即将桩基础振动加速度参考信号进行快速傅里叶变换处理后获得海上风电桩在不同模拟冲刷深度下的固有频率，进而获得海上风电桩的固有频率-冲刷深度表；外部上位机将倾角参考信号进行时域分析处理后获得海上风电桩在不同模拟冲刷深度下的模拟倾角平衡位置以及模拟环境风速平均值，进而获得海上风电桩的倾角平衡位置-风速-冲刷深度表。
8.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于：所述的步骤4)中，外部上位机根据当前十分钟内的海上风电桩的桩基础振动加速度数据以及步骤2)中的固有频率-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第一冲刷深度D1，具体为外部上位机将当前十分钟内的海上风电桩的桩基础振动加速度数据进行频域分析处理，即将当前十分钟内的海上风电桩的桩基础振动加速度数据进行快速傅里叶变换处理后获得海上风电桩在当前十分钟内的实测固有频率，进而通过固有频率-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第一冲刷深度D1；
外部上位机根据当前十分钟内的海上风电桩的倾角数据、海上风电桩位置处的环境风速数据以及步骤2)中的倾角平衡位置-风速-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第二冲刷深度D2，具体为外部上位机分别计算当前十分钟内的海上风电桩的倾角数据和海上风电桩位置处的环境风速数据的平均值，进而分别获得当前十分钟内的海上风电桩的实测倾角平衡位置和实测平均环境风速，进而通过倾角平衡位置-风速-冲刷深度表查表获取当前十分钟内的海上风电桩的第二冲刷深度D2。
9.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于：所述的步骤5)中，根据第一冲刷深度D1和第二冲刷深度D2进行误差判断，确定当前十分钟内的海上风电桩的冲刷深度，具体为计算第一冲刷深度D1和第二冲刷深度D2之间的误差，若误差小于预设阈值，则选取第一冲刷深度D1和第二冲刷深度D2中的较大值作为当前十分钟内的海上风电桩的冲刷深度；若误差大于等于预设阈值，则舍弃当前十分钟内的第一冲刷深度D1和第二冲刷深度D2，继续进行下一个十分钟内的海上风电桩基础冲刷的实时监测。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114323153A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-04-12 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 海上风电基础冲刷与结构状态监测及安全预警方法及装置 |
| CN117744454A (zh) * | 2024-02-21 | 2024-03-22 | 浙江华东测绘与工程安全技术有限公司 | 一种海工结构的等效冲刷深度预测方法及系统 |
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2022
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| CN114323153B (zh) * | 2022-01-04 | 2023-05-19 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 海上风电基础冲刷与结构状态监测及安全预警方法及装置 |
| CN117744454A (zh) * | 2024-02-21 | 2024-03-22 | 浙江华东测绘与工程安全技术有限公司 | 一种海工结构的等效冲刷深度预测方法及系统 |
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