CN115755062A - 一种基于gprs技术的海上风电桩基泥面高程远程监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GPRS技术的海上风电桩基泥面高程远程监测装置，主要用于单桩式海上风机桩基周围海床面高程监测。该泥面深度远程监测装置包括用于放置各个工作模块的密封箱，以及安装在其中的电机、电池组、超声波换能器、中央控制单元、GPRS远程通信模块、发射天线以及箱体外的太阳能发电装置。通过一个时间段内大量的海床面测量，再由编写的程序算法对采集数据进行处理，从而达到消除海床面附近泥沙浓度过高时造成的误差。本装置可以实现海上风机周围海床面变化的远程实时监测，提高了桩基淤积深度的测量效率，同时提高了监测的准确性。

Description

一种基于GPRS技术的海上风电桩基泥面高程远程监测装置

技术领域

本发明涉及海上施工设备领域，特别是一种基于GPRS技术的海上风电桩基泥面高程远程监测装置。

背景技术

海上风机能将海上风能转变为电能，能提供大量的清洁能源。近几年，随着海上风场的规模不断扩大，同时伴随着复杂多变的海洋环境，风机的安全运行变得更加重要。海上风机建成之后，桩基周围水流动力场随之发生变化，在桩基处形成二次流，并在周围形成涡流，导致桩基周围流速加快，当流速达到甚至超过泥沙的起动流速时，泥沙颗粒便会起动和输移，从而导致桩基周围的海底土体产生一定程度的冲刷。

当前海上风机组运维多采用定期冲刷扫测，得到的数据实时性不高，而且往往需要船只，因此定期扫测往往是在天气较好时进行，对短期极端天气对桩基基础冲刷的影响无法知悉。此外还有通过预先埋设光线传感组件、电极原理腐蚀法信号放大来监测获取冲刷信息，但这类方法对泥面冲刷程度无法给出准确的信息。近年来随着科学技术的发展进步，逐渐利用UUV搭载多种传感器的方式对海上平台桩柱附近进行监测，但这种方法不能实现长期连续监测，不能及时发现并报告问题，且消耗的资金成本较高。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种基于GPRS技术的海上风电桩基泥面高程远程监测装置。

本发明技术方案能够做到远程传输、原位观测、测试结果准确、自动的根据海面实时水深观测桩基冲刷情况；

一种基于GPRS技术的泥面深度远程监测装置,装置结构包括滑轨、电机、电池组、太阳能发电模组、超声波换能器、传感器、外部密封箱、GPRS模块、发射天线；包括为装置提供所需电能的太阳能发电模块；包括控制装置移动的电机、包括装置底部设置超声波换能器；包括与所述的超声波换能器相连的中央控制单元、包括与中央控制单元相连带有发射天线的GPRS模块。

进一步地，所述电源模块采用可充电式蓄电池，由太阳能板满足其用电需求。

进一步地，密封箱选用玻璃钢材料，减轻装置重量，提升装置强度，装置外表面采用防海洋生物涂层，另外箱体外搭载防冲板来减轻波浪冲击。

超声波在不同介质表面会产生反射，超声波换能器(探头)从水面垂直向底部发射超声波，到达泥面后反射至换能器被接受。测出发射波和反射波之间的时间差来进行测量的。超声波在水中的传播速度 v(约1460m/s)与往返行程所经历的时间t的推求换能器(探头)至桩基泥面水深h＝v×t/2。根据水体温度、含盐度等指标选择声速修正系数 L，计算得水深H＝Lh。

超声波探测在泥沙浓度较高时，有很大几率遇到泥沙超声波就已经发生了反射，从而导致其测量精度有所下降。通过在一段时间内大量采集样本数据，经过编写的程序算法对数据进行筛选和处理工作，对结果进行一定程度上的优化。

利用本发明的技术方案制作的一种基于GPRS技术的海上风电桩基泥面高程远程监测装置：

1、通过预先设定程序控制监测装置能长期保持在水面；实现了单桩基式海上风机底部冲刷情况实时监测功能，无需人工操作，有效的提高了监测效率，为海上风机运维创造了极佳的条件。

2、准确性；利用程序算法修正因泥面附近泥沙浓度造成超声波换能器发射、接收信号的误差。

3、实时性；采用GPRS远程数据传输模块，能自动将采集的数据上传至监测方，提高了数据的实时性。

附图说明

图1是本发明所述一种基于GPRS技术的海上风电桩基泥面高程远程监测装置的结构示意图；

图2是本发明远程数据接收及处理终端；

图3是本发明监测装置系统框图；

图中，1、电池组；2、电机；3、密封箱；4、超声波换能器；5、传感器；6、中央控制单元模块；7、GPRS模块；8、发射天线；9、线束；10、太阳能电池板；11、滑轨。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-3所示，一种基于 GPRS技术的海上风电桩基泥面高程远程监测装置。

本发明海上风机桩基泥面深度远程监测装置的截面结构如图1所示，包括用于装置保护的密封箱3，以及安装于密封箱内的电池组1、电机2、超声波换能器4、中央控制单元6、GPRS模块7。超声波测距模块用于测量水面到桩基底部泥面的垂直距离，在密封箱3的底部设有超声波换能器4，所述超声波测距模块通过中央控制单元模块连接 GPRS超远距离传输模块，在密封箱顶部位置设有用于通信的发射天线 8。

本发明外部设有滑轨以供装置上下滑动改变位置，滑轨通过水下焊接与桩身连接，传感器感知周围环境湿度、水体温度，将信息传递给中央控制单元，再由中央控制单元根据信息判别装置当前所处位置温度、湿度是否与水面温度接近，如果相差较大，则说明装置尚不处于水面线位置，进而通过中央控制单元发送指令来控制电机驱动监测装置至水面线；密封箱选用体量更轻的玻璃钢复合材料，外层设置消浪防冲板来达到减弱波浪冲击作用，箱体外用防生物、防腐涂料来防止海生物附着造成箱体破坏。GPRS模块是用来实现远程无线信息传输；电源模块除了蓄电池，还有太阳能发电装置来保证装置用电需求。

本发明通过对传感器感知信息进行判别来确定装置是否到达指定测量位置；在固定的时间段内采集水深数据，由中央控制单元判定装置采集次数是否足够，采集数量达到后，通过GPRS发射天线将数据传输至远程终端进行数据处理，得到实时水深。

具体步骤

1、实时根据传感器获知的信息控制监测装置保持在水面，实时测量桩基周围的水深。

2、将采集的数据通过远程数据传输模块传输至监测方，对相近时间段内采集数据通过程序进行处理，筛分出其中的异常值，从而保证数据的有效性。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于GPRS技术的海上风电桩基泥面高程远程监测装置，包括密封箱，其特征在于，所述密封箱中设置有电池组、装置驱动模块、传感器、超声波换能器、中央控制单元、GPRS远程传输单元以及发射天线。

2.根据权利要求1所述的一种基于GPRS技术的海上风电桩基泥面高程远程监测装置，其特征在于，所述电源模块采用可充电式蓄电池。

3.根据权利要求1所述的一种基于GPRS技术的海上风电桩基泥面高程远程监测装置，其特征在于，密封箱选用玻璃钢材料。

4.根据权利要求1所述的一种基于GPRS技术的海上风电桩基泥面高程远程监测装置，其特征在于，素技术密封箱外表面采用防海洋生物涂层。

5.根据权利要求1所述的一种基于GPRS技术的海上风电桩基泥面高程远程监测装置，其特征在于，所述密封箱外搭载防冲板来减轻波浪冲击。

6.使用如权利要求1所述的装置的监测方法，其特征在于包含以下步骤：

S1:实时根据传感器获知的信息控制监测装置保持在水面，实时测量桩基周围的水深；

S2:超声波换能器从水面垂直向底部发射超声波，到达泥面后反射至换能器被接受。测出发射波和反射波之间的时间差来进行测量的。超声波在水中的传播速度v(约1460m/s)与往返行程所经历的时间t的推求换能器(探头)至桩基泥面水深h＝v×t/2。根据水体温度、含盐度等指标选择声速修正系数L，计算得水深H＝Lh；

S3:将采集的数据通过远程数据传输模块传输至监测方，对相近时间段内采集数据通过程序进行处理，筛分出其中的异常值。

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