[發明專利]實時監測樁基沖刷深度的裝置及其監測方法

有效

• 申請號: 202110383447.1
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113029054B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 陳旭光;盧光坤;杜文博;解安琪;陳常龍;牛小東
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01B17/00
• 分類號: G01B17/00;G06F30/20;G08C17/02;H02J7/35;E02D33/00;E02D27/12
• 代理公司: 濟南領升專利代理事務所(普通合伙) 37246
• 代理人: 王吉勇

1.一種利用海上風電場樁基沖刷深度的實時監測裝置的實時監測方法，實時監測裝備，包括傳感器組、數據采集儀、數據處理設備、激振設備和供電設備，所述激振設備固定在被測樁基上、用于對樁基施加激振，傳感器組固定在樁基的側壁上、用于感應激振設備對樁基施加激振后產生的振動響應，數據采集儀與傳感器組連接、用于采集和初步處理傳感器組得到的信號，數據處理設備與數據采集儀連接、用于對數據采集儀采集和處理的信號進一步處理最終得到樁基的模態，供電設備與傳感器組連接、為傳感器組提供電力；

所述激振設備為激振器系統或船拉式激振設備，激振器系統由信號發生器、功率放大器和激振器組成，且激振器系統固定剛接與樁基內壁上且位于水面以上；船拉式激振設備通過拖拉方式對樁基加載以獲得樁基的振動響應；

其特征是，所述實時監測方法包括如下步驟：

S1.安裝準備過程，首先安裝監測工作所需的輔助安全設施，然后進行傳感器組的安裝、儀器設備的安裝調試；

參照模態分析研究相關資料的布設標準，將傳感器組和供電設備，剛性地固定在遠離水面以上的樁基側壁測點處；完成數據采集儀與傳感器組的配對和調試工作，保證兩者之間信號暢通；調試太陽能板及蓄電池，并控制蓄電池與傳感器組連接；

激振方式為激振器系統激振時，將激振器系統剛性完全固定于樁基的內壁上且位于水面以上；激振方式為船拉式激振時，利用船舶上的錨機收緊錨鏈，直至達到限力器預設載荷后分離；

S2.激振過程，根據實際條件選擇激振方式對樁基進行激振，激振的加載方向為水平方向；

S3.數據采集過程，數據采集過程與激振過程同步進行，采樣頻率為200Hz，通過數據采集儀顯示的振動響應信號，進行全過程的數據采集；每一次對樁基施加激振后，傳感器組將感應到的樁基響應轉換為加速度信號；數據采集儀通過無線信號配對與傳感器組連接，接收和初步處理加速度信號，并傳遞至數據處理設備；

S4.數據處理過程，

基于數據處理設備及便攜式計算機內安裝的Matlab軟件，運用快速傅里葉變換算法程序、特征系統實現算法程序和Guyan縮階程序，將數據采集儀傳遞來的加速度信號轉化得到工程現場樁基的頻率和振型，即實測模態；

利用ABAQUS數值模擬軟件構建樁基-土體耦合有限元數值模型，有限元數值模型中土體、樁基的各項物理參數屬性均與工程現場檢測數據保持一致，樁基-土體的互相作用、土體模型邊界條件均滿足有限元模型構建要求，根據構建完成的樁基-土體耦合有限元數值模型，運用ABAQUS軟件內置的頻率求解器，得到樁基-土體系統的各階頻率和樁基的低階模態振型即有限元模態；

S5.深度監測過程，將步驟S4中得到的有限元模態和實測模態代入交叉模型交叉模態方程Matlab程序后即求得剛度修正系數α_n，通過剛度修正系數α_n確定沖刷導致的剛度突變單元數目，剛度突變單元數目乘每個樁基單元的長度即為沖刷坑深度；

S6.實時監測過程，重復上述步驟S2-S5過程，提供適當的激振即得該狀態下的樁基周圍實時沖刷深度。

2.如權利要求1所述的實時監測方法，其特征是，所述步驟S2中，

當激振方法為激振器系統激振時，遠程遙控開啟激振器系統，由信號發生器產生指定帶寬、頻率和能量的白噪聲，信號發生器連接功率放大器并由功率放大器將信號放大，放大后的白噪聲信號輸入激振器后由激振器對樁基進行激振；

當激振方法為船拉式激振時，現場振動測試采用船舶拖拉方式進行加載，并采用限力器進行分級加載，根據限力器銷子的個數，設置成不同的承載能力，如2T、4T或5T，對樁基進行多次加載激振，激振的力度、次數和間隔時間應以能準確獲得樁基的低階模態相應為原則。

3.如權利要求1所述的實時監測方法，其特征是，所述傳感器組包括至少三個無線加速度信號傳感器，無線加速度信號傳感器在樁基側壁沿豎直方向均勻分布、且均固定在水面以上。

4.如權利要求1所述的實時監測方法，其特征是，所述數據采集儀內固定有無線模塊，無線模塊為5G模塊、藍牙模塊或WI-FI模塊。

5.如權利要求1所述的實時監測方法，其特征是，所述數據處理設備為便攜式電腦，其安裝有用于處理數據的Matlab軟件和ABAQUS數值模擬軟件。