专利名称：海水水位实时检测装置及检测方法
技术领域：
本发明涉一种检测装置，特别涉及一种海水水位实时检测装置及检测方法。
背景技术：
随着海上风电产业的逐步发展，潮间带及近海风电场施工专用设备也逐步发展起来并应用于海上风机的安装、维护工作，大幅提高了海上风机安装施工的效率，降低了海上风机的安装和维护成本。潮间带和近海风电场地区由于受到海水潮汐的影响，区域内的海水水位在一定时间内变化相对较大，一般来说，为了施工安全和设备安全，潮间带及近海风电场施工设备要求在海水深度小于2. 5米时的工况下能够正常进行施工作业，而在海水深度大于2. 5米时的工况下设备能够漂浮生存，也就是说，潮间带及近海风电场区域的海水水位的实时检测对施工设备的正常作业十分重要，尤其当海水水位达到安全警戒位置时，施工设备必须及时做出相应安全保护措施。由于潮间带及近海风电场施工专用设备刚刚起步发展，还没有能够实时、动态检测海水水位的检测装置，目前检测施工设备所在位置的实时海水水位深度的方法还是采用接触式测量标杆和投入式传感器进行估算测量，这种测量方式必须定时由专职人员对海水进行测量，特别是在傍晚和早上水位变化较快时，需要专人专职看守从而实时监测，人力成本很高。另外，当施工设备在动态移动的时候，投入式和接触式的测量方式不再可行，必须等待设备静止之后才能进行测量，也就是说，在设备动态移动的工况下，无法实现动态的实时海水水位测量。鉴于上述情况，本设计人借其多年相关领域的技术经验以及丰富的专业知识，不断研发改进，并经大量的实践验证，提出了本发明的海水水位实时检测装置及检测方法的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海水水位实时检测装置，能够实时的检测水位信息， 大大降低人力成本，解决了现有技术中的难题。本发明的另一目的在于提供一种海水水位实时检测方法，通过使用海水水位实时检测装置实时掌握水位信息，算法简单，测量结果可靠。为了实现上述目的，本发明提供了一种海水水位实时检测装置，设置于施工设备上，所述施工设备具有在地面上行走的履带以及位于履带上方的施工设备部件，施工设备部件与履带平行，其中，所述海水水位实时检测装置包括支架，设置于所述施工设备部件下方；距离检测器，用于测量其距离水面的距离，所述距离检测器设置于所述支架上；压力检测器，设置于所述支架上，所述距离检测器位于所述压力检测器上方，所述压力检测器用于检测海水没过所述压力检测器时对其的压力；数据采集系统，连接于所述距离检测器和压力检测器，所述数据采集系统用于采集所述距离检测器和压力检测器的检测信号，并进行数据处理，计算出实时海水水位。 上述的海水水位实时检测装置，其中，所述支架的顶端通过滑轨连接方式连接于所述施工设备部件。 上述的海水水位实时检测装置，其中，所述支架包括两个支板，竖直设置，两个所述支板的顶端分别连接于所述施工设备部件；安装板，设置于两个所述支板之间，所述安装板为阶梯状，所述距离检测器及压力检测器装设于所述安装板上。上述的海水水位实时检测装置，其中，所述距离检测器为超声波传感器，所述超声波传感器与所述压力检测器的垂直距离大于等于所述超声波传感器盲区范围最大值。上述的海水水位实时检测装置，其中，所述压力检测器为压力传感器。为了实现上述目的，本发明还提供了一种海水水位实时检测方法，包括步骤一， 在施工设备上设置上述的海水水位实时检测装置，并且记录下以下数据所述履带的高度 hi ；所述距离检测器与所述施工设备部件的垂直距离h2 ；所述压力检测器与所述施工设备部件的垂直距离h3 ；所述履带与施工设备部件的间距h4 ；步骤二，通过所述数据采集系统对所述压力检测器进行数据采集，判断海水是否没过所述压力检测器，若判断海水没过所述压力检测器，则将所述压力检测器的测量数据采集整理，经数据处理，得到实时的所述压力检测器与水面的垂直距离h31 ；步骤三，若判断海水没有没过所述压力检测器，由所述数据采集系统对所述距离检测器进行数据采集，得到实时的所述距离检测器与水面的垂直距离h21 ；步骤四，所述数据采集系统将所述距离检测器及压力检测器的测量数据收集并整理，进行海水水位计算，得出实时海水水位。上述的海水水位实时检测方法，其中，所述步骤二中若所述压力检测器没有测量数据或者测量数据很�。卸虾Ｋ挥忻还鲅沽觳馄鳎蝗羲鲅沽觳馄饔胁饬渴荩蛩得骱Ｋ丫还鲅沽觳馄�。上述的海水水位实时检测方法，其中，所述步骤四中设海水水位为H，当水面没过所述压力检测器时，以所述压力检测器的测量值来计算海水水位，为H = hl+h4-h3+h31当水面没有没过所述压力检测器时，以所述距离检测器的测量值为准来计算海水水位，为H = hl+h4-h2_h21。上述的海水水位实时检测方法，其中，所述距离检测器采用超声波传感器，所述步骤一中使所述压力检测器与所述超声波传感器的垂直距离大于等于所述超声波传感器盲区范围最大值。上述的海水水位实时检测方法，其中，所述压力检测器采用压力传感器，在所述步骤二和步骤三中，所述数据采集系统对其所采集到的所述压力传感器和超声波传感器测量信号进行滤波处理；在所述步骤二中使用所述压力传感器测量之前，对所述压力传感器进行初始位置信息标定操作。由上述可知，本发明的海水水位实时检测装置及检测方法具有下列优点及特点1、本发明的海水水位实时检测装置及检测方法解决了实时测量当前海水水位的技术难题，不需人为进行看守，大大降低了人力成本，提高了工作效率。
2、本发明的海水水位实时检测装置及检测方法使施工设备动态工作情况下海水水位的测量成为可能，突破了技术壁垒，能够提供更加全面的工况下的海水水位信息，弥补了现有技术中的技术空白。3、本发明的海水水位实时检测装置及检测方法能够实时动态的检测当前海水水位情况及海水水位速度变化情况，及时提供施工安全信息，使整个设备以及施工过程更加的智能化、自动化，符合技术发展趋势。4、本发明的海水水位实时检测装置结构简单，实施容易；检测方法步骤简洁，测量算法简单，测量结果可靠。
图1为本发明海水水位实时检测装置结构示意图；图2为本发明海水水位实时检测方法原理流程示意图；图3为本发明海水水位实时检测装置及检测方法测量原理示意图。主要元件标号说明10施工设备
101履带
102施工设备部件
1支架
11支板
12安装板
2距离检测器
3压力检测器
4数据采集系统
具体实施例方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发明的具体实施方式
，但其仅为优选实施例，并不用来限制本发明的实质范围。请参考图1及图3，其中图1为本发明海水水位实时检测装置结构示意图，图3为本发明海水水位实时检测装置及检测方法测量原理示意图，如图所示，本发明的海水水位实时检测装置设置于施工设备10上，该施工设备10为在潮间带及近海风电场等区域施工作业的常规机械，其可包括一在地面上行走的履带101以及位于履带101上方的施工设备部件102，施工设备部件102与履带101可看作相互平行，海水水面高于地面并与地面平行， 所以地面、水面、履带及施工设备部件可看作互相平行，并且本发明的以下说明，均以地面水平为前提。海水可没过履带101及部分的施工设备10，当然，施工设备10所包括的部件并不限定于履带101和施工设备部件102，为了说明上的清楚方便，履带101和施工设备部件102仅为示意性举例，实质上履带可定义为第一部件，施工设备部件可定义为第二部件， 其中第一部件接触地面，第二部件位于第一部件上方并与第一部件平行设置。关于施工设备10的结构已为常规技术，并且不属于本发明的创新内容，不再过多说明。本发明海水水位实时检测装置用于测量海水的水位，也就是海水水平面距离地面的高度，即图3中所示的H，海水水位实时检测装置主要包括支架1，设置于施工设备部件 102下方；距离检测器2和压力检测器3，设置于支架1上，距离检测器2位于压力检测器3 上方，其中距离检测器2用于测量其距离水面的距离，压力检测器3用于检测海水没过压力检测器3时对其的压力；数据采集系统4，连接于距离检测器2和压力检测器3，用于采集距离检测器2和压力检测器3的检测信号，并进行数据处理，计算出实时海水水位。支架1位于履带101和施工设备部件102之间，其顶端连接于施工设备部件102， 本实施例中，支架1竖直设置，也就是垂直于履带101和施工设备部件102，支架1的顶端可分别通过四个矩阵布置的螺栓连接于施工设备部件102，以保证垂直度，支架1包括两个竖直设置的支板11，两支板11的顶端分别连接于施工设备部件102，两支板11之间设有阶梯状的安装板12，用于装设距离检测器2和压力检测器3。进一步优选的，支架1的顶端以滑轨连接方式连接于施工设备部件102，以方便支架1的安装，调整最佳的检测位置，关于滑轨连接方式已为非常常见的技术，故不再赘述。由于检测装置需要长期在滩涂区域(盐度和湿度较大、温度变化大)工作，因此支架外部可采用防腐镀锌处理，以提高装置的使用寿命。距离检测器2可检测出其距离水面的距离，本实施例中，其为一超声波传感器，利用超声波传感器测量海水水位信号。压力检测器3用于检测海水没过压力检测器3时对其的压力，本实施例中，压力检测器3为一压力传感器，距离检测器2和压力检测器3均装设于阶梯状安装板12上，距离检测器2位于压力检测器3上方。值得提出的是，超声波传感器均具有无法测量的区域，也就是俗称的盲区，例如本实施例中所采用的国际通用电流型 (4-20mA)超声波液位传感器，其盲区范围为0至340mm，当距离检测器2采用的为超声波传感器时，压力检测器3与超声波传感器的垂直距离应大于或等于超声波传感器盲区范围最大值，本实施例中，压力传感器与超声波传感器的垂直距离为400mm。数据采集系统4分别连接于距离检测器2和压力检测器3，用于采集二者的检测信号，并进行数据处理，最终计算出海水水位，其可包括可编程逻辑控制器(PLC)。本实施例中，距离检测器2和压力检测器3分别采用了超声波传感器和压力传感器，数据采集系统4 还要控制对两传感器的检测信号进行滤波处理，以及控制压力传感器进行初始位置信息标定，上述的控制操作均可采用常规技术手段，在此不再赘述。上述实施例所采用的压力传感器以及超声波传感器的电压等级均与信号采集系统4的电源电压相等，以保证采集信号的稳定。以上即为本发明海水水位实时检测装置的结构组成，本发明还提供了一种海水水位实时检测方法，基于上述的海水水位实时检测装置来设定操作步骤，以检测海水水位。请结合参考图2及图3，其中图2为本发明海水水位实时检测方法原理流程示意图，如图所示，本发明的海水水位实时检测方法主要包括以下步骤步骤一，首先，在施工设备10上设置上述的本发明海水水位实时检测装置，检测装置的组成完全按照上述实施例所述的结构进行设置，并且记录下以下数据履带101的高度hi ；距离检测器2与施工设备部件102的垂直距离h2 ；压力检测器3与施工设备部件 102的垂直距离h3 ；履带101与施工设备部件102的间距h4。其中，若距离检测器2采用的为超声波传感器，则应保证压力检测器3与超声波传感器的垂直距离大于或等于超声波传感器盲区范围最大值。本实施例中，距离检测器2为超声波传感器，压力检测器3为压力传感器，超声波传感器位于压力传感器上方，且二者的垂直距离大于等于400mm。步骤二，通过数据采集系统4对压力检测器3进行数据采集，判断海水是否没过压力检测器3，若压力检测器3没有测量数据或者测量数据很小(等于压力检测器3常态初始值)，则说明海水没有没过压力检测器3，没有对压力检测器3产生压强作用；若压力检测器3有测量数据(大于压力检测器3常态初始值)，则说明海水已经没过压力检测器3，此时以压力检测器3的测量数据为准，将压力检测器3的测量数据采集整理，经过数据处理， 得到实时的压力检测器3与水面的垂直距离h31，所述的数据处理，即根据液体压强原理、 深度与压强压力的关系推算得出水面没过压力检测器3的距离，该数据处理的操作由数据采集系统4完成。步骤三，由上述当压力检测器3没有测量数据或者测量数据很小时，判断海水没有没过压力检测器3，此时由数据采集系统4对距离检测器2进行数据采集，也就是说，此时由距离检测器2进行测量，以其测量数据为准，通过距离检测器2测量得出实时的距离检测器2与水面的垂直距离h21，由数据采集系统4采集并整理，由于距离检测器2所测量到的数值直接为长度，所以其无需再经过数据处理操作。步骤四，数据采集系统4将上述距离检测器2及压力检测器3的测量数据收集并整理，进行海水水位计算的步骤。如图3所示，设海水水位为H，也就是海水平面距离地面的距离。当水面没过压力检测器3时，以压力检测器3的测量值为准来计算海水水位H，为H = hl+h4-h3+h31当水面没有没过压力检测器3时，以距离检测器2的测量值为准来计算海水水位 H，为H = hl+h4-h2-h21从而得出所要的测量结果，实现海水水位的实时测量。同时，由于使用了智能化的距离检测器2及压力检测器3，代替了传统的接触式测量标杆和投入式传感器的估算测量方式，所以，当施工设备10在海水中移动时，仍可测得测量数据，并根据上述原理计算得出海水水位，实现了动态的实时海水水位测量。当然，距离检测器2及压力检测器3选用为超声波传感器和压力传感器时，在上述步骤二和步骤三中数据采集系统4所采集到的信号受海水波动以及外界其他因素的影响， 所以在步骤二和步骤三中数据采集系统4需要对采集到的测量信号进行常规滤波处理，例如可采用多次累计求平均值的滤波方法，使测量信号趋于平稳，对采集信号进行滤波处理已为比较常规的技术，故不再具体说明。另外，若压力检测器3采用压力传感器，则在步骤二使用压力传感器测量海水压力之前，需要对压力传感器进行初始位置信息标定的操作步骤，将具体工作地点的海水密度、波动风力、施工设备的移动速度以及其他能影响压力传感器测量结果的相关数据初始化到压力传感器和数据采集系统4中，以便能够对应具体的工作环境测得准确的测量数值。关于压力传感器的初始位置信息标定可采用常规方法，在此不再赘述。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式
，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种海水水位实时检测装置，设置于施工设备(10)上，所述施工设备(10)具有在地面上行走的履带(101)以及位于履带(101)上方的施工设备部件(102)，施工设备部件 (102)与履带(101)平行，其特征在于，所述海水水位实时检测装置包括支架(1)，设置于所述施工设备部件(10 下方；距离检测器O)，用于测量其距离水面的距离，所述距离检测器(2)设置于所述支架 ⑴上；压力检测器(3)，设置于所述支架(1)上，所述距离检测器(2)位于所述压力检测器(3)上方，所述压力检测器C3)用于检测海水没过所述压力检测器(3)时对其的压力； 数据采集系统G)，连接于所述距离检测器(2)和压力检测器(3)，所述数据采集系统(4)用于采集所述距离检测器( 和压力检测器(3)的检测信号，并进行数据处理，计算出实时海水水位。
2.根据权利要求1所述的海水水位实时检测装置，其特征在于，所述支架(1)的顶端通过滑轨连接方式连接于所述施工设备部件(102)。
3.根据权利要求1或2所述的海水水位实时检测装置，其特征在于，所述支架(1)包括两个支板，竖直设置，两个所述支板的顶端分别连接于所述施工设备部件(102)； 安装板(12)，设置于两个所述支板之间，所述安装板(12)为阶梯状，所述距离检测器 ⑵及压力检测器⑶装设于所述安装板(12)上。
4.根据权利要求1所述的海水水位实时检测装置，其特征在于，所述距离检测器(2)为超声波传感器，所述超声波传感器与所述压力检测器(3)的垂直距离大于等于所述超声波传感器盲区范围最大值。
5.根据权利要求1或4所述的海水水位实时检测装置，其特征在于，所述压力检测器 (3)为压力传感器。
6.一种海水水位实时检测方法，其特征在于，所述海水水位实时检测方法包括 步骤一，在施工设备(10)上设置权利要求1至5任一项所述的海水水位实时检测装置，并且记录下以下数据所述履带(101)的高度hi ；所述距离检测器O)与所述施工设备部件(102)的垂直距离h2 ；所述压力检测器C3)与所述施工设备部件(10 的垂直距离 h3 ；所述履带(101)与施工设备部件(102)的间距h4 ；步骤二，通过所述数据采集系统(4)对所述压力检测器C3)进行数据采集，判断海水是否没过所述压力检测器(3)，若判断海水没过所述压力检测器(3)，则将所述压力检测器 (3)的测量数据采集整理，经数据处理，得到实时的所述压力检测器(3)与水面的垂直距离 h31 ；步骤三，若判断海水没有没过所述压力检测器(3)，由所述数据采集系统(4)对所述距离检测器(2)进行数据采集，得到实时的所述距离检测器O)与水面的垂直距离h21 ；步骤四，所述数据采集系统(4)将所述距离检测器(2)及压力检测器(3)的测量数据收集并整理，进行海水水位计算，得出实时海水水位。
7.根据权利要求6所述的海水水位实时检测方法，其特征在于，所述步骤二中 若所述压力检测器C3)没有测量数据或者测量数据很�。卸虾Ｋ挥忻还鲅沽觳馄�(3)；若所述压力检测器C3)有测量数据，则说明海水已经没过所述压力检测器(3)。
8.根据权利要求6所述的海水水位实时检测方法，其特征在于，所述步骤四中 设海水水位为H，当水面没过所述压力检测器C3)时，以所述压力检测器(3)的测量值来计算海水水位，为 H = hl+h4-h3+h31当水面没有没过所述压力检测器(3)时，以所述距离检测器O)的测量值为准来计算海水水位，为H = hl+h4-h2-h210
9.根据权利要求6所述的海水水位实时检测方法，其特征在于，所述距离检测器(2)采用超声波传感器，所述步骤一中使所述压力检测器C3)与所述超声波传感器的垂直距离大于等于所述超声波传感器盲区范围最大值。
10.根据权利要求9所述的海水水位实时检测方法，其特征在于，所述压力检测器(3) 采用压力传感器，在所述步骤二和步骤三中，所述数据采集系统(4)对其所采集到的所述压力传感器和超声波传感器测量信号进行滤波处理；在所述步骤二中使用所述压力传感器测量之前，对所述压力传感器进行初始位置信息标定操作。
全文摘要
本发明公开了一种海水水位实时检测装置及检测方法，其中海水水位实时检测方法包括在施工设备上设置海水水位实时检测装置；通过数据采集系统对压力检测器进行数据采集，判断海水是否没过压力检测器，若海水没过压力检测器，则将压力检测器的测量数据采集整理；若海水没有没过压力检测器，由数据采集系统对距离检测器进行数据采集；数据采集系统将距离检测器及压力检测器的测量数据收集并整理，进行海水水位计算，得出实时海水水位，本发明的海水水位实时检测装置及检测方法能实时检测水位信息，降低人力成本，还可实现动态水位检测。
文档编号G01F23/296GK102435255SQ20111037365
公开日2012年5月2日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者王向文, 王西昌, 程会峰 申请人:三一电气有限责任公司
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