一种用于海上风机振动及冲刷试验的非接触式动态量测系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于海上风机振动及冲刷试验的非接触式动态量测系统，实现了复杂海洋荷载作用下各类介质运动精确测量。通过大功率无频闪光源对非接触式动态量测系统进行补光以保证高速相机的拍摄效果。采用固定式靶点、高亮悬浮球、混合彩色砂分别标记风机结构、海水和桩周土。该非接触式动态量测系统采用高速相机进行拍照，监测相机视野内所有被标记物体的运动特征，最后通过图像分析技术得到风机结构振动特征、波浪及潮流的水动力特征、桩周土的冲刷及悬浮迁移的动态特征等。的冲刷及悬浮迁移的动态特征等。的冲刷及悬浮迁移的动态特征等。

【技术实现步骤摘要】
一种用于海上风机振动及冲刷试验的非接触式动态量测系统


[0001]本专利技术属于水利工程
，尤其是涉及一种用于海上风机振动及冲刷试验的非接触式动态量测系统。

技术介绍

[0002]近海海上风机在试验条件下的振动监测及桩周水动力冲刷研究非常重要。然而目前的监测手段多采用接触式加速度、位移传感器，这些传感器相当于风机结构的附加质量且传输电缆会阻碍风机的自由振动，测量结果与实际不符。
[0003]此外，水动力环境复杂，波浪、潮流往往是非稳定的紊流、湍流，流速多变，试验测量较为困难。而复杂水动力环境下桩周土的冲刷情况一般只能在试验结束后测量，很难对其过程进行动态测量。
[0004]因此，亟需提供一种用于海上风机振动及冲刷试验的非接触式动态量测系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种用于海上风机振动及冲刷试验的非接触式动态量测系统。
[0006]为此，本专利技术的上述目的通过以下技术方案来实现：
[0007]一种用于海上风机振动及冲刷试验的非接触式动态量测系统，其特征在于：所述用于海上风机振动及冲刷试验的非接触式动态量测系统包括海洋环境荷载模拟系统、照明系统、高速摄影测量系统和运动标记系统；
[0008]所述海洋环境荷载模拟系统包括海洋环境模型槽，所述海洋环境模型槽内进出水，所述海洋环境模型槽内设有造波机、潜水泵、海水和地层，海上风机的基础插入至地层内，所述海洋环境模型槽由透明玻璃制成；
[0009]所述照明系统用于提供试验过程中的光强；
[0010]所述运动标记系统为标记物体，所述标记物体分别布置至海上风机基础、海水内和风机基础所处的地层内；
[0011]所述高速摄影测量系统用于监测高速摄影测量系统视野内所有运动标记系统的标记物体的运动特征。
[0012]在采用上述技术方案的同时，本专利技术还可以采用或者组合采用如下技术方案：
[0013]作为本专利技术的优选技术方案：所述海洋环境模型槽内还设有消浪板，所述消浪板用于消除造波机产生波浪的反射。
[0014]作为本专利技术的优选技术方案：所述造波机包括造波机连接臂和造波板，所述造波机连接臂的一端连接至造波板，另一端与电机相连接。
[0015]作为本专利技术的优选技术方案：所述海上风机的基础为单桩或者群桩。
[0016]作为本专利技术的优选技术方案：所述海洋环境模型槽内设有进水箱和出水箱，且进水箱和出水箱可以相互对换，水流循环时使得出水箱内水位略高于进水箱内水位。
[0017]作为本专利技术的优选技术方案：所述海洋环境荷载模拟系统还包括电磁式风荷载模拟装置，所述电磁式风荷载模拟装置与风机机舱内布置的磁铁相配合以驱动风机叶片。
[0018]作为本专利技术的优选技术方案：所述照明系统为大功率无频闪光源。
[0019]作为本专利技术的优选技术方案：所述运动标记系统包括固定式标记靶点、高亮悬浮球和混合彩色砂，所述固定式标记靶点固定至海上风机基础上，所述高亮悬浮球悬浮于海水中，所述混合彩色砂布置在风机基础所处的地层内。
[0020]作为本专利技术的优选技术方案：所述高速摄影测量系统包括高速相机和用于控制高速相机的主机，所述高速相机用于拍摄其视野范围内的照片。
[0021]本专利技术提供一种用于海上风机振动及冲刷试验的非接触式动态量测系统，实现了复杂海洋荷载作用下各类介质运动精确测量。通过大功率无频闪光源对非接触式动态量测系统进行补光以保证高速相机的拍摄效果。采用固定式靶点、高亮悬浮球、混合彩色砂分别标记风机结构、海水和桩周土。该非接触式动态量测系统采用高速相机进行拍照，监测相机视野内所有被标记物体的运动特征，最后通过图像分析技术得到风机结构振动特征、波浪及潮流的水动力特征、桩周土的冲刷及悬浮迁移的动态特征等。
附图说明
[0022]图1为海洋环境荷载施加及非接触式动态量测系统整体示意图；
[0023]图2为海洋环境荷载施加及非接触式动态量测系统俯视图；
[0024]图3为风机结构荷载模拟及结构振动标记示意图；
[0025]图4为水流及桩周土运动标记示意图；
[0026]图中标号：1
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海洋环境模型槽，2
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进水箱，3
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消浪板，4
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造波机，5
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透明玻璃，6
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模拟海水及地层，7
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风机叶片，8
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风机机舱，9
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风机塔筒，10
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风机过渡段，11
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风机基础，12
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电磁式风荷载模拟装置，13
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潜水泵；14
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出水箱，15
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大功率无频闪光源；16
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为造波机连接臂，17
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造波板，18
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风机基础平面位置，19
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高速相机，20
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控制主机；21
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强力磁铁，22
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固定式标记靶点，23
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高亮悬浮球，24
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混合彩色砂。
具体实施方式
[0027]参照附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细地描述。
[0028]图1为海洋环境荷载施加及非接触式动态量测系统整体示意图，海洋环境模型槽1两端分别为进水箱2和出水箱14，进、出水箱视潮流方向而定，水流循环时出水箱水位略高于进水箱。海洋环境模型槽1内部安装消浪板3，以消除造波机4生产波浪的反射。海洋环境模型槽1前侧面采用透明玻璃5制成，可以较好观测模拟风机结构、模拟海水及地层6的情况。海上风机包含风机叶片7、风机机舱8、风机塔筒9、风机过渡段10及风机基础11。风荷载通过电磁式风荷载模拟装置12施加，潮流模拟通过潜水泵13推动水流循环。整个试验装置通过大功率无频闪光源15补充光强，保障图像后处理分析效果。
[0029]图2为海洋环境荷载施加及非接触式动态量测系统俯视图，造波机4通过伺服电机带动造波机连接臂16上下运动，通过与水平一定夹角的造波板17产生波浪。风机基础平面位置18可根据实际风机基础选择单桩或者群桩形。潜水泵13的数量根据计算得到的潮流流速、流量选择。大功率无频闪光源15根据光的反射定律确定位置，防止在高速相机19视野内
形成光斑，高速相机19通过主机20进行操控，包括帧率、视野大小设置等。
[0030]图3为风机结构荷载模拟及结构振动标记示意图，风机机舱8内部放置强力磁铁21与电磁式风荷载模拟装置12产生作用。风机结构的振动通过捕捉固定式标记靶点22的空间位置而获取。
[0031]图4为水流及桩周土运动标记示意图，固定式标记靶点22用于标记风机结构、高亮悬浮球23用于标记潮流运动，混合彩色砂24用于标记桩周受冲刷土体。其中高亮悬浮球23与水密度相同，其尺寸应小于消浪板3的孔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于海上风机振动及冲刷试验的非接触式动态量测系统，其特征在于：所述用于海上风机振动及冲刷试验的非接触式动态量测系统包括海洋环境荷载模拟系统、照明系统、高速摄影测量系统和运动标记系统；所述海洋环境荷载模拟系统包括海洋环境模型槽，所述海洋环境模型槽内进出水，所述海洋环境模型槽内设有造波机、潜水泵、海水和地层，海上风机的基础插入至地层内，所述海洋环境模型槽由透明玻璃制成；所述照明系统用于提供试验过程中的光强；所述运动标记系统为标记物体，所述标记物体分别布置至海上风机基础、海水内和风机基础所处的地层内；所述高速摄影测量系统用于监测高速摄影测量系统视野内所有运动标记系统的标记物体的运动特征。2.根据权利要求1所述的用于海上风机振动及冲刷试验的非接触式动态量测系统，其特征在于：所述海洋环境模型槽内还设有消浪板，所述消浪板用于消除造波机产生波浪的反射。3.根据权利要求1所述的用于海上风机振动及冲刷试验的非接触式动态量测系统，其特征在于：所述造波机包括造波机连接臂和造波板，所述造波机连接臂的一端连接至造波板，另一端与电机相连接。4.根据权利要求1所述的用于海上风机振动及冲刷试验的非接触式动态量测系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵留园，单治钢，汪明元，李通拉嘎，陈文龙，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
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