【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水声信号高精度探测采集，可用于水声领域对模拟信号进行采集、处理及其他对高精度声呐传感器有需要的海洋测绘和海洋工程测量等领域，特别涉及一种基于海上风电桩基冲刷监测的在线式声呐系统。
技术介绍
1、自声呐技术诞生的一百多年来，为了实现水下探测通信等目的，人类已经开发出形形色色的声呐产品。早期的声呐系统，无论用于水下通信还是目标识别与地貌测量，均在军事领域得到了广泛的应用。随着计算机技术的发展，声呐数据存储、显示与操控界面的可视化等多方面技术的完善，声呐产品越来越多的应用在了民用市场。从海洋科考，海洋测绘，海洋地质勘察到海洋渔业与内河水文调查，都需要用到各式各样的声呐系统。由于可见光和电磁波无法在水中进行远距离传输的物理特性，决定了水下信息的采集和获取只能依赖于声学，因此声呐技术是当前水下探测和目标识别以及各类监测技术的必要手段。针对海上风电的桩基冲刷监测，目前可选择的探测方法只有基于声呐技术才可能有效的实现。
2、传统的海上风电场地形地貌测量和风电桩基监测方面主要存在以下几个方面的缺点：1)安全性差：不同于欧洲海上风电常见的砂质海床，我国海上风电场所在的大陆架往往靠近江河入海口，近岸海床多由泥沙冲积形成，滨海相粉质粘土、粉砂，含泥量高、承载力较低。同时，受到海洋性气候和大陆性气候的交替影响，海浪周期性变化较大。在波浪、潮涌和波浪等多种荷载的作用下，风机基础结构长期承受着往复的水平冲击，桩基周围土体会发生局部冲刷，形成深度和半径不一的冲刷坑。冲刷坑的形成降低了桩基和海缆等基础设施的稳定性，随着时间的推移，冲刷
3、因此通过上述分析，本专利技术要解决的技术问题主要是有以下几个方面：
4、1)声呐系统仅输出地貌图像并未同步获取点阵式水深数据。2)声呐扫测虽范围合理但未能尽量覆盖全面。3)桩基附近为重点区域但近物声学散射干扰严重。4)声呐扫测速度虽适当但重复性和稳定性难达不到要求。5)无人值守可靠性不够、免维护需要的周期太短。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于海上风电桩基冲刷监测的在线式声呐系统，本专利技术以解决上述问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于海上风电桩基冲刷监测的在线式声呐系统，包括：监测终端、无线电数据传输模块、ad/dc电源供电模块、数据采集与存储器、通信与供电电缆和声呐探头；所述ad/dc电源供电模块与所述数据采集与存储器相连，所述数据采集与存储器与所述声呐探头之间通过所述通信与供电电缆相连，所述监测终端与所述数据采集与存储器之间通过所述无线电数据传输模块通信相连。
3、优选的，所述声呐探头包括：高频窄波束水声换能器、水平垂直双轴精密旋转系统和声呐透声保护罩；所述高频窄波束水声换能器的外部设有所述声呐透声保护罩，所述高频窄波束水声换能器的驱动端与所述水平垂直双轴精密旋转系统传动相连，从而驱动所述高频水声换能器在水平周向和垂直方向两个几何维度进行精密地回转和俯仰。
4、优选的，所述水平垂直双轴精密旋转系统由内部的两个旋转电机构成。
5、优选的，所述数据采集与存储器内部还包括相连的信号处理单元，用于实现指令解析与控制、发射信号产生、发射信号放大与匹配、接收信号调理与采集、数据指令传送与接收功能。
6、优选的，所述通信与供电电缆采用通信与供电多芯水密电缆，多芯水密电缆为包含电源、控制、通信以及检测的15芯带屏蔽芯线。
7、优选的，所述监测终端采用笔记本电脑，以作为显示控制软件的运行平台、声呐操控人机交互硬件终端以及数据传输与存储节点。
8、优选的，所述监测终端上还包括安装的数据处理与显示控制软件，所述数据处理与显示控制软件包括声呐参数设置以及操作控制的人机界面、设备状态检查与自检操作管理界面、密集点阵水深地貌数据3d剖面云图在线展示以及存储回放查看功能。
9、优选的，所述ad/dc电源供电模块包括发射与接收电路以及探测与控制电路所需的一系列电源的dc/dc变换与抑噪隔离及净化处理功能。
10、优选的，所述声呐探头的工作频率为600khz，波束宽度在-3db条件下≤1.5°，扫测范围在水深不浅于10m条件下≥25m，量程分辨率≤1cm，最大适装水深≥30m，水平视角0～360°，垂直视角+10°～-90°，最小扫描角度步长≤0.225°，供电要求24vdc。
11、本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：
12、(1)三维成像声呐、多波束测深仪、双轴扫描声呐能够满足精准测深的要求，并能提供点阵式的地貌水深数据。
13、(2)可在靠近基础四周的邻近区域工作，15m内基本不存在盲区，可正常使用。
14、(3)相比较而言单波束的双轴扫声呐，具有精细集中的波束，不容易受到近程物体散射声波的干扰。对风电桩基础附近垂直下方的重要区域依然能够保证良好的扫测精确度。在保持扫测质量、特别是垂直下方重要区域的数据质量方面，双头扫描声呐具有得天独厚的优势。
15、(4)双轴在线扫描声呐声学系统构造最简单，换能器单元面积大电容量也大、稳定性比较容易保障；并且其外面设计了透声保护罩，能够有效避免温度变化、流场扰动等对测量结果的影响。
16、(5)在线监测的一个重要优势就是能显著地降低海上作业的业务量，设备一经安装就希望能尽可能少维护甚至免维护。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于海上风电桩基冲刷监测的在线式声呐系统，其特征在于，包括：监测终端、无线电数据传输模块、AD/DC电源供电模块、数据采集与存储器、通信与供电电缆和声呐探头；所述AD/DC电源供电模块与所述数据采集与存储器相连，所述数据采集与存储器与所述声呐探头之间通过所述通信与供电电缆相连，所述监测终端与所述数据采集与存储器之间通过所述无线电数据传输模块通信相连。
2.如权利要求1所述的一种基于海上风电桩基冲刷监测的在线式声呐系统，其特征在于，所述声呐探头包括：高频窄波束水声换能器、水平垂直双轴精密旋转系统和声呐透声保护罩；所述高频窄波束水声换能器的外部设有所述声呐透声保护罩，所述高频窄波束水声换能器的驱动端与所述水平垂直双轴精密旋转系统传动相连，从而驱动所述高频水声换能器在水平周向和垂直方向两个几何维度进行精密地回转和俯仰。
3.如权利要求2所述的一种基于海上风电桩基冲刷监测的在线式声呐系统，其特征在于，所述水平垂直双轴精密旋转系统由内部的两个旋转电机构成。
4.如权利要求1所述的一种基于海上风电桩基冲刷监测的在线式声呐系统，其特征在于，所述数据采
5.如权利要求1所述的一种基于海上风电桩基冲刷监测的在线式声呐系统，其特征在于，所述通信与供电电缆采用通信与供电多芯水密电缆，多芯水密电缆为包含电源、控制、通信以及检测的15芯带屏蔽芯线。
6.如权利要求1所述的一种基于海上风电桩基冲刷监测的在线式声呐系统，其特征在于，所述监测终端采用笔记本电脑，以作为显示控制软件的运行平台、声呐操控人机交互硬件终端以及数据传输与存储节点。
7.如权利要求6所述的一种基于海上风电桩基冲刷监测的在线式声呐系统，其特征在于，所述监测终端上还包括安装的数据处理与显示控制软件，所述数据处理与显示控制软件包括声呐参数设置以及操作控制的人机界面、设备状态检查与自检操作管理界面、密集点阵水深地貌数据3D剖面云图在线展示以及存储回放查看功能。
8.如权利要求1所述的一种基于海上风电桩基冲刷监测的在线式声呐系统，其特征在于，所述AD/DC电源供电模块包括发射与接收电路以及探测与控制电路所需的一系列电源的DC/DC变换与抑噪隔离及净化处理功能。
9.如权利要求1～8任一项所述的一种基于海上风电桩基冲刷监测的在线式声呐系统，其特征在于，所述声呐探头的工作频率为600kHz，波束宽度在-3dB条件下≤1.5°，扫测范围在水深不浅于10m条件下≥25m，量程分辨率≤1cm，最大适装水深≥30m，水平视角0～360°，垂直视角+10°～-90°，最小扫描角度步长≤0.225°，供电要求24VDC。
...【技术特征摘要】
1.一种基于海上风电桩基冲刷监测的在线式声呐系统，其特征在于，包括：监测终端、无线电数据传输模块、ad/dc电源供电模块、数据采集与存储器、通信与供电电缆和声呐探头；所述ad/dc电源供电模块与所述数据采集与存储器相连，所述数据采集与存储器与所述声呐探头之间通过所述通信与供电电缆相连，所述监测终端与所述数据采集与存储器之间通过所述无线电数据传输模块通信相连。
2.如权利要求1所述的一种基于海上风电桩基冲刷监测的在线式声呐系统，其特征在于，所述声呐探头包括：高频窄波束水声换能器、水平垂直双轴精密旋转系统和声呐透声保护罩；所述高频窄波束水声换能器的外部设有所述声呐透声保护罩，所述高频窄波束水声换能器的驱动端与所述水平垂直双轴精密旋转系统传动相连，从而驱动所述高频水声换能器在水平周向和垂直方向两个几何维度进行精密地回转和俯仰。
3.如权利要求2所述的一种基于海上风电桩基冲刷监测的在线式声呐系统，其特征在于，所述水平垂直双轴精密旋转系统由内部的两个旋转电机构成。
4.如权利要求1所述的一种基于海上风电桩基冲刷监测的在线式声呐系统，其特征在于，所述数据采集与存储器内部还包括相连的信号处理单元，用于实现指令解析与控制、发射信号产生、发射信号放大与匹配、接收信号调理与采集、数据指令传送与接收功能。
5.如权利要求1所述的一种基于海上风电桩基冲刷监测的在线式声...
【专利技术属性】
技术研发人员：井科然，颜恒平，杨凯强，杨飞，
申请(专利权)人：海鹰企业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。