本發(fā)明涉及一種基于m33超聲波水下測距傳感器的沖刷監(jiān)測裝置、安裝方法及監(jiān)測方法，屬于水下工程結(jié)構(gòu)的沖刷監(jiān)測與預(yù)警，特別適用于水平測距和樁基周圍沖刷范圍的分析。

背景技術(shù)：

1、水下工程結(jié)構(gòu)的沖刷監(jiān)測是一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)。水流對床面泥沙的沖刷作用，對樁基、橋墩等水下結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。特別是在復(fù)雜多變的海洋環(huán)境中，沖刷作用往往更加顯著，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物的承載力下降，甚至引發(fā)安全事故。因此，實(shí)現(xiàn)對水下工程結(jié)構(gòu)沖刷情況的實(shí)時監(jiān)測與預(yù)警，對于保障海洋工程的安全運(yùn)行具有重要意義。

2、傳統(tǒng)的沖刷監(jiān)測手段主要依賴于人工觀測或固定式傳感器，這些方法不僅耗時費(fèi)力、監(jiān)測范圍受限，還難以實(shí)現(xiàn)對沖刷現(xiàn)象的持續(xù)、實(shí)時追蹤。此時基于超聲波的反射特性來測量距離的超聲波傳感器被關(guān)注，其通過向周圍環(huán)境發(fā)射高頻聲波脈沖，并在聲波遇到海床反射回來后接收這些聲波，從而測量聲波往返時間?；诼暡ㄔ谒械囊阎獋鞑ニ俣?，可以精確計算出傳感器與目標(biāo)障礙物之間的距離。這一原理因其高精度和強(qiáng)大的抗干擾能力，特別適合在復(fù)雜多變的水下環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時測距與監(jiān)測。

3、盡管如此，目前市場上的超聲波測距傳感器監(jiān)測裝置仍存在若干缺陷。一些裝置僅限于單點(diǎn)測距，無法全面捕捉?jīng)_刷現(xiàn)象的全貌；另一些雖然支持多點(diǎn)測距，但數(shù)據(jù)處理能力不足，無法即時計算出沖刷的具體范圍。此外，部分裝置在結(jié)構(gòu)設(shè)計上未能充分考慮抗水流沖擊的需求，導(dǎo)致在惡劣的海洋環(huán)境中難以維持長期穩(wěn)定的運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于m33超聲波水下測距傳感器的沖刷監(jiān)測裝置、安裝方法及監(jiān)測方法，能夠全面捕捉?jīng)_刷現(xiàn)象的全貌，即時獲取沖刷的具體范圍，同時能夠在惡劣的海洋環(huán)境中維持長期穩(wěn)定的運(yùn)行。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于m33超聲波水下測距傳感器的沖刷監(jiān)測裝置，包括基樁，在基樁外壁上開設(shè)固定槽，所述固定槽為內(nèi)嵌式結(jié)構(gòu)，在固定槽內(nèi)嵌入設(shè)置安裝座；

4、沿著安裝座平行于基樁中軸線的中心線安裝傳感器安裝軌道，在傳感器安裝軌道上安裝若干m33超聲波水下測距傳感器；

5、在安裝座頂端安裝控制模塊，用于對m33超聲波水下測距傳感器進(jìn)行調(diào)整控制；

6、其中，定義安裝的m33超聲波水下測距傳感器數(shù)量為n，在傳感器安裝軌道上相鄰m33超聲波水下測距傳感器的間距即為m33超聲波水下測距傳感器最大掃描深度，定義為hsensor，上述公式中，r表示m33超聲波水下測距傳感器的最大量程，θ表示m33超聲波水下測距傳感器的掃描角度，h表示海床基準(zhǔn)面到最大預(yù)警沖刷深度的距離；

7、進(jìn)一步的，所述m33超聲波水下測距傳感器包括m33超聲波發(fā)射器，在傳感器安裝軌道上滑動連接若干傳感器艙，每個傳感器艙上安裝一個云臺，云臺與m33超聲波發(fā)射器一體化設(shè)計連接；

8、進(jìn)一步的，固定槽通過螺栓與基樁外壁緊密貼合連接；

9、傳感器安裝軌道的中心線位置開設(shè)凹槽，所述傳感器艙的背部設(shè)有凸臺，凸臺與凹槽匹配連接，使得傳感器艙能夠在凹槽上滑移；

10、在傳感器艙的表面中心位置安裝云臺，傳感器艙內(nèi)安裝電機(jī)與蓄電池，電機(jī)的輸出軸與云臺連接；

11、以云臺為中心，在傳感器艙上對稱安裝一個壓緊旋鈕，旋緊壓緊旋鈕將傳感器艙與傳感器安裝軌道貼合連接；

12、在云臺的外部罩設(shè)傳感器保護(hù)罩；

13、進(jìn)一步的，所述控制模塊包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲與無線傳輸模塊、預(yù)警模塊和蓄電池組，所有模塊均集成安裝在模塊保護(hù)艙內(nèi)，模塊保護(hù)艙安裝在安裝座頂端中心位置；

14、進(jìn)一步的，還包括清潔裝置，其包括清潔滑軌、環(huán)形刮條、清潔滑輪、清潔支架以及供電保護(hù)艙，在安裝座的兩側(cè)，平行于基樁中軸線方向分別設(shè)置一個清潔滑軌，所述清潔支架的中心向外部彎曲，在彎曲位置通過彈簧式互鎖卡槽結(jié)構(gòu)設(shè)置環(huán)形刮條，環(huán)形刮條采用彈性材料制作，其朝向基樁的部分設(shè)置與傳感器保護(hù)罩外部構(gòu)造匹配的弧形部分；

15、清潔支架的兩個端部分別通過供電保護(hù)艙將清潔滑輪安裝在清潔滑軌上，每個清潔支架的端部安裝兩個清潔滑輪，兩個清潔滑輪分別可滑移連接在清潔滑軌的兩側(cè)；

16、進(jìn)一步的，清潔滑軌的兩側(cè)分別開設(shè)滑槽，供電保護(hù)艙內(nèi)部設(shè)置驅(qū)動電機(jī)與蓄電池，驅(qū)動電機(jī)的輸出軸連接兩個高強(qiáng)度彈簧，兩個高強(qiáng)度彈簧分別向清潔滑軌的兩側(cè)延伸，在高強(qiáng)度彈簧與清潔滑軌接觸的端部安裝清潔滑輪，通過高強(qiáng)度彈簧將清潔滑輪卡設(shè)在滑槽內(nèi)；

17、基于m33超聲波水下測距傳感器的沖刷監(jiān)測裝置的安裝方法，具體包括以下步驟：

18、步驟一，安裝前，使用海床探測設(shè)備對施工區(qū)域進(jìn)行測繪，確定固定槽的安裝位置；安裝位置定位后，施工人員通過船只將固定槽運(yùn)輸至安裝位置；

19、步驟二，將固定槽通過螺栓緊密貼合在基樁的外壁上；

20、步驟三，在安裝座內(nèi)設(shè)置電纜通道，以便于各個模塊之間的電氣連接，將數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲與無線傳輸模塊、預(yù)警模塊和蓄電池組均集成安裝在模塊保護(hù)艙內(nèi)，模塊保護(hù)艙安裝在安裝座頂部中心位置；

21、步驟四，在傳感器安裝軌道上安裝若干m33超聲波水下測距傳感器；

22、步驟五，施工人員通過吊裝設(shè)備將安裝座插入固定槽內(nèi)；

23、基于m33超聲波水下測距傳感器的沖刷監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，具體包括以下步驟：

24、步驟s1，沿著基樁中軸線安裝若干m33超聲波水下測距傳感器，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收從若干m33超聲波水下測距傳感器實(shí)時測距得到的原始數(shù)據(jù)；

25、步驟s2，基于卡爾曼濾波方法對步驟s1獲取的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到實(shí)時監(jiān)測的深度數(shù)據(jù)；

26、步驟s3，將步驟s2得到的深度數(shù)據(jù)與初始基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，通過差分計算得到當(dāng)前海床的沖刷深度，若通過差分計算得到的沖刷深度相比初始基準(zhǔn)數(shù)據(jù)發(fā)生下降，判定該位置發(fā)生沖刷行為；

27、步驟s4，預(yù)設(shè)安全閾值，若步驟s3得到的沖刷深度超出安全閾值，預(yù)警模塊發(fā)出預(yù)警信號，通過無線傳輸模塊實(shí)時傳送至監(jiān)測中心，監(jiān)控人員及時響應(yīng)；

28、進(jìn)一步的，在進(jìn)行監(jiān)測時，對多次測量得到的原始數(shù)據(jù)，采用移動平均法進(jìn)行平滑處理；

29、所述沖刷監(jiān)測裝置通過自動反饋機(jī)制調(diào)整預(yù)警信號觸發(fā)條件，減少誤報概率。

30、通過以上技術(shù)方案，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

31、1、本發(fā)明提供的基于m33超聲波水下測距傳感器的沖刷監(jiān)測裝置，采用測量精度以及分辨率更高的m33超聲波水下測距傳感器，能夠更精確的測量距離等物理量，滿足高標(biāo)準(zhǔn)的水下測量需求；同時m33超聲波水下測距傳感器具有多種量程可選，能夠適用于不同規(guī)模的空間以及不同距離范圍的測量任務(wù)；

32、2、本發(fā)明提供的基于m33超聲波水下測距傳感器的沖刷監(jiān)測裝置，根據(jù)實(shí)際工況、監(jiān)測輻射范圍設(shè)置多個傳感器，能夠全面捕捉?jīng)_刷現(xiàn)象的全貌；

33、3、本發(fā)明提供的基于m33超聲波水下測距傳感器的沖刷監(jiān)測裝置，采用的m33超聲波水下測距傳感器具有更好的防水、防塵性能，能夠適應(yīng)惡劣的水下環(huán)境，同時結(jié)合設(shè)置的自動清潔裝置，顯著降低了人工維護(hù)成本，延長了裝置在惡劣海洋環(huán)境中的使用壽命，同時確保了監(jiān)測數(shù)據(jù)的長期準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；

34、4、本發(fā)明提供的基于m33超聲波水下測距傳感器的沖刷監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，在多點(diǎn)測距時能夠及時對反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提高了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，同時提高了監(jiān)測效率；預(yù)警模塊能夠持續(xù)監(jiān)測沖刷的動態(tài)變化，并通過自動反饋機(jī)制不斷調(diào)整警報觸發(fā)條件，減少誤報概率。