用于确定装载空间中的混合物中的沉淀床的高度的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于确定装载空间中的混合物中的沉淀床的高度的方法，其中， 混合物由沉淀床和位于沉淀床上面的混合浆组成，并且其中，该方法包括：
[0002] a)在装载空间中设置在大致竖直方向上延伸的细长共振部件，
[0003] b)测量共振部件的共振频率，
[0004] C)基于测得的共振频率计算沉淀床的高度。
[0005] 本发明还涉及一种用于确定船的装载空间中的混合物中的沉淀床的高度的装置， 船包括这种装载空间和装置、控制单元、计算机程序和包括这种计算机程序的数据媒介。
【背景技术】
[0006] 确定机器的装载空间中的底层物的沉淀量对于确保尽可能高效的挖掘是非常重 要的，所述装载空间例如挖泥船（如耙吸式挖泥船）的船仓（开放区或者料斗）。
[0007] 该类型的耙吸式挖泥船用于维持航运通道的深度或加深航运通道，用于挖掘新航 运通道并且用于抽取沙砾与碎石，例如用于基础设施项目和土地开垦。
[0008] 取决于工作的类型，挖掘大不相同的物料：淤泥、粘土、细沙、粗沙、碎石、岩石以及 常常它们的组合。吸入处理必须与底层物的类型匹配。填充装载空间的速度优选与挖掘的 混合物的沉淀速度匹配。如果装载空间的填充过快，一部分物料将没有充足的时间进行沉 淀并且该部分物料将经由溢流再次离开船舶。从成本角度看，过慢的填充不具有吸引力。因 此，获悉所挖掘的水和底层物的混合物在装载空间中的沉淀有多么迅速是非常重要的。这 将参考图1详细地说明。图1示出了船的装载空间的横截面。
[0009] 挖掘周期开始于空的装载空间1，该装载空间在确定的时间（通常大约1至2小 时）内装载。在这段时间，混合物的水平在装载空间1中上升并且一部分混合物同时沉淀。 沉淀的部分被称作沙床或沉淀床5 (沉淀的沙子）并且具有密度ps。在沉淀的部分上面的 未沉淀的混合物称作混合浆3。
[0010] 如果达到了最大装载空间水平，混合浆3的顶层2经由所谓的溢流被向外输送并 且装载可以继续进行另一个周期（图1中未示出该情形）。
[0011] 原因在于经由溢流离开装载空间1的混合浆3的密度pm在这时仍然低于装载的 密度。沉淀床5的高度上升并且因此沉淀床5上面的混合浆3的密度P m也上升。继续进 行该处理直到经过溢流流走的混合浆3的密度Pm高到不能再进行有效地继续装载。
[0012] 为了允许尽可能有效地进行装载过程，获悉沉淀速度是必要的：淤泥不沉淀，细沙 沉淀非常慢，粗沙沉淀较为迅速，而碎石和岩石直接沉降。取决于该沉淀速度和沉淀床5的 高度匕上升的相关速度，可根据装载速度和挖掘的混合物的密度不同地控制挖掘过程，使 得沉淀过程将更加有效地运行。
[0013] 因此，有利的是在装载期间获悉沉淀床5的高度hs。从现有技术已知用于确定该 高度的技术。
[0014] 在公开号EP 0 456629的专利文献中，描述了各种测量原理，其中，根据装载空间 的高度经由放射性器件测量密度。该方法复杂、昂贵并且由于辐射危害而难以执行，并且因 此它的使用也非常有限。
[0015] 在公开号EP 1 783 466的专利文献中，仅在等待直到一旦装载过程停止且所有 的底层物沉淀之后，后来测量沉淀床的高度hs。该方法假设沉淀床上面的混合物包括水。因 此该方法不适于在装载过程中使用，使得在装载期间装载过程不能受影响。
[0016] 此外，从现有技术已知，装载空间中的混合物的混合物高度hh例如经由超声波或 雷达距离测量而从上方确定。因此，已知挖掘的混合物的高度h h，考虑到船的纵与横以及装 载空间1的形状，可以计算体积vh。
[0017] 还测量了装载空间1中的挖掘的混合物的重量。这可以利用合适的称重设施辅助 完成。这可以通过测量船的深度的变化完成：附加的转移水量八入的质量等于装载空间中 的重量m:m= AVW. Pw，其中，0￥是船在其中航行的水的密度。
[0018] 可以根据这些数据计算出装载空间中的平均密度：Ph=m/Vh。然而，不能因此而 获悉混合物中的沉淀床的高度并且因此也不能确定沉淀床的高度增加的速度。
[0019] 根据现有技术，已知用于确定沉淀床的高度的不同解决方案，诸如根据EP 2261612A1、US 3690180A、US 3698573A 以及 US 4365509A。
[0020] 根据现有技术，还可以使用细长竖直共振部件来测量物质的水平（level，高度）， 共振部件的自由长度（即，参与共振的长度）取决于物质的水平。在US 3133442A、CN 2222344Y、GB 475274A以及US 5054318A中提供了实例。然而，这种解决方案不适用于船 的装载空间。
[0021] US 3, 133, 442涉及不同的技术领域并且需要使用两个细长振动部件。
[0022] 竖直共振部件的位于沉淀床5中的部分将不参与共振。然而，沉淀床5可向共振 部件施加侧力，所述侧力例如由船的摇晃或者装载空间1的装载/卸载的不均匀装载所引 起的。这种侧力将增加拉力并随之影响共振频率。此外，由于温度变化和装载空间的装载， 装载空间可能变形，使共振部件拉伸并随之也影响共振频率f。。
【发明内容】
[0023] 因此，本发明的目的是提供一种允许精确地并有效地确定装载空间中的混合物中 的沉淀床的高度的方法和装置。
[0024] 根据一方面，提供了用于确定装载空间中的混合物中的沉淀床的高度〇〇的方 法，其中，混合物由沉淀床和位于沉淀床上面的混合浆组成，其中，该方法包括：
[0025] a)在装载空间中设置在大致竖直方向上延伸的细长的共振部件，
[0026] b)测量共振部件的共振频率（f。），
[0027] c)基于测得的共振频率（f。）计算沉淀床的高度（hs)，
[0028] 其中，b)包括确定作用于共振部件的纵向方向上的拉力（Fs)的示值或施用作用 于共振部件的纵向方向上的拉力，并且c)包括基于测量的共振频率（f。）和确定的拉力的 示值或施用的拉力计算沉淀床的高度〇〇。细长的共振部件在竖直方向上延伸，S卩，从下端 (可以位于装载空间的底部处）延伸至装载空间上面的位置。
[0029] 通过确定共振部件中的拉力或者在共振部件中施用拉力，S卩，共振部件的纵向方 向上的力，将至少部分地抵消作用于共振部件的位于沉淀床内部的部分上的侧力的作用， 使得更加精确地计算沉淀床的高度。以这种方式，船的变形和共振部件的随之拉伸也将至 少部分地得到抵消。当施用拉力时，尽管存在侧力及其他干扰，但拉力是已知的。当测量拉 力时，考虑到在装载过程期间拉力匕的变化，而重复地进行测量。
[0030] 例如，如果沉淀床向共振部件施加侧力，将在侧向方向上推动共振部件，导致拉力 增加并且因此共振频率增加。通过控制单元可执行测量和计算，控制单元可以由计算机装 置形成。
[0031] 应用于挖掘船的装载空间中的共振部件的一般长度是10至12米，共振部件足够 坚固以承受约8000N的拉力。通常将共振部件设置成使得共振频率f。在150Hz以下。
[0032] 根据一实施方式，(：）包括求解113=1^-0.5此/〇)°_ 5/^。在该方程式中，1^是 共振部件的总长度，Fs是在b)中确定的拉力，〇是每米共振部件的质量以及f。是在b)中 测得的共振频率。该方法还可包括确定这些进一步的参数或其示值中的任一个。可以以任 何合适的方式（包括测量和接收、人工输入）而完成确定。这里提供一种确定沉淀床的高 度的简单的方式。
[0033] 根据一实施方式，c)包括通过计算细长的共振部件（10)的模拟或通过将测量的 共振频率（f。）和确定的拉力（Fs)的示值或者施用的拉力（Fs)与预定的校准数据进行比较 而计算高度GO。
[0034] 与预定的校准数据进行比较可包括执行计算，所述计算诸如在可利用的校准数据 之间进行插值。
[0035] 根据一实施方式，通过借助于柔性连接安装共振部件而在共振部件的上端施用拉 力。
[0036] 已发现的是，由于作用于共振部件上的力（诸如侧力）、装载空间的变形（由于温 度变化、装载力）