塔架倾斜度检测装置及方法与流程

本发明属于塔架检测技术领域，尤其涉及一种塔架倾斜度检测装置及方法。

背景技术：

现有工程中，工程塔架的倒塔事件偶有发生，特别是在风力发电行业中，会给风力发电产业造成巨大的损失。

传统的采用经纬仪进行风力发电机组塔架倾斜度检测方案，具有检测周期长，实时性差的缺点，以及当出现问题时不能及时报警的缺点。

现有的其他形式的风力发电机组塔架倾斜度检测装置或方法也普遍高度依赖经纬仪来完成检测，测量过程容易受到外界环境的限制或制约(如刮风雨雪天气等)，根本无法实现实时的检测，无法满足风电塔架实时检测的需求，同样无法优化成本和提高测量精度。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种塔架倾斜度检测装置及方法，能够克服外界环境的限制或制约对塔架倾斜度进行精确检测。

第一方面，本发明实施例提供了一种塔架倾斜度检测装置，包括：环形连通器和两种或两种以上检测介质，该环形连通器包括环形管路和设置在环形管路上且与环形管路、外界相连通的三个或更多个柱状筒；上述两种或两种以上检测介质被容纳在环形连通器内，并且上层检测介质与下层检测介质之间的界面位于柱状筒内，其中，下层检测介质的密度大于上层检测介质的密度并且与上层检测介质不相溶；介质界面检测单元，介质界面检测单元用于检测上层检测介质与下层检测介质之间的界面在三个或更多个柱状筒内的高度。

根据本发明实施例的一个方面，该环形连通器还包括辅助环形管路，柱状筒穿过辅助环形管路与外界相连通。

根据本发明实施例的一个方面，上述两种以上检测介质中的至少两种检测介质为密度互不相同且均大于环境大气密度的液体检测介质，并且液体监测介质中的上层检测介质与下层检测介质之间的界面位于环形管路和辅助环形管路之间的柱状筒内。

根据本发明实施例的一个方面，上述介质界面检测单元包括超声波传感器、电阻型传感器、电容型传感器和激光型传感器中的一种或一种以上。

根据本发明实施例的一个方面，该装置还可以包括固定部，该固定部的一端与环形连通器相连接，固定部的另一端固定在塔架上。

根据本发明实施例的一个方面，该固定部还包括调节件，该调节件设置在固定部与环形连通器之间用于使环形连通器能够在远离或接近固定部的方向上调节位置，以调节环形连通器的水平。

根据本发明实施例的一个方面，该装置还包括界面保持部，该界面保持部的下端与辅助环形管路相连通，上端为与空气连通的开口。

根据本发明实施例的一个方面，该装置还可以包括计算设备，计算设备与介质界面检测单元相连接，用于接收介质界面检测单元测得的三个或更多个柱状筒内的高度以计算得到塔架的倾斜度。

根据本发明实施例的一个方面，该计算设备还用于根据柱状筒的预设方位与介质界面检测单元测得的三个或更多个柱状筒内的高度以计算得到塔架的倾斜方向。

根据本发明实施例的一个方面，该柱状筒等距离地设置在环形管路上。

第二方面，本发明实施例提供了一种塔架倾斜度检测方法，包括：将上述塔架倾斜度检测装置设置在塔架的塔架壁上的步骤；调整各个柱状筒中的上层检测介质与下层检测介质之间的界面以使界面在各个柱状筒内的高度保持一致，记录塔架还未发生倾斜时上层检测介质与下层检测介质之间的界面在各个柱状筒内的第一高度的步骤；实时监测上层检测介质与下层检测介质之间的界面的第二高度，获取第二高度对于第一高度的高度变化值的步骤；根据各个柱状筒中的三个或三个以上的柱状筒中的界面的高度变化值计算塔架的倾斜度的步骤。

根据本发明实施例的一个方面，该方法还可以包括设置各个柱状筒的方位；根据各个柱状筒中的三个或三个以上的柱状筒中的界面的高度变化值及至少一个柱状筒的方位计算塔架的倾斜方向。

根据本发明实施例的一个方面，该方法还可以包括采用计算设备计算倾斜度或倾斜方向。

根据本发明实施例提供的塔架倾斜度检测装置及方法，通过将含有检测介质的环形连通器设置在塔架上，对从而通过检测连通器内检测介质之间界面的高度变化，以计算获得塔架的倾斜度，该方法易于操作，结构简单，并且测量结果不易受到外界环境的限制或制约(如刮风雨雪天气等)；而且可以实现实时的检测，满足风电塔架实时检测的需求，具有成本低并且测量精度高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例的安装在塔架内部的塔架倾斜度检测装置的立体结构简图；

图2是本发明一实施例的安装在塔架内部的塔架倾斜度检测装置的侧视图；

图3是本发明一实施例的安装在塔架内部的塔架倾斜度检测装置的主视图；

图4是本发明一实施例的安装在塔架内部的塔架倾斜度检测装置的俯视图；

图5是本发明一实施例的塔架倾斜度检测方法的方法流程图；

图6是本发明一实施例的塔架倾斜度检测方法的原理图；

图7是本发明一实施例的塔架倾斜度检测方法的原理图

图8是本发明又一实施例的塔架倾斜度检测装置的示例性结构简图；

图9是本发明又一实施例的塔架倾斜度检测装置的计算设备实现的结构示意图。

图中：

101、环形管路，102、柱状筒，103、辅助环形管路，

104、界面保持部，105、固定部，106、调节件，

107、连接法兰，108、塔架壁。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1是本发明一实施例的安装在塔架内部的塔架倾斜度检测装置的结构简图；图2是本发明一实施例的安装在塔架内部的塔架倾斜度检测装置的侧视图；图3是本发明一实施例的安装在塔架内部的塔架倾斜度检测装置的主视图；图4是本发明一实施例的安装在塔架内部的塔架倾斜度检测装置的俯视图；如图1至图4所示，其中，相同的元件后结构采用了相同的标号，该风力发电机组塔架倾斜度检测装置，包括：环形连通器、两种检测介质和介质界面检测单元(图中未示出)，该环形连通器包括环形管路101和设置在环形管路101上且与环形管路101、外界相连通的三个柱状筒102；本实施例中，上述三个柱状筒102等距离地设置在了环形连通器上。应理解，上述柱状筒102也可以设置为更多个，但是在实际倾斜度的检测时，只需要其中三个柱状筒102作为测量点的测量值即可通过计算获得该塔架的倾斜度。并且需要说明的是，测量点的选取也就是上述柱状筒102的设置，需要以间隔距离尽量大为宜，因为若测量点相隔很近会对测量结果的精度造成影响。所以本实施例中的柱状筒102设置有三个，并且等距离地设置在环形管路101上，上述检测介质被容纳在环形连通器内，并且上层检测介质与下层检测介质的界面位于柱状筒102内，图中未示出，其中，下层检测介质的密度大于上层检测介质的密度并且与上层检测介质不相溶。该介质界面检测单元用于检测上层检测介质与下层检测介质之间的界面在三个或更多个柱状筒102内的高度，这里可以根据上述柱状筒102的个数进行设置，例如可以设置三个。在一个示例中，该介质界面检测单元可以为超声波传感器，超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号(通常是电信号)的传感器。超声波是振动频率高于20KHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。例如将超声波传感器设置在塔架壁108的内侧与上述柱状筒102的对应位置处，也可以设置在柱状筒102的顶部或底部位置；若该柱状筒102设置在塔架的其他位置，例如塔架壁108外侧，那么该超声波传感器也可以与上述环形连通器或塔架壁108外侧相连接并设置在上述柱状筒102的对应位置或同样设置在柱状筒102的顶部或底部位置。需要说明的是，采用其它形式的线性传感器也是可以的，只要能够实现探测检测介质之间的界面高度变化的目的，例如，可使用电阻型传感器来测量柱状筒102内两种检测介质之间的界面高度，检测介质电阻值的变化能反映出界面高度的变化情况或使用激光测距的方式来检测柱状筒内两种检测介质之间的界面高度，也可以使用电容式传感器来测量，电容容量的变化能反映界面高度的变化。再例如，在一个示例中，还可以在检测介质之间的界面中设置浮标，可以通过电感式位移传感器、电容式位移传感器、光电式位移传感器或霍尔式位移传感器等线型传感器检测浮标的高度从而获得检测介质之间界面的高度变化。上述检测界面高度变化的介质界面检测单元可以单独或组合使用，在此不做限定。在此实施例中，在没有设置辅助连通管路103时，可以将环境大气作为上述两种检测介质中的其中一种，另一种检测介质可以采用密度比环境大气密度大且与环境大气不相溶的检测介质，比如水。还有必要说明的是，由于塔架普遍为多段拼接而成，所以该装置可以对塔架的任意段进行倾斜度检测。在一个示例中，该装置可以应用在风力发电机组塔架倾斜度检测中，通过将含有检测介质的环形连通器设置在塔架上，从而通过检测连通器内检测介质之间界面的高度变化，以计算获得塔架的倾斜度，该方法易于操作，结构简单，并且测量结果不易受到外界环境的限制或制约(如刮风雨雪天气等)；而且可以实现实时的检测，满足风电塔架实时检测的需求，具有成本低并且测量精度高的优点。

在一个示例中，该装置的环形连通器还包括辅助环形管路103，柱状筒102穿过辅助环形管路103与外界相连通，图1至图4示出的是设置了一个辅助环形管路103的可实施方式。应理解该辅助环形管路103也可设置为多个，同样能实现本发明的目的与效果。还应理解，在该装置设置了一个或多个辅助环形管路103时，这里的两种以上检测介质中的至少两种检测介质可以为密度互不相同且均大于环境大气密度的液体检测介质，并且上述液体检测介质中的上层检测介质与下层检测介质之间的界面位于环形管路101和辅助环形管路103之间的柱状筒102内。假设检测介质为三种，其中，可以包含环境大气作为检测介质，那么环境大气应该为其中密度最小的检测介质，也就是说环境大气位于所有检测介质的最上层，那么其他两种检测介质的界面应位于环形管路101和辅助环形管路103之间的柱状筒102内，这时可以分为两种情况，一种情况中，环境大气作为上层检测介质与与其相对的下层检测介质之间的界面处在该辅助环形管路103之中，此时，环境大气作为第三种检测介质的检测作用可以不计，所以可以只对其他两种检测介质的界面位置作限定既可；另一种情况中，环境大气作为作为上层检测介质与与其相对的下层检测介质之间的界面处在高于该辅助环形管路103的柱状筒102之中，此时，环境大气作为第三种检测介质具有检测作用，可以根据该环境大气作为上层检测介质与与其相对的下层检测介质之间的界面的高度变化计算塔架的倾斜度。在一个示例中，为了避免检测介质由于外界因素导致外溢，该装置还可以包括设置在柱状筒102顶部的用于将柱状筒102与外界相隔离的密封盖。在一个示例中，这里的检测介质的其中两种可以采用例如一种为密度较大的不易蒸发且结构稳定无机物液体，另一种为密度较小不易蒸发且结构稳定不分解的有机物。

在一个示例中，该装置还可以包括固定部105，该固定部105一端与环形连通器相连接，固定部105的另一端固定在塔架上，该装置通过固定部105固定在塔架上。该固定部105还可以包括调节件106，该调节件106设置在固定部105与环形连通器之间用于使环形连通器能够在远离或接近固定部105的方向上调节位置。如图1至图4所示，本实施例的固定部105和调节件106采用了螺杆连接的方式，可以通过调整螺杆上的螺母，调整环形连通器的水平以使整个装置水平。

在一个示例中，该装置还包括界面保持部104，该界面保持部104的下端与辅助环形管路103相连通，上端为与空气连通的开口。应理解，由于整个装置为一套连通器装置，需要保持一个较高的检测介质界面，可以理解为，具有检测作用的检测介质之间的界面需要保持在该辅助环形管路之中，该界面保持部104的其中一个作用是可以作为一个检测介质加入口，可以通过该界面保持部104为整个装置添加检测介质，另一个作用与该装置在没有设置辅助环形管路103时的上述柱状筒102的其中一个作用类似，就是使装置与大气保持连通，为环形连通器的测量作用提供辅助条件。

在一个示例中，该装置还可以包括计算设备，计算设备与介质界面检测单元相连接，用于接收介质界面检测单元测得的三个或更多个柱状筒内的高度以计算得到塔架的倾斜度。在一个示例中，该计算设备还用于根据柱状筒102的预设方位与介质界面检测单元测得的三个或更多个柱状筒102内的高度以计算得到塔架的倾斜方向。

需要说明的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。

图5是本发明一实施例的塔架倾斜度检测方法的方法流程图。该方法包括以下步骤：S110，将上述塔架倾斜度检测装置设置在塔架的塔架壁108上；这里的设置在塔架的塔架壁108上，可以理解为设置在塔架壁108的外侧也可以设置在塔架壁108的内侧，例如可以设置在塔架的塔架壁108内侧的连接法兰107上。S120，调整各个柱状筒102中的上层检测介质与下层检测介质之间的界面以使界面在各个柱状筒102内的高度保持一致，记录塔架还未发生倾斜时上层检测介质与下层检测介质之间的界面在各个柱状筒102内的第一高度；应理解，可以选择在塔架未发生倾斜时，调整各个柱状筒102中的上层检测介质与下层检测介质之间的界面以使界面在各个柱状筒102内的高度保持一致，并记录上述多个柱状筒102内检测介质之间界面的高度。S130，实时监测上层检测介质与下层检测介质之间的界面的第二高度，获取第二高度对于第一高度的高度变化值；S140，根据各个柱状筒102中的三个或三个以上的柱状筒102中的界面的高度变化值计算塔架的倾斜度。

图6是本发明一实施例的塔架倾斜度检测方法的原理图。现结合图6对根据高度变化值计算塔架的倾斜度的具体过程进行详细说明，如图6所示，以上述装置设置了一个辅助环形管路103以及3个等距离分布的柱状筒102为例，图中，三个柱状筒102中的检测介质初始界面高度为点ABC所在平面O中的A、B、C三个点所代表的高度，倾斜后测得的检测介质界面高度为A′、B′、C′三个点所代表的高度，那么点A′、B′、C′形成的椭圆平面O′即为塔架倾斜后的倾斜平面，那么两平面O与O′之间的夹角θ即代表塔架的倾斜度，需要说明的是，图6中，以点O′为圆心，平行于经过点A、B、C的圆形平面可以记作圆形平面O′，计算时，可以以O′为圆心的经过点A′、B′、C′的椭圆O′的短轴MN，那么经过该短轴MN并且平行于平面ABC的圆形平面O′与该椭圆平面O′形成的夹角即为夹角θ，设该圆形平面O′与CC′所在的直线的交点为点E，与AA′所在直线的交点为点G，与BB′所在直线的交点为点L，那么根据面积射影定理，过点E做垂直于MN的直线EF，则有∠EFC′＝∠θ，由海伦公式得到三角形面积△ABC

上述三个柱状筒102中检测介质之间的界面高度发生变化后，高度变化分别为h_A、h_B、h_C，其中，h_A＝A′G，h_B＝B′L，h_C＝C′E。

则有：h_A+h_B+h_C＝0

由海伦公式得到三角形面积△A′B′C′

可以得到，

需要说明的是，若果设置了更多个柱状筒102，那么可以依然选取其中彼此相距较远的三个柱状筒102中检测介质之间界面的高度变化来计算获得该塔架倾斜角θ。

在一个实施例中，该方法还可以包括设置各个柱状筒102的方位；根据各个柱状筒102中的三个或三个以上的柱状筒102中的界面的高度变化值及至少一个柱状筒102的方位计算塔架的倾斜方向。图7是本发明另一实施例的塔架倾斜度检测方法的原理图，现结合图6对根据高度变化值及柱状筒102的实际方位计算以获得塔架的倾斜方向的原理进行说明，在一个示例中，应理解，设置了各个柱状筒102的方位后，三个柱状筒102的方位是确定的，因此可以根据它们检测到的检测介质之间界面高度的变化与上述设置的方位相结合，判定塔架的倾斜方向。例如方向分为：东、西、南、北、西北、西南、东北、东南，这八个方向为特定值；北偏东、东偏北、东偏南、南偏东、南偏西、西偏南、西偏北、北偏西，为八个方向之间的区域。现设定C点为0°，方向为正北方。求得θ之后，就可以得到椭圆平面O′的椭圆周上，检测介质之间的界面高度h的变化范围，再比较h_A、h_B、h_C，从而确定塔架的倾斜方向。例如依然可以在椭圆平面O′上过C′做直线MN的垂线，交点为F，连接EF；∠EFC′＝∠θ，设∠EO′F为α，sinα＝EF/EO′，∠α＝arcsin(EF/EO′)，设椭圆面O′的长轴为UW，那么UW在圆形平面O与圆形平面O′上的投影分别为点Z和点Y，延长YO′与圆形平面O′相交，交点为W′，并且可知YO′与MN垂直，那么塔架的倾斜方向可表示为∠EO′W′，所以塔架的倾斜方向可以通过90°+arcsin(EF/EO′)表示，其中0°<arcsin(EF/EO′)<90°。在一个示例中，该方法还可以包括采用计算设备计算倾斜度或倾斜方向。

图8是本发明又一实施例的塔架倾斜度检测装置的示例性结构简图。如图8所示，该装置包括容纳有检测介质的环形连通器810，检测环形连通器中检测介质之间的界面高度的介质界面接触单元820和根据上述介质界面接触单元820的检测结果计算塔架倾斜度或倾斜方向的计算设备830。在一个示例中，该装置还可以包括数据滤波单元，被配置为对计算得到的塔架的倾斜度和塔架的倾斜方向的数据进行滤波以滤除噪声数据。在一个示例中，该塔架可以为风力发电机组的塔架。根据本发明实施例的塔架倾斜度检测装置800可对应于根据本发明实施例的塔架倾斜度检测方法中的执行主体，并且塔架倾斜度检测装置800中的各个模块的上述和其它操作和/或功能分别为了实现图5中的方法的相应流程，为了简洁，在此不再赘述。在一个示例中，经上述计算设备830计算处理后的塔架的倾斜度数据和\或倾斜方向数据，可以输出给外部或远程的主控制器，该主控制器例如可以是主控PLC，该主控PLC再将数据传送到远程监控中心，可以实现塔架状态的远程在线实时监控。需要说明的是，该塔架倾斜度检测装置的计算设备930也可以设置在该主控制器内，作为主控制器的一个辅助控制单元来实现其功能。

图9是本发明又一实施例的塔架倾斜度检测装置的计算设备实现的结构示意图。如图9所示，图8描述的塔架倾斜度检测装置至少一部分可以由计算设备900构成，其包括输入设备901、输入端口902、处理器903、存储器904、输出端口905、以及输出设备906。其中，输入端口902、处理器903、存储器904、以及输出端口905通过总线910相互连接，输入设备901和输出设备906分别通过输入端口902和输出端口905与总线910连接，进而与计算设备900的其他组件连接。需要说明的是，这里的输出接口和输入接口也可以用I/O接口表示。具体地，输入设备901接收来自外部的输入信息，并通过输入端口902将输入信息传送到处理器903；处理器903基于存储器904中存储的计算机可执行指令对输入信息进行处理以生成输出信息，将输出信息临时或者永久地存储在存储器904中，然后通过输出端口905将输出信息传送到输出设备906；输出设备906将输出信息输出到计算设备900的外部。

也就是说，根据本发明实施例的塔架倾斜度检测装置中计算设备也可以被实现为包括存储有计算机可执行指令的存储器904；以及处理器903，该处理器903在执行计算机可执行指令时，可以实现结合图8描述的塔架倾斜度检测装置至少一部分功能。

需要说明的是，上述塔架倾斜度检测装置及方法不局限于检测风力发电机组塔架的倾斜度，还可以对例如电视塔、建筑物、建筑脚架等围护结构进行倾斜度的检测，其中的检测方法与实施例中对风力发电机组塔架的倾斜度检测类似，在此不再赘述。

需要明确，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些端口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。