一种用于焊钉加固风电塔筒内监测点的定位装置及方法

1.本发明涉及风机基础定位技术领域，特别是涉及一种用于焊钉加固风电塔筒内监测点的定位装置及方法。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.风力发电作为新能源形式越来越普及，由于先前设计风机基础的相关规范并未完善，许多风机基础并不能满足项目的可行性要求，随着使用时间的增长，基础中出现较多裂缝、锚杆拉断等问题，严重影响风机的正常运转。
4.重新更换风机基础会十分消耗人力物力和财力，为了减少损失进而维持风机正常运作需要采取对风机基础的加固措施，所以风机基础加固项目日益普遍，为了验证风机基础加固项目的效果就需要对加固位置进行监测分析，因此风机加固监测项目应运而生。加固监测项目中需要对塔筒外侧焊钉位置处安装焊钉应变计以及外侧焊钉相对应的塔筒内侧位置张贴应变片进行监测，以获取塔筒外侧的焊钉与同位置塔筒内壁的应变情况，对塔筒内外侧点位进行精确定位变得尤为重要，如果内外两侧定位的点位误差过大，那么监测仪器安装的内外两点差距太大，会导致焊钉应变计监测位置结果与内壁应变片监测位置结果结合分析不准确，监测数据失去原有价值。
5.发明人发现，由于缺少可以间隔塔筒进行内外定位的设备，所以目前在实际工程中，现场施工人员往往通过刻度尺与肉眼观察感觉来大致确定两侧点位情况，这样的定位方法存在较大误差，导致监测结果达不到最大的数据价值。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于焊钉加固风电塔筒内监测点的定位装置及方法，通过振子换能器、加热元件和声波感应元件、热感应元件的配合实现监测点的定位，利用热信号实现初步定位，并利用声波信号进行最终定位，在两种定位方式的先后配合下实现了监测点的精确定位，解决了现有塔筒内壁监测点定位不准确的问题。
7.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
8.第一方面，本发明提出一种用于焊钉加固风电塔筒内监测点的定位装置，包括固定于第一壳体的振子换能器和加热元件、固定于第二壳体的声波感应元件和热感应元件，第一壳体和第二壳体相对设置，且声波感应元件接收振子换能器的声波信号并传输至分析处理装置，热感应元件接收加热元件的热信号并传输至分析处理装置，由热信号进行初步定位后再根据声波信号精定位。
9.作为进一步的技术方案，所述第一壳体一端开口，另一端封闭，第一外壳的开口处为弧形开口。
10.作为进一步的技术方案，所述第一外壳封闭端处与第一支架固定连接，第一外壳
封闭端的中心位置处与手柄螺丝杆连接。
11.作为进一步的技术方案，所述手柄螺丝杆包括与第一外壳螺纹连接的螺丝杆体，螺丝杆体一端固设手柄，螺丝杆体另一端与振子换能器固接。
12.作为进一步的技术方案，所述螺丝杆体还与弧形罩固定连接，加热元件固定于弧形罩。
13.作为进一步的技术方案，所述螺丝杆体为中空结构，其中空结构可供振子换能器和加热元件的电源导线穿过。
14.作为进一步的技术方案，所述加热元件与第一外壳开口之间还设有环形磁铁。
15.作为进一步的技术方案，所述第二壳体具有弧形开口，且第二壳体的尺寸大于第一壳体的尺寸。
16.作为进一步的技术方案，所述分析处理装置包括信号处理模块，信号处理模块接收声波感应元件的信号并转换为声波定位图像信号，信号处理模块接收热感应元件的信号并转换为热成像图像信号；所述信号处理模块还与显示屏连接。
17.第二方面，本发明提出一种如上所述的用于焊钉加固风电塔筒内监测点的定位装置的定位方法，包括以下步骤：
18.对塔筒外侧待测位置进行标记；
19.将第一壳体、加热元件紧贴塔筒外侧待测位置，对塔筒点位进行加热；
20.在塔筒内侧初步确定定位区域，热感应元件接收热信号并传输至分析处理装置，分析处理装置转换成热感应图像，将第二壳体紧贴塔筒内壁，调整位置同时根据热感应图像情况，寻找成像区域颜色最深处，进行范围标记并涂抹耦合剂；
21.使振子换能器产生声波震动，声波感应元件接收声波信号并传输至分析处理装置，分析处理装置转换成声波定位图像，根据声波接收的精确位置进行最终标记。
22.上述本发明的有益效果如下：
23.(1)本发明通过振子换能器、加热元件和声波感应元件、热感应元件的配合实现监测点的定位，利用热信号实现初步定位，并利用声波信号进行最终定位，在两种定位方式的先后配合下实现了监测点的精确定位，避免了肉眼或刻度尺定位的误差问题。
24.(2)本发明将第一壳体和第二壳体开口处均设置成了弧形结构，能够使得信号发射装置和信号接收装置与塔筒壁完美贴合，避免了信号的丢失。
25.(3)本发明第二壳体大于第一壳体的尺寸，保证了声波信号接收装置能够完全将信号发射装置发出的声波信号接收，避免了声波信号的丢失，保证了数据的准确性。
26.(4)本发明在振子换能器和加热元件之间设置了弧形罩，不仅避免了加热元件工作对振子换能器的损坏，还能进一步避免声波信号传递过程中的丢失，提高了定位的准确性。
附图说明
27.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
28.图1是本发明根据一个或多个实施方式的一种用于焊钉加固风电塔筒内监测点的定位装置的整体结构示意图；
29.图2是本发明根据一个或多个实施方式的信号发射装置的结构示意图；
30.图3是本发明根据一个或多个实施方式的信号发射装置的另一角度结构示意图；
31.图4是本发明根据一个或多个实施方式的信号接收装置的结构示意图；
32.图5是本发明根据一个或多个实施方式的分析处理装置的结构示意图；
33.图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
34.其中，1、信号发射装置；2、信号接收装置；3、分析处理装置；
35.1-1、电源导线；1-2、第一支架；1-3、第一外壳；1-4、振子换能器；1-5、弧形罩；1-6、加热环；1-7、环形磁铁；1-8、手柄螺丝杆；1-9、导线插孔；
36.2-1、热感应元件；2-2、第二外壳；2-3、电源信号传输线；2-4、第二支架；
37.3-1、接收装置电源信号传输插口；3-2、发射装置电源插口；3-3、充电插口；3-4、第三外壳；3-5、发射装置电源开关；3-6、信号处理开关；3-7、显示屏。
具体实施方式
38.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
39.正如背景技术所介绍的，现有的定位过程中，由于缺少可以间隔塔筒进行内外定位的设备，在实际工程中，现场施工人员往往通过刻度尺与肉眼观察感觉来大致确定两侧点位情况，这样的定位方法存在较大误差，导致监测结果达不到最大的数据价值的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种用于焊钉加固风电塔筒内监测点的定位装置及方法。
40.实施例1
41.本发明的一种典型的实施方式中，如图1-图5所示，提出一种用于焊钉加固风电塔筒内监测点的定位装置，包括，信号发射装置1、信号接收装置2和分析处理装置3，信号发射装置1和信号接收装置2分别与分析处理装置3连接。
42.信号发射装置1包括电源导线1-1、外部支架1-2、第一外壳1-3、振子换能器1-4、弧形罩1-5、加热环1-6、环形磁铁1-7、手柄螺丝杆1-8和导线插孔1-9。
43.其中，第一外壳1-3主要起到保护固定的作用，振子换能器1-4和加热环1-6均设置在第一外壳1-3内，加热环1-6可以通电加热，提升塔筒点位的温度，振子换能器1-4可以将电能转换成动能，作用于塔筒产生声波震动。
44.具体的，第一外壳1-3为一端开口，另一端封闭的结构，第一外壳1-3的开口处为弧形开口，弧形开口的设置使得第一外壳1-3的开口处能够紧贴圆形塔筒；
45.第一外壳1-3封闭端处与第一支架1-2固定连接，第一支架1-2起到支撑整个信号发射装置1的作用，第一外壳1-3封闭端的中心位置处还设有螺纹孔，用于安装手柄螺丝杆1-8。
46.手柄螺丝杆1-8由安装支架、螺丝杆和手柄组成，其中，安装支架设置在第一外壳1-3的内部，螺丝杆设置在第一外壳1-3封闭端中心处的螺纹孔内。螺丝杆的一端深入至第一外壳1-3的内部并与安装支架固定连接，螺丝杆的另一端伸出第一外壳1-3的封闭端并与手柄固定连接。
47.手柄螺丝杆1-8主要用于带动振子换能器1-4和加热环1-6运动，具体的，振子换能器1-4和加热环1-6均与手柄螺丝杆1-8的安装支架固定连接，当旋转手柄螺丝杆1-8时，手柄螺丝杆1-8会带动安装支架运动，进而带动振子换能器1-4和加热环1-6运动，从而使得振子换能器1-4和加热环1-6靠近或远离塔筒壁。
48.手柄螺丝杆1-8为中空结构，手柄螺丝杆1-8伸出第一外壳1-3一端的尾部设有导线插孔1-9，具体的，螺丝杆的内部为中空结构，螺丝杆伸出第一外壳1-3一端的尾部设有导线插孔1-9，振子换能器1-4和加热环1-6的电源导线1-1均穿过手柄螺丝杆1-8的内部，进而接入到分析处理装置3内的电源上，这种设置避免了在第一外壳1-3上过多的开洞，保证了信号发射装置1的外观不受损害，且简化了电源导线1-1的布线方式。
49.振子换能器1-4和加热环1-6之间设有弧形罩1-5，弧形罩1-5的弧度与第一外壳1-3的弧度相同，弧形罩1-5的主要作用是减少振子换能器在声波传递时的能量损失，同时可以降低加热环1-6产生的热量对振子换能器的影响。
50.加热环1-6与第一外壳1-3开口之间还设有环形磁铁1-7，环形磁铁1-7的主要作用是将信号发射装置1吸附在塔筒壁上，便于信号发射装置1的固定，免去人工手持装置紧贴塔筒壁的情况。
51.信号接收装置2由热感应元件2-1、声波感应元件(图中未示出)、第二外壳2-2、电源信号传输线2-3和第二支架2-4组成，第二支架2-4起到对整个装置的支撑作用。
52.第二外壳2-2与第一外壳1-3结构相似，即同样为一端开口，另一端封闭的结构，不同之处在于，第二外壳2-2封闭端的中心处为用于电源信号传输线2-3穿过的通孔。
53.其中，信号接收装置2的第二外壳2-2的开口处同样设置为弧形开口，使得信号接收装置2能够紧贴在圆形塔筒壁上，且信号接收装置2的第二外壳2-2尺寸大于信号发射装置1的第一外壳1-3，这种设置便于信号接收装置2能够将信号发射装置1的信号完全接收而不出现信号缺失现象的发生，保证了数据的准确性。
54.热感应元件2-1固定设置在第二外壳2-2的内部，并与第二外壳2-2紧密贴合，热感应元件2-1为弧形板结构，弧度与第二外壳2-2的弧度相同。声波感应元件的设置形式可与热感应元件相同。
55.热感应元件2-1、声波感应元件通过电源信号传输线2-3与分析处理装置3连接，将捕捉到的被测物体的热信号和声波信号转换为电信号传递至分析处理装置3中。
56.分析处理装置3由接收装置电源信号传输插口3-1、发射装置电源插口3-2、充电插口3-3、第三外壳3-4、发射装置电源开关3-5、信号处理开关3-6和显示屏3-7、电源、信号处理模块组成。
57.接收装置电源信号传输插口3-1、发射装置电源插口3-2、充电插口3-3、发射装置电源开关3-5、信号处理开关3-6和显示屏3-7均设置在第三外壳3-4上，第三外壳3-4的内部设有电源和信号处理模块。
58.信号处理模块的主要作用是将从信号接收装置2内接收到的电信号分别转换成为热成像图像信号与声波定位图像信号。
59.本实施例中第三外壳3-4为长方体结构，在其他实施例中也可以采用圆柱体等其他的结构形式，这里不做过多限制。
60.显示屏3-7的主要作用是将信号处理模块从信号接收装置2内接收到的电信号分
别转换成为热成像图像信号和声波定位图像信号呈现出来，便于使用者观察。
61.信号处理开关3-6与信号处理模块连接，为船型三档开关，可以控制信号处理模块信号处理工作和信号接收装置2工作的开启和关闭，且能够随意切换显示屏3-7图像的显示类型以及热感应元件2-1的接收工作。
62.电源为锂电池，与充电插口3-3连接，电源的主要作用是为信号发射装置1、信号接收装置2和分析处理装置3提供电源支持。
63.其中，锂电池通过内部电源导线为分析处理装置3的各模块及功能部件提供电源支持，同时，锂电池通过接收装置电源信号传输插口3-1与信号接收装置2的电源信号传输线2-3连接，通过电源信号传输线2-3为信号接收装置2提供电力支持，且信号接收装置2通过电源信号传输线2-3将电信号传输至分析处理装置3中，且通过信号处理开关3-6控制信号接收装置2以及信号处理模块的工作。
64.锂电池还通过发射装置电源插口3-2与信号发射装置1的电源导线1-1连接，通过电源导线1-1为信号发射装置1提供电力支持，通过发射装置电源开关3-5控制电力传输的通断，进而控制信号发射装置1工作的启停，且发射装置电源开关3-5设有加热环开关档位和振子换能器开关档位，具有功能切换的功能，能够对信号发射装置1中振子换能器1-4和加热环1-6的工作进行切换。
65.在实际应用中，通过热源感应定位和声波感应定位两种定位方式的先后配合，实现塔筒内外侧点位的精确定位，摆脱了肉眼或刻度尺粗略定位的缺陷，且不会对塔筒造成损害；整个装置结构简单，操作灵活方便，省时省力，能够为现场施工人员所接受。
66.实施例2
67.本技术的另一典型实施例中，提供如实施例1中用于焊钉加固风电塔筒内监测点的定位装置的定位方法，具体如下：
68.a、查看施工现场待测位置，对塔筒外侧待测位置进行标记；
69.b、将信号发射装置1紧贴塔筒外侧待测位置，通过旋扭手柄螺丝杆1-8使加热环1-6与第一外壳1-3平齐紧贴塔筒，并连接电源导线1-1至发射装置电源插口3-2，将发射装置电源开关3-5切换至加热环开关处，使加热环对塔筒点位进行加热5-10分钟；
70.c、在塔筒内侧初步确定定位区域：根据外侧信号发射装置的位置，初步锁定塔筒内侧需要安放信号接收装置的大致范围，信号接收装置与信号发射装置在塔筒内外壁相对设置，连接信号接收装置2的电源信号传输线2-3至分析处理装置3的接收装置电源信号传输插口3-1，将信号处理开关3-6切换至热感应模块，使信号接收装置2热感应元件开始工作，显示屏3-7开始显示当前信号接收装置所在位置处的热感应图像，将信号接收装置紧贴塔筒内壁，不断在初步锁定范围内调整信号接收装置的位置同时查看分析处理装置3显示屏3-7图像情况，直至寻找显示屏3-7中成像区域颜色最深处范围，即表示温度最高处，此时信号接收装置所在的塔筒内壁位置就大致是塔筒外侧信号发射装置位置，进行范围标记并涂抹耦合剂，并关闭热感应元件电路；
71.d、关闭信号发射装置加热环处电路，分别将发射装置电源开关3-5和信号处理开关3-6切换至振子换能器1-4部分和声波感应元件部分，使产生的声波传递至塔筒，同时显示屏中会呈现声波定位图像，查看显示屏中声波接收的精确位置进行最终标记；
72.e、关闭所有开关，整理设备仪器。
73.采用了该定位装置，能够快速精确的进行塔筒内外侧定位，且操作十分简单，设备使用寿命长，经济实用。
74.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。