一种桩基冲蚀坑监控系统的制作方法

本实用新型涉及监控技术领域，特别是涉及一种桩基冲蚀坑监控系统。

背景技术：

桥梁或海底的桩基对建筑物起到固定作用，由于海水长时间的冲蚀，桩基周围会出现冲蚀坑，当桩基周围的冲蚀坑比较严重时，就可能会威胁到以桩基为基础的建筑物的安全。传统的桥梁或海底桩基冲蚀坑监控有浮标、磁环和声呐等不同方式。

浮标监测的方法是利用在海底一定深度埋多个带标识的浮标，当泥沙被冲蚀浮标露出后会上浮到水面，这样就可以判断某个地点和深度的地层被冲蚀了。这种方案施工麻烦，而且只能监控到某个点某个深度的冲蚀情况，不能反映整个监控区域被冲蚀的过程。

磁环是在桩基周围安装磁性体，该磁性体可以沿着桩基上下滑动。当泥沙被冲蚀引起桩基周围整体下沉时，磁环就会下沉，磁感应机构将会接收桩基位置的变化。这种方案机构成本高，而且只能监测基础周围地面整体下沉的情况，不能反映局部区域的冲蚀坑风险。

声呐监控冲蚀坑主要是利用安装在监控点上方的声呐发出声波，并接收水底的声波反射，以测算出其距离的方法来确定是否形成了冲蚀坑及其深度。声呐分为单波束和多波束，现有的利用单波束声呐检测冲蚀坑的方法是监测人员乘坐船到达桩基附近，通过移动船的位置，来改变单波束射到海床上的反射点，只能监控几度波束角的区域，属于定点监测的方式，监控范围太小有可能漏掉形成了冲蚀坑的区域。多波束声呐能够监控一条带状或长方形区域，但是成本是单波束的几倍甚至几十倍。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种桩基冲蚀坑监控系统，解决了桩基冲蚀坑监控区域受限的问题和多波束声呐监控成本高的问题，在降低监控所需成本的基础上，扩大了对桩基冲蚀坑的监控区域。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种桩基冲蚀坑监控系统，包括：

发射单波束，并测量单波束发射点到桩基冲蚀坑中反射点的距离的测距传感器；

与所述测距传感器相连，控制所述测距传感器沿预设方向定点旋转预设角度，更换反射点的旋转执行器；

与所述测距传感器和所述旋转执行器分别相连，根据所述反射点到所述发射点的距离和所述测距传感器的旋转角度，计算并整合各所述反射点的空间坐标的处理器；

与所述处理器相连，显示整合后的各所述空间坐标的显示器。

在本实用新型的一种具体实施方式中，所述测距传感器具体为单波束声呐。

在本实用新型的一种具体实施方式中，所述旋转执行器具体为双轴云台。

在本实用新型的一种具体实施方式中，所述双轴云台包括与桩基的轴线平行的竖直轴和与所述桩基的轴线垂直的水平轴。

在本实用新型的一种具体实施方式中，所述竖直轴的旋转角范围为0°～180°；所述水平轴的旋转角范围为0°～180°。

在本实用新型的一种具体实施方式中，所述测距传感器具体为二维扫描单波束声呐。

在本实用新型的一种具体实施方式中，所述旋转执行器具体为单轴云台。

在本实用新型的一种具体实施方式中，所述单轴云台的轴线与所述桩基的轴线平行，所述二维扫描单波束声呐的轴线与所述桩基的轴线垂直。

在本实用新型的一种具体实施方式中，所述单轴云台的旋转角范围为0°～180°，所述二维扫描单波束声呐的旋转角范围为0°～180°。

在本实用新型的一种具体实施方式中，还包括：

与所述桩基的外壁相连，支撑所述测距传感器和所述旋转执行器的支架。

应用本实用新型实施例所提供的桩基冲蚀坑监控系统，该桩基冲蚀坑监控系统包括发射单波束，并测量单波束发射点到桩基冲蚀坑中反射点的距离的测距传感器；与测距传感器相连，控制测距传感器沿预设方向旋转预设角度，更换反射点的旋转执行器；与测距传感器和旋转执行器分别相连，根据反射点到发射点的距离和测距传感器的旋转角度，计算并整合各反射点的空间坐标的处理器；与处理器相连，显示整合后的各空间坐标的显示器。通过利用单波束测距的测距传感器对单波束发射点到桩基的冲蚀坑中的反射点进行测距，并利用与测距传感器相连的旋转执行器将测距传感器旋转预设的角度，更换为新的反射点进行测量，利用与测距传感器和旋转执行器分别相连的处理器对测量到的角度与各发射点到各反射点的距离进行计算，获得反射点的空间坐标，并将各反射点的空间坐标进行整合，利用显示器显示整合后的各反射点的空间坐标，扩大了对桩基冲蚀坑的监控区域，相对于多波束声呐，较大幅度地降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例中桩基冲蚀坑监控系统的一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例中桩基冲蚀坑监控系统的另一种结构示意图；

图3为本实用新型实施例中桩基冲蚀坑监控系统的另一种结构示意图。

附图中标记如下：

1-测距传感器、2-旋转执行器、3-处理器、4-显示器、5-电缆、11-单波束声呐、21-双轴云台、12-二维扫描单波束声呐、22-单轴云台、6-支架。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1，为本实用新型实施例中桩基冲蚀坑监控系统的一种结构示意图，该系统可以包括：

发射单波束，并测量单波束发射点到桩基冲蚀坑中反射点的距离的测距传感器1；

与测距传感器1相连，控制测距传感器1沿预设方向定点旋转预设角度，更换反射点的旋转执行器2；

与测距传感器1和旋转执行器2分别相连，根据反射点到发射点的距离和测距传感器1的旋转角度，计算并整合各反射点的空间坐标的处理器3；

与处理器3相连，显示整合后的各空间坐标的显示器4。

本实用新型实施例所提供的桩基冲蚀坑监控系统可以包括用于测量桩基冲蚀坑中的反射点到测距传感器1单波束发射点的距离的测距传感器1，当需要测量桩基周边的桩基冲蚀坑的冲蚀状况时，可以利用测距传感器1向桩基冲蚀坑发射单波束，发射波射到海床上得到反射点，反射点将波返回给测距传感器1，测距传感器1接收返回的波，从而测量出发射点到反射点的距离。本实用新型实施例对测距传感器1的种类不做限定，例如测距传感器1可以为发射超声波的超声波测距传感器，也可以为发射激光脉冲的激光测距传感器，也可以为发射红外信号的红外线测距传感器，还可以是如图2所示发射声波的单波束声呐11。

本实用新型实施例所提供的桩基冲蚀坑监控系统还可以包括与测距传感器1相连的旋转执行器2，可以预先设置测距传感器1旋转的方向，并且可以预先设置每次旋转转动的角度，通过设定每次旋转的转动角度，可以设定不同的测量精度，如可以设定每次转动5°。在测距传感器1测量完一个发射点到反射点的距离时，旋转执行器2可以控制测距传感器1在原位置沿预设方向进行定点旋转，并且每旋转预设的角度，测距传感器1发射一次单波束进行一次测距。本实用新型实施例对旋转执行器2的旋转范围不做限定，只要能够监控到桩基周围冲蚀坑的地貌图形即可。

旋转执行器2在带动测距传感器1旋转时，可以是只绕一个轴旋转，也可以是绕多个轴旋转。

本实用新型实施例所提供的桩基冲蚀坑监控系统还可以包括与测距传感器1和旋转执行器2分别相连的处理器3，测距传感器1采集到的各反射点到发射点的距离及旋转执行器2旋转的角度可以存储到处理器3中，处理器3可以根据距离数据和角度数据计算各反射点的空间坐标，并可以将各反射点的空间坐标进行整合。通过与处理器3相连的显示器4显示整合后的各反射点的空间坐标。处理器3对各反射点的空间坐标的整合方式可以是按照过桩基的轴线且与海平面垂直的截面为单位进行整合，通过显示多个截面中各反射点的坐标分布图，可以得出桩基冲蚀坑的地貌图形。

大多数情况下测距传感器1发射的单波束并非垂直于海床，当单波束方向传播方向与海床成一定夹角时，单波束射在海床上得到的反射点的坐标受该点深度的影响而没有规律，经过多次旋转，获得较多的反射点的空间坐标，可以预先设定一定的时间间隔，每达到预设的时间间隔，按照预设的旋转角度即预设的显示精度显示的各截面图上的坐标数据，从而获得桩基冲蚀坑的地貌图形，便于用户阅读和理解。

如图1所示，测距传感器1与旋转执行器2之间、测距传感器1与处理器3之间、及旋转执行器2与处理器3之间可以通过电缆5相连接。测距传感器1和旋转执行器2可以通过5到8芯的电缆5获得电源供应和通信控制，并可以配置水下插拔连接器。

需要说明的是，本实用新型实施例中处理器3对各反射点的空间坐标的计算程序是现有的，本实用新型实施例对此不做保护。

应用本实用新型实施例所提供的桩基冲蚀坑监控系统，该桩基冲蚀坑监控系统包括发射单波束，并测量单波束发射点到桩基冲蚀坑中反射点的距离的测距传感器；与测距传感器相连，控制测距传感器沿预设方向旋转预设角度，更换反射点的旋转执行器；与测距传感器和旋转执行器分别相连，根据反射点到发射点的距离和测距传感器的旋转角度，计算并整合各反射点的空间坐标的处理器；与处理器相连，显示整合后的各空间坐标的显示器。通过利用单波束测距的测距传感器对单波束发射点到桩基的冲蚀坑中的反射点进行测距，并利用与测距传感器相连的旋转执行器将测距传感器旋转预设的角度，更换为新的反射点进行测量，利用与测距传感器和旋转执行器分别相连的处理器对测量到的角度与各发射点到各反射点的距离进行计算，获得反射点的空间坐标，并将各反射点的空间坐标进行整合，利用显示器显示整合后的各反射点的空间坐标，扩大了对桩基冲蚀坑的监控区域，相对于多波束声呐，较大幅度地降低了成本。

在本实用新型的一种具体实施方式中，如图2所示，测距传感器1具体为单波束声呐11。

如图2所示，测距传感器1具体可以为单波束声呐11。在水中进行观察和测量，具有得天独厚条件的只有声波，这是由于其他探测手段的作用距离都很短，光在水中的穿透能力很有限，例如电磁波在水中也衰减太快，而且波长越短，损失越大，即使用大功率的低频电磁波，也只能传播几十米。然而，声波在水中传播的衰减就小得多，在深海声道中爆炸一个几公斤的炸弹，在两万公里外还可以收到信号，低频的声波还可以穿透海底几千米的地层，并且得到地层中的信息。在水中进行测量和观察，至今还没有发现比声波更有效的手段。单波束声呐11发出单波束声波，单波束声波在海底被反射回单波束声呐11的接收元件，根据发出和接收声波的时间差得出反射点到单波束声呐11的空间距离。

在本实用新型的一种具体实施方式中，如图2所示，旋转执行器2具体为双轴云台21。

基于上述实施例，如图2所示，可以控制测距传感器1沿预设方向定点旋转的旋转执行器2具体可以为双轴云台21。通过双轴云台21控制单波束声呐11沿两个不同方向旋转，可以扩大反射点在海床上分布的区域面积和密集度，两个轴的旋转范围可以由需要监控的区域及单波束声呐11离海底的高度确定。双轴云台21可以采用步进电机加编码器驱动，或直接采用伺服电机驱动，这样可以将单波束声呐11探测到的反射点的距离和两者转过的角度关联起来，进而经过处理器3的数据处理后，得到反射点的空间坐标。

在本实用新型的一种具体实施方式中，如图2所示，双轴云台21包括与桩基的轴线平行的竖直轴和与桩基的轴线垂直的水平轴。

如图2所示，双轴云台21可以包括与桩基的轴线平行的竖直轴和与桩基的轴线垂直的水平轴，竖直轴转动的同时，竖直轴作为主动轴可以带动水平轴的壳体一起转动，在竖直轴转动的过程中，水平轴的壳体在海床上的投影为一条线段。假设海床是一个平整的平面，当单波束声呐11绕竖直轴旋转时，声波射到海床上的反射点构成的图形为圆弧形，当单波束声呐11绕水平轴旋转时，声波射到海床上的反射点构成的图形为线段。为了方便处理器3对距离数据和角度数据的处理，可以运用控制变量法，控制单波束声呐11每次只绕其中一个轴转。

在本实用新型的一种具体实施方式中，如图2所示，竖直轴的旋转角范围为0°～180°；水平轴的旋转角范围为0°～180°。

如图2所示，可以根据实际情况将单波束声呐11和双轴云台21设置在距离海床适当的高度，单波束声呐11无需向水面以上发射单波束，所以可以设置双轴云台21的水平轴的旋转角为0°～180°，竖直轴只需要能够旋转半圈，即设置竖直轴的旋转角范围为0°～180°，反射点可能出现的位置一般就可以覆盖到桩基附近的整个冲蚀坑。

在本实用新型的一种具体实施方式中，如图3所示，测距传感器1具体为二维扫描单波束声呐12。

如图3所示，测距传感器1具体可以为二维扫描单波束声呐12，二维扫描单波束声呐12可以绕自身中心轴旋转，假设海床是一个平整的平面，旋转的过程中二维扫描单波束声呐12发射的单波束在海床上获得的反射点在同一直线上。二维扫描单波束声呐12发射单波束，相对于多波束声呐，成本较低。

在本实用新型的一种具体实施方式中，如图3所示，旋转执行器2具体为单轴云台22。

基于上述实施例，如图3所示，由于测距传感器1采用了二维扫描单波束声呐12，二维扫描单波束声呐12本身就可以绕自身轴旋转，因此旋转执行器2具体可以为单轴云台22，使得二维扫描单波束声呐12可以绕单轴云台22的中心轴旋转。单轴云台22同样可以采用步进电机加编码器驱动，或直接采用伺服电机驱动，这样可以将二维扫描单波束声呐12探测到的反射点的距离和两者转过的角度关联起来，进而经过处理器3的数据处理后，得到反射点的空间坐标。

在本实用新型的一种具体实施方式中，如图3所示，单轴云台22的轴线与桩基的轴线平行，二维扫描单波束声呐12的轴线与桩基的轴线垂直。

基于上述实施例，如图3所示，可以设置单轴云台22的轴线与桩基的轴线平行，二维扫描单波束声呐12的轴线与桩基的轴线垂直。通过二维扫描单波束声呐12和单轴云台22共同控制向不同方向发射单波束，可以扩大反射点在海床上分布的区域面积和密集度，二维扫描单波束声呐12和单轴云台22的旋转范围可以由需要监控的区域及二维扫描单波束声呐12离海底的高度确定。

在本实用新型的一种具体实施方式中，如图3所示，单轴云台22的旋转角范围为0°～180°，二维扫描单波束声呐12的旋转角范围为0°～180°。

如图3所示，根据桩基冲蚀坑的区域分布情况，可以设置单轴云台22的旋转角范围为0°～180°，二维扫描单波束声呐12的旋转角范围为0°～180°。其旋转角度范围确定过程可以参照上述实施例图3中的角度旋转范围确定过程。

在本实用新型的一种具体实施方式中，如图1、图2及图3所示，该桩基冲蚀坑监控系统还可以包括：

与桩基的外壁相连，支撑测距传感器1和旋转执行器2的支架6。

如图1、图2及图3所示，该桩基冲蚀坑监控系统还可以包括与桩基的外壁相连，用于支撑测距传感器1和旋转执行器2的支架6，该支架6可以通过铰接的方式垂直连接于桩基的侧壁。并且可以在桩基侧壁的同一高度，不同方向设置多套以支架6作为支撑的对桩基冲蚀坑进行监控的装置，例如，可以在均匀分布的四个方向分别设置该监控装置，这样可以较全面的监控桩基周围各个方向的冲蚀坑情况。支架6可以采用不锈钢制作，稳定性强，且不易被腐蚀。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的一种桩基冲蚀坑监控系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。