[发明专利]用于确定装料区内混合物中的沉积层体积的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定机器的装料区中混合物中的沉积层的体积V_s的方法和装置，其中该混合物由沉积层和位于该沉积层上方的混合液（mixture soup）组成。

背景技术

机器的装料区中（例如在船舶（诸如挖泥船，如耙吸式挖泥船）的容器（开口区域或者漏斗）中）底层的沉积量的确定对于确保疏浚尽可能的有效是非常重要的。

此类耙吸式挖泥船用于维持船运通道的深度或者加深船运通道，以疏浚新的船运通道，以及用于沙子和碎石的抽取，例如用于基建工程和土地开垦。

根据作业的种类疏浚广泛不同的材料：淤泥、粘土、细沙、粗沙、碎石、岩石和通常所述材料的组合。抽吸过程必须匹配底层的种类。填充装料区的速度必须匹配被疏浚的混合物的沉积速度。如果装料区填充过快，材料的一部分将得不到足够的时间来沉积并将经由溢流再次离船。过慢的填充从成本角度讲没有吸引力。因此了解被疏浚的水和底层的混合物在装料区中沉积得有多快是非常重要的。这将结合图1详细解释。图1示出机器的装料区的横截面。

疏浚循环始于空的装料区1，该空的装料区在预定的时间（通常大约1到2小时）内装料。在该时间内，装料区1中的混合物的水平面升高，并且混合物的一部分同时沉积。该沉积的部分称作沙层或者沉积层5（沉积的沙子）。其上方未沉积的混合物称作混合液3。

如果到达装料区水平面的最高处，混合液3的顶层2经由所谓的溢流向外流出，并且装料能继续另一时段（该情况在图1中未示出）。

该原因是由于经由溢流离开装料区1的混合液3的密度ρ_m在当时仍低于被装料的密度。沉积层5的高度升高并且因此沉积层5上方的混合液3的密度ρ_m也升高。该过程继续进行直至经由溢流流走的混合液3的密度ρ_m如此之高以至于继续装料不再有效率。

为了让装料过程尽可能高效地运行，有必要了解沉积速度：淤泥不沉积，细沙沉积很慢，粗沙更快，而碎石和岩石立刻下沉。根据该沉积速度和沉积层5的高度h_s上升的相关速度，疏浚过程能在装料速度和被疏浚的混合物的密度方面作不同的策划，以便沉积过程更有效率地运行。

因此了解装料期间沉积层5的高度h_s是有益的。用于确定该高度的技术已从现有技术中得知。

在具有公开号EP0456629的专利文件中，描述了各种测量原理，其中根据装料区的高度变化通过放射性的方法来测量密度。该方法复杂、昂贵且由于辐射危害而难以完成，并且其使用因而也被严格限制。

在具有公开号EP1783466的专利文件中，一旦装料过程已经停止，等待直到全部底层沉积之后，随后才测得沉积层的高度h_s。该方法假设沉积层上方的混合物由水组成。该方法因而不适用于装料过程期间，以使得装料过程在装料期间不受影响。

此外，现有技术中还公知的是通过超声或者雷达测距从上方确定装料区中混合物的混合物高度h_h。因而考虑到机器（船舶）的纵倾和倾侧以及装料区1的形状，得知疏浚的混合物的高度h_h并且能计算体积V_h。

装料区1中疏浚的混合物的重量也被测量。这可借助合适的称重设备来完成。如果机器为船舶，这可通过测量该船舶深度的变化来完成：额外排开的水量ΔV_w的质量等于装料区中的质量m：m=ΔV_w.ρ_w，其中ρ_w是该船舶航行所处的水的密度。

装料区中的平均密度能由这些数据计算：ρ_h=m/V_h。然而，混合物中沉积层的高度不能因此得知，并且因而也不可能确定沉积层的高度增加的速度。

从“Initial Corps Experience with Tons Dry Solids（TDS）Measurement”（T.L.Welp等著），2000年7月（2000-07），XP002637154（参考因特网链接：http://handle.dtic.mi1/100.2/ADA380019，2011年9月5日）中，可得知用于确定漏斗中存在多少质量的固体颗粒的测量方法。然而，该文件没有给出确定有多少实际沉积的固体颗粒的解决方案。因此该文件仅可用于分析已满载的漏斗，而不适用于在装载期间确定已沉积的材料的数量。