论文部分内容阅读
摘 要：疏浚泥浆产量计可以引入电阻层析成像技术（ERT）密度计来取代传统核技术密度计，本文介绍了基于ERT技术产量计的主要组成，分析了其核心组件ERT密度计工作原理及行业应用优势，并在施工现场进行了实验研究。通过试验记录、分析了不同泥浆密度下核技术产量计、ERT技术产量计测量数据和舱容直接测量数据，结论表明在水平安装时基于ERT技术产量计比基于核技术产量计测量数据更精确。
关键词：电阻层析成像;疏浚;泥浆;产量;挖泥船
中图分类号：U616 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）04-0000-00
0引言
泥浆流动状态监测是疏浚施工中必不可少的环节。管线典型位置的泥浆混合物浓度、流速及对应的固相产量测量值不仅有助于提高施工效率和经济效益，同时也是安全平稳施工的重要辅助决策依据[1]。已有研究可知这些参数的测量与计算是由产量计来完成的，典型疏浚工程船产量计由电磁流量计，密度计、产量计主机及相关电气连接装置组成。
1 ERT产量计组成及其原理
基于ERT技术的疏浚用产量计一般由电磁流量计及其变送器，ERT传感器，产量计主机及相关电气连接装置构成，如图1所示。
ERT基本数学原理为Radon变换及Radon逆变换，其经典表达式如式（2-1）所示：
（2-1）
Radon于1917年推导出式（2-14）的反变换公式（2-2）：
（2-2）
式中（2-2）中 为 关于第一变元q的偏导数。Radon反变换的含义为通过“图像” 在某一方向上的投影 对原图像进行重建。
疏浚ERT產量计中的ERT传感器由电极阵列，激励信号发生装置，数据采集与处理装置组成，其处理后的数据可供ERT主机进一步处理。
2试验研究
2.1实验方案
实验在某耙吸挖泥船进行，该船为双车、双浆、双舵、双耙、单耙施工的挖泥船，可耙吸装舱、抽舱吹填和艏喷，适用于挖掘淤泥、砂质土、粘土、亚粘土、密实性砂质粘土和密实细砂等土质，仓容1000m3。实验期间同一管线分别安装工频交流励磁电磁流量计、集ERT传感器和放射源一体式密度计及对应两台产量计主机。核子密度计放射源、射线探测器相对置于ERT传感器外侧，与水平成45°夹角，两套设备测量点处于管道同一横截面。
实际施工过程中采用工频交流励磁电磁流量计测量混合物流速，分别采集基于ERT密度测量技术产量计实测数据、基于核密度测量技术产量计实测数据、装舱堆积体积并进行三者对比。
2.2实验数据及分析
表1为实船施工过程中不同泥浆密度下，装驳堆积量与分别采用两种密度测量技术的产量计测量堆积方量与装舱堆积固体体积对比表。流量信号均采用工频交流励磁电磁流量计测量结果（测量偏差+/-1.5%），土质密度参数设定为1.73×10^3kg/^3。
由表1可知，基于ERT技术产量计测量结果、基于核技术产量计测量结果与装舱堆积物体积整体趋势具有一致性，ERT测量结果偏差为0～+5%以内且其大小与泥浆密度值无关，核技术测量结果偏差为负，且随着密度增大偏差值越大，最高接近-18%。
在测量技术原理上，核密度计测量精确性与其安装位置有很大关系。水平安装泥浆中固体成分比水的密度大输送过程中容易沉积在排泥管横截面的下半部分，不在射线的探测范围，因而在水平安装时通常会造成测量结果偏小，且随着泥浆密度的增加其偏差越来越大;ERT传感器由于测量原理上只取决于排泥管截面固液两相分布，因而其测量结果与管道水平安装姿态无关。同样，相关实测结果与理论分析具有一致性。
3结论
ERT技术可以用于疏浚工程船液固两相流固相密度测量，采用基于ERT密度计的产量计与传统涉核技术相比具有无操作风险，维护管理成本低等优点。从实船施工实验测量数据来看，基于ERT技术产量计测量数据，基于核技术产量计测量疏浚和舱容直接测量数据在整体变化趋势上具有一致性;在同时水平安装时，基于ERT技术产量计测量数据更接近直接测量数据，在精确性上超过传统基于核技术产量计。
参考文献
[1]欧学孟.绞吸式挖泥船泥浆流速和浓度率定研究[J].中国水运，2018，18（9）：129-130.
收稿日期：2020-03-15
作者简介：刘士军（1976—），男，黑龙江龙江人，本科，工程师，研究方向：船舶轮机工程。
Experiment Research on ERT-based Dredging Slurry Concentration Measurement
LIU Shijun1，ZHANG Miao2
（1. Nansha Navigation Marking and Surveying Institute， Nansha Waterway Affairs Center， Guangzhou Guangdong 510000;
2. Wuhan Green Forest System Technology Co.， Ltd.， Wuhan Hubei 430074）
Abstract：The dredged mud output meter can introduce electrical resistance tomography （ERT） density meter to replace the traditional nuclear technology density meter. This article introduces the main components of the ERT technology output meter， and analyzes its core component ERT density meter working principle and industryApplication advantages， and conducted experimental research on the construction site.Through test records and analysis of nuclear technology yield meter， ERT technology yield meter measurement data and tank volume direct measurement data under different mud densities， the conclusion shows that the measurement data based on ERT technology yield meter is more accurate than nuclear technology yield meter when installed horizontally.
Keywords： ERT;dredging;slurry;yield;dredger
关键词：电阻层析成像;疏浚;泥浆;产量;挖泥船
中图分类号：U616 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）04-0000-00
0引言
泥浆流动状态监测是疏浚施工中必不可少的环节。管线典型位置的泥浆混合物浓度、流速及对应的固相产量测量值不仅有助于提高施工效率和经济效益，同时也是安全平稳施工的重要辅助决策依据[1]。已有研究可知这些参数的测量与计算是由产量计来完成的，典型疏浚工程船产量计由电磁流量计，密度计、产量计主机及相关电气连接装置组成。
1 ERT产量计组成及其原理
基于ERT技术的疏浚用产量计一般由电磁流量计及其变送器，ERT传感器，产量计主机及相关电气连接装置构成，如图1所示。
ERT基本数学原理为Radon变换及Radon逆变换，其经典表达式如式（2-1）所示：
（2-1）
Radon于1917年推导出式（2-14）的反变换公式（2-2）：
（2-2）
式中（2-2）中 为 关于第一变元q的偏导数。Radon反变换的含义为通过“图像” 在某一方向上的投影 对原图像进行重建。
疏浚ERT產量计中的ERT传感器由电极阵列，激励信号发生装置，数据采集与处理装置组成，其处理后的数据可供ERT主机进一步处理。
2试验研究
2.1实验方案
实验在某耙吸挖泥船进行，该船为双车、双浆、双舵、双耙、单耙施工的挖泥船，可耙吸装舱、抽舱吹填和艏喷，适用于挖掘淤泥、砂质土、粘土、亚粘土、密实性砂质粘土和密实细砂等土质，仓容1000m3。实验期间同一管线分别安装工频交流励磁电磁流量计、集ERT传感器和放射源一体式密度计及对应两台产量计主机。核子密度计放射源、射线探测器相对置于ERT传感器外侧，与水平成45°夹角，两套设备测量点处于管道同一横截面。
实际施工过程中采用工频交流励磁电磁流量计测量混合物流速，分别采集基于ERT密度测量技术产量计实测数据、基于核密度测量技术产量计实测数据、装舱堆积体积并进行三者对比。
2.2实验数据及分析
表1为实船施工过程中不同泥浆密度下，装驳堆积量与分别采用两种密度测量技术的产量计测量堆积方量与装舱堆积固体体积对比表。流量信号均采用工频交流励磁电磁流量计测量结果（测量偏差+/-1.5%），土质密度参数设定为1.73×10^3kg/^3。
由表1可知，基于ERT技术产量计测量结果、基于核技术产量计测量结果与装舱堆积物体积整体趋势具有一致性，ERT测量结果偏差为0～+5%以内且其大小与泥浆密度值无关，核技术测量结果偏差为负，且随着密度增大偏差值越大，最高接近-18%。
在测量技术原理上，核密度计测量精确性与其安装位置有很大关系。水平安装泥浆中固体成分比水的密度大输送过程中容易沉积在排泥管横截面的下半部分，不在射线的探测范围，因而在水平安装时通常会造成测量结果偏小，且随着泥浆密度的增加其偏差越来越大;ERT传感器由于测量原理上只取决于排泥管截面固液两相分布，因而其测量结果与管道水平安装姿态无关。同样，相关实测结果与理论分析具有一致性。
3结论
ERT技术可以用于疏浚工程船液固两相流固相密度测量，采用基于ERT密度计的产量计与传统涉核技术相比具有无操作风险，维护管理成本低等优点。从实船施工实验测量数据来看，基于ERT技术产量计测量数据，基于核技术产量计测量疏浚和舱容直接测量数据在整体变化趋势上具有一致性;在同时水平安装时，基于ERT技术产量计测量数据更接近直接测量数据，在精确性上超过传统基于核技术产量计。
参考文献
[1]欧学孟.绞吸式挖泥船泥浆流速和浓度率定研究[J].中国水运，2018，18（9）：129-130.
收稿日期：2020-03-15
作者简介：刘士军（1976—），男，黑龙江龙江人，本科，工程师，研究方向：船舶轮机工程。
Experiment Research on ERT-based Dredging Slurry Concentration Measurement
LIU Shijun1，ZHANG Miao2
（1. Nansha Navigation Marking and Surveying Institute， Nansha Waterway Affairs Center， Guangzhou Guangdong 510000;
2. Wuhan Green Forest System Technology Co.， Ltd.， Wuhan Hubei 430074）
Abstract：The dredged mud output meter can introduce electrical resistance tomography （ERT） density meter to replace the traditional nuclear technology density meter. This article introduces the main components of the ERT technology output meter， and analyzes its core component ERT density meter working principle and industryApplication advantages， and conducted experimental research on the construction site.Through test records and analysis of nuclear technology yield meter， ERT technology yield meter measurement data and tank volume direct measurement data under different mud densities， the conclusion shows that the measurement data based on ERT technology yield meter is more accurate than nuclear technology yield meter when installed horizontally.
Keywords： ERT;dredging;slurry;yield;dredger