一种海上风机塔筒腐蚀监测及动态响应故障预警装置

技术领域

本发明涉及风力发电运维设备技术领域，尤其涉及一种海上风机塔筒腐蚀监测及动态响应故障预警装置。

背景技术

风电机组的塔筒被海水、盐雾腐蚀是影响海上风电设备结构安全的主要因素之一，塔筒腐蚀对风电机组整体动力学特征有极大影响，塔筒腐蚀程度达到裕度余量前在受到极端载荷作用下同样存在严重的安全风险。

在现有技术中，对风电机组的塔筒腐蚀监测存在下述缺陷：一方面，易受到环境变化而产生扰动测量结果；另一方面，对锈蚀层表面剥落程度较为敏感，而锈蚀层表面剥落程度作为随机扰动无法准确对其进行预测，导致测量结果误差较大。

为此，针对上述的技术问题还需进一步解决。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种海上风机塔筒腐蚀监测及动态响应故障预警装置，以实现在实时进行腐蚀监测及动态响应故障预警过程中避免受到风机塔筒外部环境变化而产生扰动测量结果；避免将锈蚀层表面剥落程度作为随机扰动无法准确对其进行预测的情况，进而减小测量结果误差。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明第一方面提供一种海上风机塔筒腐蚀监测及动态响应故障预警装置，包括：

磁吸固定座单元，分别设置在风机塔筒的飞溅区、第一大气区和第二大气区的内侧壁上；

测量单元，设置在所述磁吸固定座单元内；

数据传输单元，同时设置在所述飞溅区、所述第一大气区、所述第二大气区和机舱内，所述数据传输单元与所述测量单元通信连接并且将所述测量单元获取到的厚度数据信息进行传输；

腐蚀监测服务器，设置在所述机舱内，所述腐蚀监测服务器与所述数据传输单元通信连接，接收所述数据传输单元传输的所述测量单元获取到的所述厚度数据信息并且对所述厚度数据信息进行处理，以实时进行腐蚀监测及动态响应故障预警；

其中，所述测量单元包括：

超声波传感设备，设置在所述磁吸固定座单元的内部且与所述磁吸固定座单元相连接，所述超声波传感设备用于测量所述风机塔筒的厚度数据信息；

数据采集卡，设置在所述磁吸固定座单元的内部且与所述超声波传感设备通信连接，同时对所述厚度数据进行临时储存；

多通道信号预处理模块，设置在所述磁吸固定座单元的内部且与所述数据采集卡信号连接，同时对所述厚度数据信息进行预处理。

进一步地，所述磁吸固定座单元包括：

底座，分别在所述飞溅区、所述第一大气区和所述第二大气区内与所述风机塔筒的内侧壁相连接；

磁吸组件，设置在所述底座上，并且与所述底座相连接；

壳组件，与所述底座相连接；

调距组件，与所述壳组件相连接。

进一步地，所述磁吸组件包括：

真空吸盘，设置在靠近所述风机塔筒侧的所述底座上，并且吸附在所述风机塔筒的内侧壁上；

第一通孔，水平方向上贯通的设置在所述底座上；

第一托盘，设置在靠近所述风机塔筒侧的所述第一通孔内；

磁铁件，设置在所述真空吸盘的内部，并且靠近所述风机塔筒侧；

旋盖，通过位于所述旋盖侧壁外表面的螺纹与所述第一通孔表面的螺纹连接，并且所述旋盖在所述第一通孔的内部时与所述第一托盘相连接；

第二通孔，由所述底座围成。

进一步地，所述壳组件包括：

壳体，与所述底座相连接；

第一壳件，设置在所述壳体的内部，并且与所述壳体相连接；

第一开口部，设置在靠近所述底座侧的所述第一壳件的端部；

第三通孔，设置在所述壳体的中央处。

进一步地，所述调距组件包括：

垫片，与所述第一壳件滑动连接，并且垂直于所述第一壳件；

螺钉，穿过所述第三通孔与远离所述底座侧的所述垫片的表面相连接；

弹簧件，与远离所述螺钉侧的所述垫片的表面相连接，远离所述垫片侧的所述弹簧件的端部连接至所述超声波传感设备。

进一步地，所述数据传输单元包括：

第一路由器，设置在位于所述飞溅区的所述风机塔筒的内侧壁上，并且与所述飞溅区的全部所述超声波传感设备进行通信连接；

第二路由器，设置在位于所述第一大气区的所述风机塔筒的内侧壁上，并且与所述第一大气区的全部所述超声波传感设备进行通信连接，所述第二路由器还与所述第一路由器通信连接；

第三路由器，设置在位于所述第二大气区的所述风机塔筒的内侧壁上，并且与所述第二大气区的全部所述超声波传感设备进行通信连接，所述第二路由器还与所述第二路由器通信连接；

协调器，设置在所述机舱内，并且与所述第三路由器通信连接，同时与所述腐蚀监测服务器通信连接。

进一步地，所述腐蚀监测服务器包括：

数据处理模块，与所述协调器通信连接，并且根据所述第一路由器、所述第二路由器和所述第三路由器以及所述协调器传输的数据信息，依据塔筒壁厚与反射回波时间的函数关系，通过每个所述超声波传感设备节点的反射回波时间，计算每个所述超声波传感设备节点的腐蚀厚度；

存储模块，与所述数据处理模块通信连接；

数字孪生模块，与所述数据处理模块通信连接，并且根据每个所述超声波传感设备节点的腐蚀厚度构建塔筒三维模型和力学数字孪生模型；

动态响应仿真模块，同时与所述数字孪生模块和所述存储模块以及气象专网通信连接，并且根据所述气象专网提供的气象数据将未来两小时的气象情况划分为6级载荷等级和4级湍流等级并划分出24种工况，并且针对该24种工况内置预设用于预测风电机组受载情况的24种载荷，根据壁厚损失率和载荷曲线对所述风电机组进行动态响应仿真，预测未来两小时的动态响应，并判断是否超过安全阈值，以及在超过安全阈值时停机；

可视化模块，同时与所述动态响应仿真模块和所述数字孪生模块通信连接，并且基于初始塔筒尺寸结构数据、所述塔筒三维模型和所述力学数字孪生模型的数据以及所述动态响应仿真模块中的数据，建立用于具体显示所述飞溅区、所述第一大气区、所述第二大气区的腐蚀情况的可视化三维模型，以及在超过安全阈值时向检修人员发出警报。

进一步地，所述飞溅区、所述第一大气区和所述第二大气区内分别布置4匝，每匝4个超声波传感设备，将每匝4个所述超声波传感设备视作一个梁单元。

进一步地，所述力学数字孪生模型的生成过程为：

建立每个梁单元的静力学模型，将每个梁单元的刚度矩阵叠加为总体刚度矩阵而得到完整塔筒的静力学模型，引入惯性力与阻尼力，得到力学数字孪生的模型；

其中，所述静力学模型为：

其中，w

…

完整塔筒的静力学模型为：

所述力学数字孪生的模型为：

进一步地，所述动态响应仿真模块中包括描述钢材的腐蚀程度的失重率模型、飞溅区钢结构失重率模型、锈蚀钢材的弹性模量退化模型、腐蚀后的截面弯曲刚度模型和风电机组的动力学模型；

其中，所述描述钢材的腐蚀程度的失重率模型为：

D＝[W(0)-W(t)]/W(0)

式中，W(0)为塔筒初始质量；W(t)为飞溅区钢结构腐蚀后的质量；

每个梁单元为等截面圆环形，由于每个梁单元的长度短，可忽略塔筒锥度对其截面的影响，此时飞溅区钢结构失重率模型为：

式中，l为塔筒飞溅区长度，ρ为塔筒钢材密度，R为塔筒腐蚀龄期为0年时的外径尺寸，r为塔筒内径尺寸，d

所述锈蚀钢材的弹性模量退化模型为：

式中，E为腐蚀前塔筒钢结构材料弹性模量，E'为腐蚀后塔筒钢结构材料弹性模量；

所述腐蚀后的截面弯曲刚度模型为：

所述风电机组的动力学模型为；

式中，{x}为位移向量{x}＝{x,z,α,θ,x

相较于现有技术，本发明第一方面提供的海上风机塔筒腐蚀监测及动态响应故障预警装置，超声波传感设备、数据采集卡和多通道信号预处理模块通过各磁吸固定座单元分别设置在风机塔筒的飞溅区、第一大气区和第二大气区的内侧壁上。超声波传感设备测量风机塔筒的厚度数据信息，数据采集卡对厚度数据进行临时储存，多通道信号预处理模块对厚度数据信息进行预处理，数据传输单元在飞溅区、第一大气区、第二大气区和机舱内将各超声波传感设备获取到的厚度数据信息进行传输给腐蚀监测服务器，腐蚀监测服务器将获取到的厚度数据信息进行处理，以实时进行腐蚀监测及动态响应故障预警。从而，一方面，在实时进行腐蚀监测及动态响应故障预警过程中避免受到风机塔筒外部环境变化而产生扰动测量结果；另一方面，避免了将锈蚀层表面剥落程度作为随机扰动无法准确对其进行预测的情况，进而减小了测量结果误差。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1示意性地示出了海上风机塔筒腐蚀监测及动态响应故障预警装置的局部剖视图；

图2示意性地示出了数据传输单元的示意图；

图3示意性地示出了测量单元的示意图；

图4示意性地示出了磁吸固定座单元的示意图；

图5示意性地示出了腐蚀监测服务器的示意图；

附图标号说明：

1、磁吸固定座单元；11、底座；12、磁吸组件；121、真空吸盘；122、第一通孔；123、旋盖；124、磁铁件；125、第一托盘；126、第二通孔；13、壳组件；131、壳体；132、第一壳件；133、第三通孔；134、第一开口部；14、调距组件；141、垫片；142、弹簧件；143、螺钉；

2、测量单元；21、超声波传感设备；22、数据采集卡；23、多通道信号预处理模块；

3、飞溅区；

4、第一大气区；

5、第二大气区；

6、机舱；

7、腐蚀监测服务器；71、数据处理模块；72、存储模块；73、数字孪生模块；74、动态响应仿真模块；75、可视化模块；

8、协调器；

9、数据传输单元；91、第一路由器；92、第二路由器；93、第三路由器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。在本文中，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。术语“连接”、“相连”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。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……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例提供了一种海上风机塔筒腐蚀监测及动态响应故障预警装置，结合图1、图2和图3，海上风机塔筒腐蚀监测及动态响应故障预警装置包括磁吸固定座单元1、测量单元2、数据传输单元9、腐蚀监测服务器7，其中，测量单元2包括超声波传感设备21、数据采集卡22和多通道信号预处理模块23。磁吸固定座单元1，分别设置在风机塔筒的飞溅区3、第一大气区4和第二大气区5的内侧壁上。测量单元2，设置在磁吸固定座单元1内。数据传输单元9，同时设置在飞溅区3、第一大气区4、第二大气区5和机舱6内，数据传输单元9与测量单元2通信连接并且将测量单元2获取到的厚度数据信息进行传输。腐蚀监测服务器7，设置在机舱6内，腐蚀监测服务器7与数据传输单元9通信连接，接收数据传输单元9传输的测量单元2获取到的厚度数据信息并且对厚度数据信息进行处理，以实时进行腐蚀监测及动态响应故障预警。超声波传感设备21，设置在磁吸固定座单元1的内部且与磁吸固定座单元1相连接，超声波传感设备21用于测量风机塔筒的厚度数据信息。数据采集卡22，设置在磁吸固定座单元1的内部且与超声波传感设备21通信连接，同时对厚度数据进行临时储存。多通道信号预处理模块23，设置在磁吸固定座单元1的内部且与数据采集卡22信号连接，同时对厚度数据信息进行预处理。

在本实施例中，超声波传感设备21、数据采集卡22和多通道信号预处理模块23通过各磁吸固定座单元1分别设置在风机塔筒的飞溅区3、第一大气区4和第二大气区5的内侧壁上。超声波传感设备21测量风机塔筒的厚度数据信息，数据采集卡22对厚度数据进行临时储存，多通道信号预处理模块23对厚度数据信息进行预处理，数据传输单元9在飞溅区3、第一大气区4、第二大气区5和机舱6内将各超声波传感设备21获取到的厚度数据信息进行传输给腐蚀监测服务器7，腐蚀监测服务器7将获取到的厚度数据信息进行处理，以实时进行腐蚀监测及动态响应故障预警。从而，一方面，在实时进行腐蚀监测及动态响应故障预警过程中避免受到风机塔筒外部环境变化而产生扰动测量结果；另一方面，避免了将锈蚀层表面剥落程度作为随机扰动无法准确对其进行预测的情况，进而减小了测量结果误差。

其中，多通道信号预处理模块23对超声波传感设备21测得得原始数据进行信号放大、滤波、有效值转换、A/D转换等预处理。信号放大功能由AD620芯片电路实现，滤波功能通过OP07芯片电路实现，有效值转换功能由AD737芯片电路实现。

在具体实施例中，如图4所示，磁吸固定座单元1包括底座11、磁吸组件12、壳组件13和调距组件14。底座11，分别在飞溅区3、第一大气区4和第二大气区5内与风机塔筒的内侧壁相连接。磁吸组件12，设置在底座11上，并且与底座11相连接。壳组件13，与底座11相连接。调距组件14，与壳组件13相连接。

在本实施例中，壳组件13与底座11相连接，使风机塔筒的内侧壁、底座11、壳组件13和调距组件14之间形成用于放置的超声波传感设备21、数据采集卡22和多通道信号预处理模块23的密封空间。

通过磁吸组件12将底座11、壳组件13和调距组件14固定在风机塔筒的飞溅区3、第一大气区4、第二大气区5的内侧壁上。

在本发明中，风机塔筒的飞溅区3、第一大气区4、第二大气区5具体为：

飞溅区3：底部为塔筒根部，顶部为高于平均静水面15m位置。

第一大气区4和第二大气区5的一种划分方式为：当年平均盐雾沉降率为95mgm

第一大气区4和第二大气区5的另一种划分方式为：

飞溅区3以上部分为大气区，将大气区按长度均分为三等份，当年平均盐雾沉降率为95mgm

若年平均盐雾沉降率为95mgm

在具体实施例中，如图4所示，磁吸组件12包括真空吸盘121、第一通孔122、第一托盘125、磁铁件124、旋盖123和第二通孔126。真空吸盘121，设置在靠近风机塔筒侧的底座11上，并且吸附在风机塔筒的内侧壁上。第一通孔122，水平方向上贯通的设置在底座11上。第一托盘125，设置在靠近风机塔筒侧的第一通孔122内。磁铁件124，设置在真空吸盘121的内部，并且靠近风机塔筒侧。旋盖123，通过位于旋盖123侧壁外表面的螺纹与第一通孔122表面的螺纹连接，并且旋盖123在第一通孔122的内部时与第一托盘125相连接。第二通孔126，由底座11围成。

在本实施例中，通过真空吸盘121将底座11吸附在风机塔筒的内侧壁上，同时利用位于第一托盘125内的磁铁件124与金属材质的风机塔筒内侧壁进行磁性连接。从而使底座11、壳组件13和调距组件14更加固定在风机塔筒的飞溅区3、第一大气区4、第二大气区5的内侧壁上。同时，便于将底座11进行安装或拆卸，有利于对其进行维护。

在具体实施例中，如图4所示，壳组件13包括壳体131、第一壳件132、第一开口部134和第三通孔133。壳体131，与底座11相连接。第一壳件132，设置在壳体131的内部，并且与壳体131相连接。第一开口部134，设置在靠近底座11侧的第一壳件132的端部。第三通孔133，设置在壳体131的中央处。

在本实施例中，底座11与靠近底座11侧的壳体131的端部相连接，同时第一开口部134套接在底座11上。

在具体实施例中，如图4所示，调距组件14包括垫片141、螺钉143和弹簧件142。垫片141，与第一壳件132滑动连接，并且垂直于第一壳件132。螺钉143，穿过第三通孔133与远离底座11侧的垫片141的表面相连接。弹簧件142，与远离螺钉143侧的垫片141的表面相连接，远离垫片141侧的弹簧件142的端部连接至超声波传感设备21。

在本实施例中，将超声波传感设备21的一端穿过第一开口部134和第二通孔126后直接与风机塔筒内侧壁相连接，超声波传感设备21的另一端在第一壳件132内与弹簧件142相连接。在安装的过程中，通过旋转螺钉143，使垫片141在第一壳件132内移动并且带动弹簧件142的伸缩，从而通过弹簧件142将超声波传感设备21实现位置的固定。并且，实现了使用超声波传感设备21直接测量塔筒实际壁厚，从而便于测量腐蚀程度。

在具体实施例中，结合图1和图2，数据传输单元9包括第一路由器91、第二路由器92、第三路由器93和协调器8。第一路由器91，设置在位于飞溅区3的风机塔筒的内侧壁上，并且与飞溅区3的全部超声波传感设备21进行通信连接。第二路由器92，设置在位于第一大气区4的风机塔筒的内侧壁上，并且与第一大气区4的全部超声波传感设备21进行通信连接，第二路由器92还与第一路由器91通信连接。第三路由器93，设置在位于第二大气区5的风机塔筒的内侧壁上，并且与第二大气区5的全部超声波传感设备21进行通信连接，第二路由器92还与第二路由器92通信连接。协调器8，设置在机舱6内，并且与第三路由器93通信连接，同时与腐蚀监测服务器7通信连接。

在本实施例中，位于飞溅区3的风机塔筒的内侧壁上的各超声波传感设备21将获取到的原始厚度数据信息和经过预处理后的厚度数据信息通过第一路由器91传输给第二路由器92。

位于第一大气区4的风机塔筒的内侧壁上的各超声波传感设备21将获取到的原始厚度数据信息和经过预处理后的厚度数据信息通过第二路由器92传输给第三路由器93，同时第二路由器92也将第一路由器91中的数据信息传输至第三路由器93。

位于第二大气区5的风机塔筒的内侧壁上的各超声波传感设备21将获取到的原始厚度数据信息和经过预处理后的厚度数据信息通过第三路由器93，经协调器8传输给腐蚀监测服务器7，同时第三路由器93也将第二路由器92中的数据信息传输至第三路由器93。

通过多通道信号预处理模块23等于各超声波传感设备21将获取到的原始厚度数据信息进行预处理，是由于塔筒外壁发生腐蚀时，塔筒外壁表面不再是光滑的表面并且呈现为不规则腐蚀表面，超声波传感设备21中的超声波在塔筒外壁表面将出现一定程度的漫反射状态，使测量节点监测塔筒壁厚数据出现波动、紊乱，会给线性拟合得到的壁厚损失率带来不确定性，因此，需要对各超声波传感设备21将获取到的原始厚度数据信息通过现有技术中的预处理过程进行预处理。由于现有技术中的预处理过程为成熟的现有技术，因此为了避免赘述，不对其进行详细介绍。

示例性地，超声波传感设备21测得飞溅区3、第一大气区4、第二大气区5的风机塔筒壁厚数据通过基于ZigBee无线传输技术的数据无线传输设备传递至腐蚀监测服务器7。通过将超声波传感设备21在每个测量节点均部署ZigBee无线终端，经树形拓补方式将每个测量节点获得的塔筒壁厚数据实时反馈给腐蚀监测服务器7。

在具体实施例中，结合图1和图5，腐蚀监测服务器7包括数据处理模块71、存储模块72、数字孪生模块73、动态响应仿真模块74和可视化模块75。数据处理模块71，与协调器8通信连接，并且根据第一路由器91、第二路由器92和第三路由器93以及协调器8传输的数据信息，依据塔筒壁厚与反射回波时间的函数关系，通过每个超声波传感设备21节点的反射回波时间，计算每个超声波传感设备21节点的腐蚀厚度。存储模块72，与数据处理模块71通信连接。数字孪生模块73，与数据处理模块71通信连接，并且根据每个超声波传感设备21节点的腐蚀厚度构建塔筒三维模型和力学数字孪生模型。动态响应仿真模块74，同时与数字孪生模块73和存储模块72以及气象专网通信连接，并且根据气象专网提供的气象数据将未来两小时的气象情况划分为6级载荷等级和4级湍流等级并划分出24种工况，并且针对该24种工况内置预设用于预测风电机组受载情况的24种载荷，根据壁厚损失率和载荷曲线对风电机组进行动态响应仿真，预测未来两小时的动态响应，并判断是否超过安全阈值，以及在超过安全阈值时停机。可视化模块75，同时与动态响应仿真模块74和数字孪生模块73通信连接，并且基于初始塔筒尺寸结构数据、塔筒三维模型和力学数字孪生模型的数据以及动态响应仿真模块74中的数据，建立用于具体显示飞溅区3、第一大气区4、第二大气区5的腐蚀情况的可视化三维模型，以及在超过安全阈值时向检修人员发出警报。

在本实施例中，第三路由器93中的全部数据信息经协调器8传输给数据处理模块71。数字孪生模块73依据数据处理模块71中每个超声波传感设备21节点的腐蚀厚度构建塔筒三维模型和力学数字孪生模型。动态响应仿真模块74根据气象专网提供的气象数据将未来两小时的气象情况划分为6级载荷等级和4级湍流等级并划分出24种工况，并且针对该24种工况内置预设用于预测风电机组受载情况的24种载荷，根据壁厚损失率和载荷曲线以及结合数字孪生模块73中的各模型对风电机组进行动态响应仿真，预测未来两小时的动态响应，并判断是否超过安全阈值以及在超过安全阈值时停机。存储模块72同时数据处理模块71和动态响应仿真模块74中的数据信息。可视化模块75基于初始塔筒尺寸结构数据、塔筒三维模型和力学数字孪生模型的数据以及动态响应仿真模块74中的数据，建立用于具体显示飞溅区3、第一大气区4、第二大气区5的腐蚀情况的可视化三维模型，以及在超过安全阈值时向检修人员发出警报。

示例性地，腐蚀监测服务器7计算各测量节点处的腐蚀厚度，对其进行细化差值，并通过数字孪生模块73根据每个超声波传感设备21节点的腐蚀厚度构建塔筒三维模型和力学数字孪生模型，通过动态响应仿真模块74根据气象专网提供的气象数据将未来两小时的的风速和湍流数据的气象情况划分为6级载荷等级和4级湍流等级并划分出24种工况，并针对该24种工况内置预设用于预测风电机组受载情况的24种载荷，根据壁厚损失率和载荷曲线对风电机组进行动态响应仿真，并建立用于具体显示飞溅区3、第一大气区4、第二大气区5的腐蚀情况的可视化三维模型进行风险评估，当风电机组在未来2小时气象条件下的动态响应超过振动预警阈值时发出停机指令而停机，并向检修人员发出故障预警。更具体地，当内外壁腐蚀厚度超过2.5mm、塔基抗弯刚度低于预警值时，及时停机、并向检修人员发出警报。从而，实现了塔筒腐蚀的在线监测和塔筒的健康状态预警，以及动力学响应预警。

由于塔筒腐蚀速率是关于时间的慢变函数，塔筒的腐蚀厚度在短时间间隙内的变化可忽略不计，因此本发明采用数理统计的方法，根据单个节点超声波传感器在5分钟内测得的全部先验测量数据拟合出真实塔筒壁厚数值。原理框架如下：首先、广义似然比算法用于量化WTLR统计分布随时间的变化。其次、确定有限测量子集的累积对数似然Z。再次、给定检测概率为95％和置信水平为95％，对累积对数似然Z求导，确定塔筒年壁厚损失率。至此计算出每个塔筒腐蚀区域内外壁的腐蚀厚度。由于该原理框架中的具体技术方案为现有技术，因此为了避免赘述，不对其进行详细说明。

在具体实施例中，如图1所示，飞溅区3、第一大气区4和第二大气区5内分别布置4匝，每匝4个超声波传感设备21，将每匝4个超声波传感设备21视作一个梁单元。

在本实施例中，由于飞溅区3、第一大气区4和第二大气区5内分别布置4匝，并且每匝4个超声波传感设备21，因此，飞溅区3内共均匀布置16个超声波传感设备21，第一大气区4内共均匀布置16个超声波传感设备21，第二大气区5内共均匀布置16个超声波传感设备21。从而实现了在塔筒的内侧壁进行磁吸式多点阵列布置，减小外界环境对测量精度的影响，提高了测量精度、可靠性和稳定性以及使用寿命。

由于每匝4个超声波传感设备21视作一个梁单元，飞溅区3、第一大气区4和第二大气区5内共12个梁单元。

在具体实施例中，力学数字孪生模型的生成过程为：

建立每个梁单元的静力学模型，将每个梁单元的刚度矩阵叠加为总体刚度矩阵而得到完整塔筒的静力学模型，引入惯性力与阻尼力，得到力学数字孪生的模型；

其中，静力学模型为：

其中，w

…

将每个梁单元的刚度矩阵叠加为总体刚度矩阵，完整塔筒的静力学模型为：

引入惯性力与阻尼力，完成力学数字孪生的模型为：

在本实施例中，飞溅区、第一大气区和第二大气区内每个梁单元的静力学模型和力学数字孪生的模型均相同，仅需代入不同的实际参数。

在具体实施例中，动态响应仿真模块中包括描述钢材的腐蚀程度的失重率模型、飞溅区钢结构失重率模型、锈蚀钢材的弹性模量退化模型、腐蚀后的截面弯曲刚度模型和风电机组的动力学模型；

其中，描述钢材的腐蚀程度的失重率模型为：

D＝[W(0)-W(t)]/W(0)

式中，W(0)为塔筒初始质量；W(t)为飞溅区钢结构腐蚀后的质量；

每个梁单元为等截面圆环形，由于每个梁单元的长度短，可忽略塔筒锥度对其截面的影响，此时飞溅区钢结构失重率模型为：

式中，l为塔筒飞溅区长度，ρ为塔筒钢材密度，R为塔筒腐蚀龄期为0年时的外径尺寸，r为塔筒内径尺寸，d

锈蚀钢材的弹性模量退化模型为：

式中，E为腐蚀前塔筒钢结构材料弹性模量，E'为腐蚀后塔筒钢结构材料弹性模量；

腐蚀后的截面弯曲刚度模型为：

风电机组的动力学模型为；

式中，{x}为位移向量{x}＝{x,z,α,θ,x

在本发明中，超声波传感设备21位于塔筒内侧壁，磁吸固定座单元1使超声波传感设备21的探测端直接与塔筒的内侧壁相接触，增加了测量精度；而且，不需要在塔筒内外壁各布置一个电涡流传感器，从而避免对塔筒内侧壁和外壁的电涡流探头进行同轴度要求。

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，可轻易想到变化或替换，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所述权利要求的保护范围为准。