[發(fā)明專利]水庫滲漏多普勒探測儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310556306.0
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN103575928A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李廣超;朱培民
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學（武漢）
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24;G01S15/06
• 代理公司: 武漢華旭知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 42214
• 代理人: 江釗芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于多普勒效應的探測技術(shù)和儀器，具體地說是一種水庫滲漏多普勒探測儀，主要應用于水庫滲漏探測。

背景技術(shù)

由于國民生產(chǎn)、生活、河流治理、水能源等的需求，水庫大壩不斷在建設(shè)著。目前我國已經(jīng)成為世界上的水利水電大國，建成的大壩有8.7萬多座。盡管全國水庫安全度汛的成績良好，但目前全國仍有4萬多座小型水庫存在病險問題。很多水庫已經(jīng)不敢蓄水，讓水資源白白的流走，在需要水時還要抽取地下水，形成了巨大的浪費。

我國大部分中小型水庫都是上世紀50～70年代由群眾施工建造而成,沒有經(jīng)過嚴格的勘察設(shè)計，施工質(zhì)量水平低下，且基本上沒有施工過程中的質(zhì)量監(jiān)督控制。導致大壩滲漏的原因眾多，加大了病險水庫改造工作的難度，迫切需求能夠探測滲漏位置的方法技術(shù)研究。

水庫的滲漏探測是隨著問題的出現(xiàn)而帶來的課題。一般情況下地球物理工作者利用一些物探的方法進行探測，比如常用的自然電位法、充電法、溫度場法等，配合一些其他方法也能解決一些問題。但很多滲漏問題難以利用這些方法進行探測，因為大壩滲漏的原因很多，可能是繞壩滲漏、大壩的基礎(chǔ)滲漏、大壩壩體滲漏等，再加上壩體結(jié)構(gòu)和防滲的多樣性，前述的一些方法可能束手無策；另外，即使?jié)B漏位置找到了，進行了處理，那么處理的效果怎么樣呢？因此需要從源頭上尋找到滲漏位置，并且還能夠連續(xù)監(jiān)控該位置的滲漏處理是否到位。鑒于此，研究開發(fā)一種準確、快捷、方便、低成本的探測儀器十分急需，也顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對當前滲漏水庫占病險水庫比例高，滲漏位置探測難度大、成本高、精度差等問題，而提供一種基于多普勒效應原理，利用超聲波在水體流動的影響下會發(fā)生時間和頻率變化的特性，測量水庫水體流速和三維滲漏流場，確定滲漏位置的多普勒探測儀器。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：提供一種水庫滲漏多普勒探測儀器，包括三向水聽器陣列、收發(fā)電路模塊、預處理電路模塊和總控電路，所述的三向水聽器陣列作為探頭部分，由X、Y、Z向三組水聽器組組成水聽器陣列；采用互相垂直的六通塑膠管在X、Y、Z三維方向上各連接二段塑膠管，每一組有兩個水聽器分別安裝在同向的二段塑膠管壁上，同向兩個水聽器的連線與所在塑膠管的軸線相交；收發(fā)電路模塊用于控制超聲波信號的發(fā)射和接收，設(shè)有收發(fā)控制電路、前置放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和頻率調(diào)節(jié)電路、信號發(fā)生器電路、功率放大電路；預處理電路模塊用于數(shù)據(jù)的時頻分析，設(shè)有數(shù)據(jù)緩沖模塊，時間和頻率分析模塊，輸出模塊和內(nèi)置GPS模塊；

所述的收發(fā)電路模塊中收發(fā)控制電路的雙向接口連接X、Y、Z三個方向的水聽器組，收發(fā)電路模塊中頻率調(diào)節(jié)電路的輸出端連接信號發(fā)生器的輸入端，信號發(fā)生器的輸出端連接功率放大電路的輸入端，功率放大電路的輸出端連接收發(fā)控制電路；收發(fā)控制電路連接前置放大電路的輸入端，前置放大電路的輸出端連接濾波電路的輸入端，濾波電路的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接預處理電路模塊的數(shù)據(jù)緩沖模塊的輸入端；

所述的數(shù)據(jù)緩沖模塊的輸出端連接時間和頻率分析模塊的輸入端，時間和頻率分析模塊的輸出端連接輸出模塊的一個輸入端，輸出模塊的另一個輸入端連接內(nèi)置GPS模塊的輸出端；輸出模塊的輸出端對外連接外部接口，包括連接顯示器和計算機；

所有電路模塊由總控電路編程控制。

本發(fā)明所述的三向水聽器陣列每一組兩個水聽器結(jié)構(gòu)相同，其中一個用于發(fā)射，另一個用于接收，并且發(fā)射和接收通過總控電路編程指令控制互換工作。

本發(fā)明所述的總控電路通過編程控制收發(fā)電路模塊，先控制頻率調(diào)節(jié)電路設(shè)定發(fā)射頻率，由信號發(fā)生器發(fā)射脈沖信號或正弦信號，經(jīng)功率放大電路放大后輸出到程序指定的發(fā)射水聽器；發(fā)射水聽器激發(fā)出的超聲波經(jīng)過水體的傳播由程序指定的水聽器接收，接收到的超聲信號經(jīng)過收發(fā)控制電路傳輸?shù)角爸梅糯箅娐?，信號放大后傳輸?shù)綖V波電路，經(jīng)過濾波將有效信號傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過電纜傳輸?shù)筋A處理電路模塊的數(shù)據(jù)緩沖模塊，當一個方向的超聲波數(shù)據(jù)采樣完畢，傳輸?shù)綍r間和頻率分析電路并計算出該方向的水流速度信息；根據(jù)總控電路的指令依次采集并計算分析完成三個方向的速度信息，通過輸出模塊的端口傳輸?shù)酵饨釉O(shè)備iPad或計算機，同時內(nèi)置GPS模塊也將測定的位置數(shù)據(jù)信息通過輸出端口傳輸?shù)酵饨釉O(shè)備iPad或計算機，到此完成一個點的數(shù)據(jù)采集任務(wù)；所有采集傳回的數(shù)據(jù)信息由計算機進行數(shù)據(jù)庫管理和處理解釋，并繪制成滲漏流場分布圖，圈定出滲漏位置。