[發明專利]一種橡膠壩震動形變及動態溢流水位監測分析系統及方法

有效

• 申請號: 201410128416.1
• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN103954318A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 楊震威;崔偉;張明廣
• 申請（專利權）人: 山東康威通信技術股份有限公司
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及一種橡膠壩的壩袋安全的遠程實時在線監控系統及方法，尤其是能夠實現遠程對橡膠壩壩袋動態溢流水位、壩袋震動形變（包括振動頻率、振動幅度、旋轉角度）、壩袋內部水壓、壩體滲流壓力等多參數一體化安全監控系統及方法。

背景技術

隨著我國水利建設事業的發展，橡膠壩作為一種新穎的壩型在營造濱水景觀改善沿河小氣候方面具有獨特的優勢，得到了越來越多的應用。但是橡膠壩的使用仍存在一定缺陷，比如壩袋的振動問題，橡膠壩壁薄性柔溢流時由于水流的不穩定性易誘發壩袋振動，它比一般結構的振動更為復雜，壩袋振動易導致其磨損甚至發生脫層撕裂，嚴重的還會破壞整個壩體。

橡膠壩溢流時由水流的不穩定性誘發的壩袋振動，按振動的性質可分為強迫振動和自激振動兩類。比一般結構的振動更為復雜。橡膠壩的振動受多種因素影響，如壩頂溢流流量、下游水深、錨固形式、充脹高度及介質、水工布置、壩體跨度、內壓比、浪載作用、水流流態、氣候條件和壩袋本身的性能等。對于運行中的橡膠壩，壩袋振動主要受過壩流量、下游水位、壩體跨度、壩袋錨固和兩岸連接形式、充脹介質及壩袋施工安裝的影響。

雖然橡膠壩已經存在很多年，但對橡膠壩的安全運行及橡膠壩基安全監測技術一直沒有實質性進展。因此監控其壩頂溢流水位高度、壩體振動幅度與振動頻率，一旦發生險情及時聯動調整壩高或塌壩過流。橡膠壩只有做到了安全運行，才能為城區的環境美化起到踴躍的增進作用。

發明內容

為解決現有技術存在的不足，本發明公開了一種橡膠壩震動形變及動態溢流水位監測分析系統及方法，本發明通過對橡膠壩的振動頻率、振動幅度、溢流水位高度、壩袋內壓、滲流壓力多個數據進行分析診斷，提前進行安全預警。

為實現上述目的，本發明的具體方案如下：

一種橡膠壩震動形變及動態溢流水位監測分析系統，包括多個用于采集橡膠壩的各個運行參數的預警監測裝置，所述預警監測裝置采用工業現場數據總線接口單元實現與上位機的數據交互；所述上位機對預警監測裝置采集的數據進行處理及分析，數據異常時上位機將產生預警信息；

所述預警監測裝置包括低功耗MCU單元，所述低功耗MCU單元由低功耗遠程供電模塊供電，低功耗MCU單元由雙晶振電路單元提供時鐘，所述低功耗MCU單元還與RTC時鐘看門狗芯片、F-RAM鐵電存儲器、工業現場數據總線接口單元、溫濕度傳感器單元、3軸MEMS陀螺儀傳感器電路單元及3軸加速度傳感器電路單元分別通信，所述低功耗MCU單元還與壓力式水位采集單元及高精度水位采集單元相連。

所述3軸加速度傳感器電路單元采集橡膠壩振動頻率、振動幅度及瞬間水平傾斜角度；3軸MEMS陀螺儀傳感器電路單元采集橡膠壩某位置的旋轉角加速度；高精度水位采集單元采集橡膠壩壩袋溢流水位高度；壓力式水位采集單元采集橡膠壩壩體的滲流壓力；溫濕度傳感器單元監測預警監測裝置內部是否有漏水或濕度過高，同時檢測現場環境溫度。

所述預警監測裝置與上位機通信中斷時，低功耗MCU單元控制F-RAM鐵電存儲器按照RTC時鐘看門狗芯片提供的準確時間將各種采集數據記錄下來，待通信正常時自動上傳數據記錄或人工進行數據讀取。

所述預警監測裝置采用IP68防護等級，封裝在一個一端開口的橡膠盒內，所述橡膠盒固定在橡膠壩頂部。

一種橡膠壩震動形變及動態溢流水位監測分析方法，包括以下步驟：

步驟一：預警監測裝置上電后首先進行系統初始化工作；

步驟二：初始化工作結束后，預警監測裝置默認以實時高速在線采集模式運行，并與上位機建立實時數據鏈路，實時調度各種傳感器進行數據采集，預警監測裝置通過工業現場數據總線接口單元與上位機實現數據交互；

步驟三：上位機下發配置信息到預警監測裝置實現控制采集模式，預警監測裝置按照設定的模式采集數據，上位機通過遠程通信方式定時或實時接收采集數據；

步驟四：上位機對接收到的數據進行數據解析，對每一幀數據進行協議分析，對預警監測裝置采集的參數數據進行數據融合和分析存儲。

步驟五：上位機將多數據融合后導入三維動畫引擎實時還原現場的橡膠的工作狀態，一旦出現數據異常上位機將產生預警信息，同時將自動彈出視頻監控畫面與現場3D模擬畫面供工作人員分析診斷橡膠壩的工作情況。

所述步驟一中，預警監測裝置初始化工作具體包括：自動載入3軸陀螺儀與3軸加速度計的校正偏移量及各個傳感器的報警閥值。