[發明專利]基于WSN的注漿流量監測系統及注漿系統及工作方法

在審

• 申請號: 201610134015.6
• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN105678995A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 張慶松;楊騰;李術才;左金鑫;郭焱旭;隨海通;匡偉
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;G01F1/58
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙妍

技術領域

本發明涉及巖土工程里的注漿技術領域，具體地說是一種基于WSN(WirelessSensor Networks，無線傳感器網絡)的注漿流量監測系統及注漿系統及工作方法。

背景技術

近年來，復雜地質環境下的隧道、地鐵及其它地下工程的修建不可避免地遇到斷層、巖 溶、軟巖等不良地質，突水突泥、塌方等重大地質災害事故時有發生。工程實踐表明，注漿 是這類工程地質災害的有效處治方法，并得到廣泛應用。而在針對這種復雜地質條件的注漿 工藝中，選擇合理的注漿速率及壓力并在注漿過程中適時調整，有利于漿液擴散范圍控制及 圍巖的穩定，且能適應于地層孔隙率的變化。傳統的注漿方法中，注漿壓力可通過壓力表實 時觀察，但注漿流量一般是通過柱塞個數、往復次數及行程大約算得的，難以獲得精確的數 據。因此，單純依靠調整注漿終壓的傳統方法難以達到合理控制漿液擴散范圍的目的，尤其 針對軟巖地層及富水斷裂帶，注漿流量的及時靈活調整也極為重要。

無線傳感器網絡(WirelessSensorNetworks,WSN)是一種分布式傳感網絡，它的末梢 是可以感知和檢查外部世界的傳感器。WSN中的傳感器通過無線方式通信，因此網絡設置靈 活，設備位置可以隨時更改，還可以跟互聯網進行有線或無線方式的連接。通過無線通信方 式形成的一個多跳自組織網絡，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對 象的信息，并發送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網絡的三個要素。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種基于WSN的注漿流量監測系統及注漿系統及 工作方法，本發明能實時監測到注漿孔口管處的實際流量，便于現場操作工人靈活適時的改 變注漿參數，使漿液在合理范圍內擴散，且數據監測端和顯示端兩者之間通過無線傳輸，避 免了有線傳輸造成的不便，使現場施工操作更加安全。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案包括：基于WSN的注漿流量監測系統，包括：

流量監測裝置，所述流量監測裝置包括傳感器和轉換發射器，所述傳感器包括流動有被 測流體的流量管，所述流量管上布置有與被測流體相接觸的電極，所述測量管的外壁上設有 向被測流體施加磁場的勵磁線圈以及信號公共端；所述轉換發射器包括電源模塊、控制器A、 時序控制電路、勵磁驅動電路和無線發射模塊，所述電源模塊與各用電單元電性連接以輸出 工作電源，所述時序控制電路發出勵磁控制信號，所述勵磁控制信號經過所述控制器A傳輸 給所述勵磁驅動電路，所述勵磁驅動電路激勵所述傳感器的勵磁線圈產生勵磁電流；所述無 線發射模塊將所述控制器A處理過的數據信息發射出去；

數據接收顯示裝置，所述數據接收顯示裝置包括無線接收模塊、控制器B和顯示屏，所 述無線接收模塊接收所述無線發射模塊發射的信息，所述無線接收模塊接收的信息經所述控 制器B處理后顯示到所述顯示屏上。

所述的電極和勵磁線圈均成對設置。

進一步的技術方案為：所述的轉換發射器還包括工頻追蹤器，所述工頻追蹤器輸出工頻 信號，所述控制器A與所述工頻追蹤器相連以檢查工頻追蹤器的輸出，所述時序控制電路根 據所述工頻追蹤器的輸出發出勵磁控制信號。時序控制電路發出勵磁控制信號時，可以根據 工頻追蹤器的輸出，也可以不根據工頻追蹤器的輸出。

為便于控制器A的處理和控制，進一步的技術方案為：所述的轉換發射器還包括AD轉換 器和信號放大器，所述AD轉換器將所述傳感器收集的模擬信號經所述信號放大器放大后在轉 換為數字信號。

為實現空管、堵管等異常情況下的報警，進一步的技術方案為：所述的數據接收顯示裝 置還包括報警蜂鳴器，所述報警蜂鳴器與控制器B相連接。報警蜂鳴器用于在由于注漿管空 管(如注漿管前端有鼓裂漏漿處)或注雙液漿時管內初凝造成的堵管時，監測到的流量數據 長時間為零的情況下，單片機及時做出判斷并觸發蜂鳴器發出長鳴聲，起到報警的作用。

進一步的技術方案為：所述的控制器A和控制器B均為單片機，所述的無線發射模塊和 無線接收模塊均采用PTR2000收發模塊，所述的顯示屏采用LCD顯示屏。控制器A和控制器 B可選用同一型號的單片機，有利于整個系統的性能兼容性；PTR2000收發模塊是接收發射合 一，工作頻率為國際通用的數傳頻段433MHz，FSK調制，抗干擾能力強，特別適合工業控制 場合，且內置天線的設計，故無需考慮PTR2000作為收發模塊的天線連接設計。