李志云

(黃壁莊水庫管理局,河北鹿泉 050224)

水庫大壩安全自動化監(jiān)測問題研究

李志云

(黃壁莊水庫管理局,河北鹿泉 050224)

土石壩安全監(jiān)測的對于誰把建設(shè)有著是非重要的意義。能否為管理員提供及時、穩(wěn)定、精確、高效的大壩原型觀測數(shù)據(jù)的關(guān)系著水壩的安全,水壩如果出現(xiàn)安全問題造成的損失是十分巨大的,基于此對水庫大壩安全自動化監(jiān)測問題研究。

安全 自動化監(jiān)測 抗干擾

1 系統(tǒng)通信方式

在大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)中，選擇合適的傳輸介質(zhì)是從硬件系統(tǒng)的角度提高通信可靠性的關(guān)鍵。在大壩安全監(jiān)測中由于監(jiān)測系統(tǒng)的測點分布范圍廣，數(shù)據(jù)傳輸距離長，所以需要選擇適合長線通信的傳輸總線。而光纖具有網(wǎng)絡(luò)連接方便，抗干擾性能好，傳輸距離遠等特點。光纖一般是由石英玻璃做成的細絲，其直徑一般為2μm-125μm其組成一般包括三個部分：纖芯、包層和外套。光纖對信息的傳輸主要是光信號在光纖內(nèi)部的全反射作用來傳輸?shù)?。則當(dāng)如果光信號滿足一定的入射角，在進入光纖以后在芯線上的信號在包層界面上不斷地發(fā)生全發(fā)射，這主要是由于光纖的折射系數(shù)高于外層的折射系數(shù)，從而信號可以不斷向前傳輸。

水庫大壩光纖的傳輸主要有多模和單模兩種傳輸模式。多模傳輸是指在滿足全反射角度的多條光信號在光纖中傳播。因為存在多條傳播路徑所以傳播路徑在長度會有所不等，所以信號傳過光纖的時間都不會不同，這樣很容易造成信號碼元間的串?dāng)_，所以要通過降低傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率來防止信號碼元串?dāng)_。單模傳輸是指在光纖里傳播一個角度的光波。單模傳輸?shù)墓饫w有比較寬的頻帶，它的傳輸特性相對多模要好很多，所以它適合大容量、長距離的傳輸系統(tǒng)。在有線通信方式中，光纖是最適合大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的一種通信方式，因為它具有很好的抗干擾性，它在監(jiān)測系統(tǒng)中工作時幾乎可以不受外界的電磁干擾與噪聲影響，并且他還有一個很明顯的優(yōu)勢就是它能在長距離、高速率的傳輸過程中保持很低的誤碼率，對比一下它和其他通信方式在誤碼率上的比較數(shù)值：雙絞線的誤碼率一般在10-5-10-6之間；基帶同軸電纜的誤碼率一般為10-7；寬帶同軸電纜的誤碼率一般為10-9；光纖的誤碼率一般低于10-10。通過以上的數(shù)據(jù)比較我們就可以很明顯的發(fā)現(xiàn)水庫大壩使用光纖的優(yōu)勢。此外，光纖在傳輸?shù)陌踩耘c保密性方面也具有很明顯的優(yōu)勢。

2 大壩安全監(jiān)測儀器及技術(shù)方法

2.1 垂線坐標(biāo)儀(引張線儀)

儀器工作時，垂線中輸入穩(wěn)幅和穩(wěn)頻率的交流電，它產(chǎn)生交變的磁場會在兩個傳感器線圈中都產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其大小與垂線的位移變化有關(guān)系，其輸出的電動勢是交流電壓信號，其信號處理電路與差動變壓器式傳感器的處理電路很類似，處理時要先經(jīng)過解調(diào)，然后要經(jīng)過低通濾波，將濾波后的信號轉(zhuǎn)換成直流電壓信號，將電壓信號放大，對應(yīng)的就是與垂線位移成線性關(guān)系的電信號。這樣就很清楚的知道了只要測出了電壓的大小將其轉(zhuǎn)換為垂線的位移，這樣只要測出了它的大小我們就可以利用它來測量大壩安全監(jiān)測中的水平位移。

2.2 靜力水準(zhǔn)儀

在大壩的垂直位移監(jiān)測中，實際工程中最常用到的是靜力水準(zhǔn)儀。大壩位移監(jiān)測的測量需要很精確，這就要求選用精度高而且穩(wěn)定性好的監(jiān)測儀器，因此如若選用一般的監(jiān)測儀器來測量效果可能并不理想，甚至可能達不到預(yù)期的效果，以至?xí)绊懙綄Υ髩伟踩脑u判，錯誤的判斷可能會導(dǎo)致嚴重的后果。傳統(tǒng)的光學(xué)水準(zhǔn)儀測量，它的精度就不夠理想而且它的勞動強度相比較會大出許多，所以在垂直位移監(jiān)測中我們主要應(yīng)用的是靜力水準(zhǔn)儀。它利用差動變壓器式位移傳感器進行垂直位移的測量。這種儀器結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活，而且壽命長，線性度好，且有高分辨率高靈敏度等特點，它在大壩監(jiān)測工程中得到普遍的應(yīng)用。

2.3 振弦式傳感器

振弦式傳感器是通過電磁鐵激勵鋼弦振動在電磁鐵線圈中感應(yīng)出感應(yīng)電動勢，并通過測量該感應(yīng)電動勢所含帶的鋼弦振動頻率而得知鋼絲應(yīng)變，它就是利用鋼弦振動頻率隨鋼絲應(yīng)力變化的原理研制的。它能夠取代電阻儀等許多傳統(tǒng)的儀器主要是因為它的精度和長期可靠性及穩(wěn)定性比其它的儀器更具有優(yōu)勢，而且它可以在惡劣的環(huán)境中工作。它的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在它結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)快速、堅固耐用、抗干擾能力強、輸出為頻率信號方便與微機接口。另外由于它輸出的是頻率信號，所以它可以進行長距離傳輸，這樣以來對電纜的要求也大大下降了，正因為如此它被廣泛應(yīng)用于礦山、水電等工程的內(nèi)部應(yīng)力觀測，水庫的自動化監(jiān)測使用這種傳感器效果顯著。

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)抗干擾技術(shù)

一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的成功與否，在很大程度上取決于該系統(tǒng)的設(shè)計是否充分考慮了干擾對系統(tǒng)的影響并是否采取了有效地抗干擾措施。水庫大壩的監(jiān)測系統(tǒng)能否有效的抗干擾對監(jiān)測系統(tǒng)的工作效果影響重大，下面針對性的討論了系統(tǒng)抗干擾技術(shù)的具體措施。

3.1 屏蔽

屏蔽的目的是使被保護對象免于外界的干擾。這就要求它即不受外界電磁波的影響，也不會受到外界噪聲的影響，甚至對附近的其他監(jiān)測儀器也不要造成影響。關(guān)于屏蔽采取的措施一般是利用各種金屬屏蔽體制成容器，利用這些容器來阻擋或者是衰減那些施加在儀器上的電磁干擾和由雷電導(dǎo)致的過電壓。

3.2 接地

用“接地”來抗干擾的措施其原理主要是將某點跟一個等電位點或面之間用低電阻的導(dǎo)體連接起來構(gòu)成一個基準(zhǔn)電位。按照接地功能劃分，接地系統(tǒng)主要由信號地、安全地、屏蔽地和硬件地這四種子接地系統(tǒng)組成。信號地可以概括為單點接地系統(tǒng)，多點地網(wǎng)或地平面接地系統(tǒng)，復(fù)合接地系統(tǒng)及浮地三種形式，它主要指是信號或功率傳輸電流流通的參考電位基準(zhǔn)線或基準(zhǔn)面。信號地方式的選擇可以根據(jù)大壩監(jiān)測系統(tǒng)中實際選用硬件設(shè)備和它的布置情況來確定。

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