一種監測橡膠壩壩袋高度的系統及方法與流程

本發明涉及一種監測橡膠壩壩袋高度的系統及方法。

背景技術：

隨著我國水利建設事業的發展，橡膠壩是隨著高分子合成材料的發展而出現的一種新型水工建筑物，具有造價低、工期短、見效快、維護量小的優點。

橡膠壩主要適用于低水頭、大跨度的閘壩工程，由高強度的織物合成纖維受力骨與合成橡膠構成，錨固在基礎底板上，形成密封袋形，充入水或氣，形成水壩。主要特點在于可以自如地進行升降。旱季時向橡膠壩內充水，這樣壩體就會升高，可以攔蓄灌溉；到了汛期，可以抽空注水，使大壩平臥河底，讓洪水順利通過。

由于橡膠壩材質的特殊性，如何監測橡膠壩袋高度，是一個需要解決的問題。隨著水利自動化、信息化的不斷建設和發展，遠程智能監控系統在橡膠壩工程建設中應用更為廣泛，運用現代信息技術、自動化技術、視頻圖像技術、電子傳感技術、計算機網絡技術、信息合成處理技術等，逐步建成以工程安全監控、科學管理服務等為核心的數字化測控、管理系統，實現了橡膠壩蓄水、泵閥控制、發電、上下游水位、壩袋壓力、壩袋位移等參數的實時采樣和相關狀態監控。但橡膠壩高度監測一直是個難題，現有的機械方式、內外壓對比方式、激光超聲等非接觸方式都存在著諸多弊端，不甚理想，容易受施工難度、漂浮物、溢水高低變化等因素影響，所以長期以來還是依靠人工觀測；然而橡膠壩高度是上下游水位實時調節的重要依據，既要保證泄洪安全也要重視壩體壩袋的自身安全，所以急需一種相對易于施工、簡單靈活、安裝牢固、不阻擋河道并且能直接測量壩袋高度的監測技術，同時能夠高精度、實時采集和智能分析告警。

技術實現要素：

本發明為了解決上述問題，提出了一種監測橡膠壩壩袋高度的系統及方法，本發明可以實現橡膠壩壩高的直接測量而非簡潔推算，又能避免外接環境的影響，通過測量壩袋的高度和壩前水位的高度之差，就可以準確計算出溢流水位，從而實現調節橡膠壩的壓力，實時準確的控制蓄水和防水，保證了壩體的安全運行。從而能及時發現潛在的險情，及時實現預警，有效提高了壩體的安全監測水平。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種監測橡膠壩壩袋高度的系統，包括第一靜壓傳感器、第二靜壓傳感器、采集器、水箱和連通管，其中，所述第一靜壓傳感器，固定在橡膠壩壩袋的頂部，測量壩袋頂部水位的壓力，所述第二靜壓傳感器，固定在橡膠壩的壩基上，以測量壩袋底部水位的壓力；所述水箱存儲有防凍介質，通過連通管連通所述第一靜壓傳感器、第二靜壓傳感器；第一靜壓傳感器、第二靜壓傳感器連接采集器，將傳感器測量所得到的壓力，計算出壩頂和壩底的高度，從而得出橡膠壩壩袋的高度。

所述水箱內設置有液位傳感器，實時測量水箱內防凍介質的液位。

所述第一靜壓傳感器、第二靜壓傳感器與采集器通過傳感器饋線連接，所述傳感器饋線包括信號傳輸線和電源線，由采集器給第一靜壓傳感器、第二靜壓傳感器供電，同時接收所測試得到的壓力信號。

所述連通管中填充有防凍介質。

所述連通管路采用PEX-b交聯聚乙烯復合管材。

一種實時測量橡膠壩壩袋高度的方法，包括以下步驟：

(1)在橡膠壩壩頂處安裝固定第一靜壓傳感器，在壩袋底部固定第二靜壓傳感器；

(2)根據壩袋頂部和底部的壓力，計算壩袋頂部和底部的所處位置高度，計算壩袋的高度；

(3)根據測量所得出的壩袋高度以及當前水位高度，進行橡膠壩蓄水或者放水的調節。

所述步驟(1)中，在壩袋頂部固定第一靜壓傳感器，在壩基上固定第二靜壓傳感器，根據連通液原理，用一根封閉的管路將兩個靜壓傳感器連通起來。

所述步驟(2)，壩袋頂部第一靜壓傳感器測量的壓力為PT，壩袋底部第二靜壓傳感器B測量的壓力為PB，根據液體壓強公式分別計算出，壩頂高度HT，壩底高度HB，計算壩袋的高度為：HRD＝HT-HB。

所述步驟(3)，根據測量所得出的壩袋高度HRD，和已知的壩前水位高度HW，二者之差，就是流過壩袋的溢流水位，根據得到溢流水位控制橡膠壩的蓄水或者放水，改變橡膠壩的壓力。

所述步驟(3)，保證連通管路頂端水箱的水位滿足液位傳感器淹沒在水箱液體中，當低于設定值時，實現告警。

本發明的有益效果為：本發明可以實現橡膠壩壩高的直接測量而非簡潔推算，同時又能避免外接環境的影響；通過測量壩袋的高度和壩前水位的高度之差，就可以準確計算出溢流水位，從而實現調節橡膠壩的壓力，實時準確的控制蓄水和防水，保證了壩體的安全運行。從而能發現潛在的險情，實現及時預警，有效提高了壩體的安全監測水平。

附圖說明

圖1是本發明中裝置示意圖。

圖2為橡膠壩壩袋高度測量流程圖。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。

如圖1所示，一種監測橡膠壩壩袋高度的系統，包括壩袋頂部靜壓傳感器T，壩袋底部靜壓傳感器B，采集器、傳感器饋線、水箱、連通管，和液位傳感器。

壩袋頂部靜壓傳感器T，固定在橡膠壩壩袋的頂部，用來測量壩袋頂部水位的壓力。

壩袋底部靜壓傳感器B，固定在橡膠壩的壩基上，也就是橡膠壩的底部，用來測量壩袋底部水位的壓力。

采集器，與靜壓傳感器T和靜壓傳感器B連接，將傳感器測量所得到的壓力P，根據計算公式P＝ρg h，計算出壩頂和壩底的高度，從而得出橡膠壩壩袋的高度。

傳感器饋線：為液壓傳感器與采集器之間的連接線，其中包括信號傳輸線和電源線，由采集器給傳感器供電，同時采集器采集傳感器所測試得到的壓力信號。

水箱：采用分子級過濾器連通大氣，同時又避免箱內介質液體過快蒸發；為保證冬季管路內液體凍結，介質選用防凍液，為適應北方寒冷氣候防凍液冰點宜選擇-40℃以上的規格。實施中，選擇乙二醇，它最顯著的特點是防凍，而水不能防凍。其次，乙二醇沸點高，揮發性小，粘度適中并且隨溫度變化小，熱穩定性好。因此，乙二醇型防凍液是一種理想的冷卻液。冰點范圍在-25℃到-50℃之間；連通管，為封閉管路，用來連接并連通壩袋頂部靜壓傳感器T和壩袋底部靜壓傳感器B，以及水箱。封閉管路中的液體為水箱中的防凍液。連通管路采用PEX-b交聯聚乙烯復合管材，熱強度高、低溫韌性好、抗蠕變能力強，70℃連續使用壽命不低于50年。

所述液位傳感器：放置在水箱內，實時測量水箱內防凍液的水位，保證連通管路頂端水箱的水位，水箱中的水位必須滿足傳感器淹沒在水箱液體中，當低于設定值時，實現告警。

如圖2所示：一種監測橡膠壩壩袋高度的方法，包括以下步驟：

1、測量壩頂壓力PT：通過壩袋頂部靜壓傳感器T，測量壩袋頂部的壓力為PT

2、測量壩底壓力PB：通過壩袋底部靜壓傳感器T，測量壩袋底部的壓力為PB

3、計算壩頂和壩底的水位高度：根據液體壓強公式：

P＝ρg h，ρ介質密度，g重力常量，h深度；

分別計算出，壩頂高度HT，壩底高度HB

4、計算壩袋高度：根據步驟3所計算出的壩頂高度HT，壩底高度HB，得出壩袋的高度為：HRD＝HT-HB

5、計算溢流量：根據測量所得出的壩袋高度HRD，和已知的壩前水位高度HW，二者之差，就是流過壩袋的溢流水位。

6、調節壩體壓力：根據步驟5得到溢流水位，就可以控制橡膠壩的蓄水或者放水，從而改變橡膠壩的壓力，保證了壩體的安全運行。

在連通管路所連接的水箱內，有防凍液，防凍液擇適應的選北方寒冷氣候防凍液冰點宜選擇-40℃以上的規格，保證冬季管路內液體不凍結。在水箱內，放置有液位傳感器，實時測量水箱內防凍液的水位，保證連通管路頂端水箱的水位，水箱中的水位必須滿足傳感器淹沒在水箱液體中，當低于設定值時，實現告警。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。