一种水库坝体渗流安全在线自动监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种水库坝体渗流安全在线自动监测系统，其水位测量装置包括水位轮、测缆、浮子、卷扬轮、齿轮组、蜗杆、牙轮、字轮组和恒转矩电机，所述字轮组中每个字轮圆周表面指代0～9的十个弧段上分别设置有对应数值0～9的二维码标识。本发明专利技术的水位监测装置通过水位轮来驱动字轮，并采用二维码替代字轮上的数字，大大增加水位数据视觉的识别率；通过监测水库坝体的各测压管的水位和温度，并通过GPRS将该测点的水位、温度上传给上位机，上位机根据获取的坝体各段的测压管水位定量分析测压管水位的影响因素，再结合外界温度、气候情况，对大坝进行安全警示，有效地防止了大坝失事情况发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水位监测装置，具体地说是一种水库坝体渗流安全在线自动监测系统。
技术介绍
水库大坝是水利工程建设中常见的工程项目，大坝失事时有发生，造成的巨大灾害引起了国际社会的高度重视。大坝的安全稳定对于确保群众的生命财产安全起着十分重要的作用，所以在水库运行过程中必须要确保大坝的安全稳定。影响水库大坝安全的主要因素是渗漏，渗漏对于大坝的稳定会产生重要的影响。水库大坝测压管水位的变化能反映大坝渗流情况，因此测压管水位变换情况可反映出大坝质量的好坏。大坝测压水管的安装位置和数量是根据地理位置等环境而设计的，一般如图1所示，监测大坝安全情况主要指标就是监测每个测压管的水位，根据各水位情况定性分析测压管水位变化过程、位势过程、渗漏量过程等。建立测压管水位、渗漏量回归统计模型，定量分析了测压管水位的影响因素。对大坝进行安全警示，有效地防止大坝失事情况发生。为了建立渗流自动检测系统，许多单位采用不同的传感器或仪表如激光式、声波式、电容式、压力传感器式、浮标式的监测仪器等进行在线监测测压管水位，但目前仍没有一种仪器投入大范围应用，其原因是价格昂贵(激光式)、精度差(声波式、电容式)、工作不稳定及可靠性差(压力传感器式)、机械故障多(浮子式)等。相对应的大坝安全自动监测系统更为偏少，国外所设计的大坝测压管监测仪器基本上是针对大型甚至超大型水库的，这类水库周围环境相对稳定，而国内中小型水库居多且环境多样化，这些仪器应用于中小型水库有以下问题：一方面受环境因素等限制，监测仪器不能完全发挥自己的优势：另一方面仪器的日常维护费用大，势必会增加水库运行的负担。综合上述，通过现有的监测仪组成的自动监测系统，基本上是采用有线网络方式组成，系统线路复杂，仪器厂家众多，通讯协议繁琐，控制中心还需要不同数据接口模块；庞大的系统技术成本高，维护成本高，且，故障率很多，且，在旷野中，强弱电混合极容易受雷击。多数水库的控制中心都经受雷击的遭遇，造成不同程度的损失。目前，测坝体水位的传感器应用较多是以重力卷扬收揽传感器，但该传感器存在许多不足。张敏的《一种重力卷扬收缆浮子式水位计》专利技术专利(专利号：ZL200610085948.7)详细阐明该浮子式水位计结构和原理上的缺点、不足及应用的局限性，更不适应目前信息化市场的需要。《一种重力卷扬收缆浮子式水位计》专利技术专利在于克服以往技术的缺点与不足之处，提供一种测井中无平衡锤，只以细小浮子或球形浮子跟踪水位变化，能用于地表水、地下水、大坝测压管水位测量或斜井水位测量的全新构造浮子式水位计。其技术方案是：以重力卷扬收缆装置取代公知平衡锤，以新型细长小直径浮子和球形浮子取代公知浮子，只以浮子自动跟踪水位变化并能克服测缆参重误差影响的浮子式水位计。该重力卷扬收缆浮子式水位计，包括浮子、测缆、水位轮、水位编码器、重力卷扬收缆装置。测缆从收缆装置引出绕经水位轮后与浮子连接，测井中只有浮子随水位升降变化，实现水位实时在线测量。该专利技术得到实际应用，优点是可靠、稳定；但存在诸多缺点：误差大(系统误差大0.5-2cm),机械故障率多，水位计的控制部分没有智能化，组网需要连线，通过水位机来求得水位高度，更，格雷码编码器属于精密仪器，用较恶劣的环境中，制作成本和维护成本都很高。目前我国测深水位的传感器和仪表主要应用浮子式水位计、是投入式水位计(变阻、变容式)、测压管水位计(自收揽浮子式)、振弦式测压管水位计(属于投入式)。这几种水位计个有自己的优点，但各有缺陷，共同的缺陷需要线供电、智能化低、网络化功能差等。
技术实现思路
针对上述不足，本专利技术提供了一种水库坝体渗流安全在线自动监测系统，其不仅能够有效监测水库坝体的渗流情况，而且运行可靠、测量精度高。本专利技术解决其技术问题采取的技术方案是：一种水库坝体渗流安全在线自动监测系统，包括测压管、水位测量装置、数据采集终端和上位机，所述测压管包括若干个在水利工程中预先设置、用于对坝体进行监测用的测压管，所述水位测量装置设置在测压管内用以测量测压管内的水位，所述数据采集终端用以采集水位测量装置测量的水位数据并通过无线通信网络发送给上位机，所述上位机根据水位数据信息定性分析测压管水位的变化过程、位势过程，以及水库坝体渗漏量变化过程，并结合外界温度、气候情况对水库坝体进行安全警示，其特征是，所述水位测量装置包括水位轮、测缆、浮子、卷扬轮、齿轮组、蜗杆、牙轮、字轮组和恒转矩电机，所述测缆缠绕于卷扬轮工作圆周的凹槽中，其引出端绕经水位轮的工作圆周后与位于水位轮下方的浮子相连接，所述卷扬轮与水位轮在同一垂直面上工作，所述恒转矩电机的输出轴与卷扬轮的驱动轮啮合连接，水位轮与齿轮组中相同周长的齿轮共轴，所述齿轮组与蜗杆啮合，蜗杆轴与牙轮轴连接，牙轮分别与字轮组中对应的字轮啮合；所述浮子随测压管内水位的变化而上下浮动，所述的水位轮、卷扬轮、齿轮组、蜗杆、牙轮、字轮组和恒转矩电机设置在测压管内上端，所述字轮组中每个字轮圆周表面指代0～9的十个弧段上分别设置有对应数值0～9的二维码标识。优选地，所述水位测量装置还包括STM8L151单片机、电源控制电路、电机驱动电路和GPRS模块，所述STM8L151单片机分别与电源控制电路、电机驱动电路和GPRS模块相连，所述电源控制电路与数据采集终端相连，所述电机驱动电路与恒转矩电机的控制端相连，所述GPRS模块与上位机相连。优选地，所述数据采集终端包括摄像头、补光灯、STM32F407单片机、存储器和电源模块，所述摄像头正对字轮组设置，所述补光灯设置在摄像头附近且光线射向字轮组，所述STM32F407单片机分别与摄像头、补光灯、存储器和STM8L151单片机相连，所述电源模块分别与电源控制电路、摄像头和STM32F407单片机电连接，优选地，所述GPRS模块包括SIM800C模块、SIM卡和MIC29302芯片，所述SIM800C模块分别与STM8L151单片机和电源模块连接，所述SIM卡设置在SIM800C模块的卡槽内，所述MIC29302芯片的控制端与STM8L151单片机连接。优选地，所述摄像头采用OV2640摄像头，所述摄像头连接有24M有源晶振，所述存储器采用AT24C02存储芯片；所述TM32F407单片机还连接有供电电源、25M有源晶振和温度传感器，所述温度传感器为DS18B20数字温度传感器。优选地，所述供电电源包括太阳能电池板、充电控制电路和充电锂电池，所述充电控制电路分别与太阳能电池板、充电锂电池、STM8L151单片机和数据采集终端的电源模块电连接。优选地，所述二维码标识粘贴或者印制在字轮圆周表面。优选地，所述二维码标识包括依次设置的数值上半部识别区、上半部间隔区、数值下半部识别区和下半部间隔区；所述数值上半部识别区和数值下半部识别区均包括二进制表示的定位信息、位数信息、数值半部位置信息和数值信息；每一个数值0～9的二维码标识所包含的数值上半部识别区和数值下半部识别区的位数信息和数值信息是相同的。优选地，所述定位信息包括设置在数值上半部识别区或数值下半部识别区的左上角三组信息和右下角三组信息，所述位数信息包括设置在数值上半部识别区或数值下半部识别区右上角的三组信息，所述数值半部位置信息包括设置在数值上半部识别区或数值下半部识别区中心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水库坝体渗流安全在线自动监测系统，包括测压管、水位测量装置、数据采集终端和上位机，所述测压管包括若干个在水利工程中预先设置、用于对坝体进行监测用的测压管，所述水位测量装置设置在测压管内用以测量测压管内的水位，所述数据采集终端用以采集水位测量装置测量的水位数据并通过无线通信网络发送给上位机，所述上位机根据水位数据信息定性分析测压管水位的变化过程、位势过程，以及水库坝体渗漏量变化过程，并结合外界温度、气候情况对水库坝体进行安全警示，其特征是，所述水位测量装置包括水位轮、测缆、浮子、卷扬轮、齿轮组、蜗杆、牙轮、字轮组和恒转矩电机，所述测缆缠绕于卷扬轮工作圆周的凹槽中，其引出端绕经水位轮的工作圆周后与位于水位轮下方的浮子相连接，所述卷扬轮与水位轮在同一垂直面上工作，所述恒转矩电机的输出轴与卷扬轮的驱动轮啮合连接，水位轮与齿轮组中相同周长的齿轮共轴，所述齿轮组与蜗杆啮合，蜗杆轴与牙轮轴连接，牙轮分别与字轮组中对应的字轮啮合；所述浮子随测压管内水位的变化而上下浮动，所述的水位轮、卷扬轮、齿轮组、蜗杆、牙轮、字轮组和恒转矩电机设置在测压管内上端，所述字轮组中每个字轮圆周表面指代0～9的十个弧段上分别设置有对应数值0～9的二维码标识。...

【技术特征摘要】
1.一种水库坝体渗流安全在线自动监测系统，包括测压管、水位测量装置、数据采集终端和上位机，所述测压管包括若干个在水利工程中预先设置、用于对坝体进行监测用的测压管，所述水位测量装置设置在测压管内用以测量测压管内的水位，所述数据采集终端用以采集水位测量装置测量的水位数据并通过无线通信网络发送给上位机，所述上位机根据水位数据信息定性分析测压管水位的变化过程、位势过程，以及水库坝体渗漏量变化过程，并结合外界温度、气候情况对水库坝体进行安全警示，其特征是，所述水位测量装置包括水位轮、测缆、浮子、卷扬轮、齿轮组、蜗杆、牙轮、字轮组和恒转矩电机，所述测缆缠绕于卷扬轮工作圆周的凹槽中，其引出端绕经水位轮的工作圆周后与位于水位轮下方的浮子相连接，所述卷扬轮与水位轮在同一垂直面上工作，所述恒转矩电机的输出轴与卷扬轮的驱动轮啮合连接，水位轮与齿轮组中相同周长的齿轮共轴，所述齿轮组与蜗杆啮合，蜗杆轴与牙轮轴连接，牙轮分别与字轮组中对应的字轮啮合；所述浮子随测压管内水位的变化而上下浮动，所述的水位轮、卷扬轮、齿轮组、蜗杆、牙轮、字轮组和恒转矩电机设置在测压管内上端，所述字轮组中每个字轮圆周表面指代0～9的十个弧段上分别设置有对应数值0～9的二维码标识。2.根据权利要求1所述的一种水库坝体渗流安全在线自动监测系统，其特征是，所述水位测量装置还包括STM8L151单片机、电源控制电路、电机驱动电路和GPRS模块，所述STM8L151单片机分别与电源控制电路、电机驱动电路和GPRS模块相连，所述电源控制电路与数据采集终端相连，所述电机驱动电路与恒转矩电机的控制端相连，所述GPRS模块与上位机相连。3.根据权利要求2所述的一种水库坝体渗流安全在线自动监测系统，其特征是，所述数据采集终端包括摄像头、补光灯、STM32F407单片机、存储器和电源模块，所述摄像头正对字轮组设置，所述补光灯设置在摄像头附近且光线射向字轮组，所述STM32F407单片机分别与摄像头、补光灯、存储器和STM8L151单片机相连，所述电源模块分别与电源控制电路、摄像头和STM32F407单片机电连接。4.根据权利要求3所述的一种水库坝体渗流安全在线自动监测系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李聪，朱言超，朱永琪，龚宇雷，孟凡民，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37