基于WSN的注浆流量监测系统及注浆系统及工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于WSN的注浆流量监测系统及注浆系统及工作方法，属于注浆领域，注浆流量监测系统包括流量监测装置和数据接收显示装置，所述流量监测装置包括传感器和转换发射器，所述数据接收显示装置包括无线接收模块、控制器B和显示屏；注浆系统包括注浆机组、输浆管路、孔口管、控制柜，和前面提到的基于WSN的注浆流量监测系统；工作方法为：注浆过程中，传感器的电极上形成电极信号，电极信号无线发射模块发送至无线接收模块，在显示屏上予以显示。本发明专利技术能实时监测到注浆孔口管处的实际流量，且通过无线传输，避免了有线传输造成的不便，使现场施工操作更加安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及岩土工程里的注浆
，具体地说是一种基于WSN(WirelessSensorNetworks，无线传感器网络)的注浆流量监测系统及注浆系统及工作方法。
技术介绍
近年来，复杂地质环境下的隧道、地铁及其它地下工程的修建不可避免地遇到断层、岩溶、软岩等不良地质，突水突泥、塌方等重大地质灾害事故时有发生。工程实践表明，注浆是这类工程地质灾害的有效处治方法，并得到广泛应用。而在针对这种复杂地质条件的注浆工艺中，选择合理的注浆速率及压力并在注浆过程中适时调整，有利于浆液扩散范围控制及围岩的稳定，且能适应于地层孔隙率的变化。传统的注浆方法中，注浆压力可通过压力表实时观察，但注浆流量一般是通过柱塞个数、往复次数及行程大约算得的，难以获得精确的数据。因此，单纯依靠调整注浆终压的传统方法难以达到合理控制浆液扩散范围的目的，尤其针对软岩地层及富水断裂带，注浆流量的及时灵活调整也极为重要。无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN)是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于WSN的注浆流量监测系统及注浆系统及工作方法，本专利技术能实时监测到注浆孔口管处的实际流量，便于现场操作工人灵活适时的改变注浆参数，使浆液在合理范围内扩散，且数据监测端和显示端两者之间通过无线传输，避免了有线传输造成的不便，使现场施工操作更加安全。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案包括：基于WSN的注浆流量监测系统，包括：流量监测装置，所述流量监测装置包括传感器和转换发射器，所述传感器包括流动有被测流体的流量管，所述流量管上布置有与被测流体相接触的电极，所述测量管的外壁上设有向被测流体施加磁场的励磁线圈以及信号公共端；所述转换发射器包括电源模块、控制器A、时序控制电路、励磁驱动电路和无线发射模块，所述电源模块与各用电单元电性连接以输出工作电源，所述时序控制电路发出励磁控制信号，所述励磁控制信号经过所述控制器A传输给所述励磁驱动电路，所述励磁驱动电路激励所述传感器的励磁线圈产生励磁电流；所述无线发射模块将所述控制器A处理过的数据信息发射出去；数据接收显示装置，所述数据接收显示装置包括无线接收模块、控制器B和显示屏，所述无线接收模块接收所述无线发射模块发射的信息，所述无线接收模块接收的信息经所述控制器B处理后显示到所述显示屏上。所述的电极和励磁线圈均成对设置。进一步的技术方案为：所述的转换发射器还包括工频追踪器，所述工频追踪器输出工频信号，所述控制器A与所述工频追踪器相连以检查工频追踪器的输出，所述时序控制电路根据所述工频追踪器的输出发出励磁控制信号。时序控制电路发出励磁控制信号时，可以根据工频追踪器的输出，也可以不根据工频追踪器的输出。为便于控制器A的处理和控制，进一步的技术方案为：所述的转换发射器还包括AD转换器和信号放大器，所述AD转换器将所述传感器收集的模拟信号经所述信号放大器放大后在转换为数字信号。为实现空管、堵管等异常情况下的报警，进一步的技术方案为：所述的数据接收显示装置还包括报警蜂鸣器，所述报警蜂鸣器与控制器B相连接。报警蜂鸣器用于在由于注浆管空管(如注浆管前端有鼓裂漏浆处)或注双液浆时管内初凝造成的堵管时，监测到的流量数据长时间为零的情况下，单片机及时做出判断并触发蜂鸣器发出长鸣声，起到报警的作用。进一步的技术方案为：所述的控制器A和控制器B均为单片机，所述的无线发射模块和无线接收模块均采用PTR2000收发模块，所述的显示屏采用LCD显示屏。控制器A和控制器B可选用同一型号的单片机，有利于整个系统的性能兼容性；PTR2000收发模块是接收发射合一，工作频率为国际通用的数传频段433MHz，FSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合，且内置天线的设计，故无需考虑PTR2000作为收发模块的天线连接设计。本专利技术解决其技术问题的技术方案还包括：一种注浆系统，包括注浆机组、输浆管路、孔口管和控制柜，还包括前面提到的基于WSN的注浆流量监测系统，所述的流量监测装置安装在所述孔口管的阀门的前部，所述的数据接收显示装置安装在所述控制柜上；所述的输浆管路连接在所述注浆机组的排浆口和所述流量监测装置之间。注浆机组采用电磁调速电机和GPB-90系列高压注浆泵。本专利技术解决其技术问题的技术方案还包括：一种如权利要求8所述的注浆系统的工作方法，包括以下步骤：步骤(1)：注浆开始前，接通电源；步骤(2)：注浆过程中，所述传感器的电极上产生感应电动势，形成电极信号，所述电极信号传输至所述控制器A；步骤(3)：所述控制器A经过运算得到与被测流体对应的流量测量结果，并通过无线发射模块将数据发送出去；步骤(4)：所述数据接收显示装置上的无线接收模块接收到所述无线发射模块发送的数据，经过所述控制器B处理后，将所述的流量测量结果在所述显示屏上予以显示。进一步的技术方案为：所述步骤(2)中，所述传感器的励磁线圈上的励磁电流产生励磁电场，所述传感器的测量管内存在流动的浆液，在所述励磁电场和浆液流动的作用下，在所述电极上产生感应电动势，从而形成电极信号。本专利技术的有益效果是：1.注浆流量监测系统采用分体式结构，流量检测装置和数据接收显示装置可根据需要分别安装在不同的位置，一端在工作面监测数据，另一端在操控台处显示数据，便于人员及时有效的操作，优于安装普通的电磁流量计；2.采用无线方式传输数据，组网方便，无需布线，使现场施工更加整洁及安全；3.注浆机组可灵活调整注浆速率及注浆压力，实现梯度控制，在保证注浆操作安全的同时也大大提高了注浆效果；4.设置报警蜂鸣器，注浆管空管或堵管时，系统能自动报警，极大提高了操作安全性，也避免了因疏通管路堵塞而造成的时间延误。附图说明图1为本专利技术实施例注浆系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例流量数据监测与接收的原理结构图；图3为本专利技术实施例流量检测装置的原理图；图4为图3中无线发射模块的接口电路原理图；图5为本专利技术实施例控制柜及数据接收显示装置的结构示意图；图6为图5中数据接收显示装置的电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于WSN的注浆流量监测系统，其特征是，包括：流量监测装置，所述流量监测装置包括传感器和转换发射器，所述传感器包括流动有被测流体的流量管，所述流量管上布置有与被测流体相接触的电极，所述测量管的外壁上设有向被测流体施加磁场的励磁线圈以及信号公共端；所述转换发射器包括电源模块、控制器A、时序控制电路、励磁驱动电路和无线发射模块，所述电源模块与各用电单元电性连接以输出工作电源，所述时序控制电路发出励磁控制信号，所述励磁控制信号经过所述控制器A传输给所述励磁驱动电路，所述励磁驱动电路激励所述传感器的励磁线圈产生励磁电流；所述无线发射模块将所述控制器A处理过的数据信息发射出去；数据接收显示装置，所述数据接收显示装置包括无线接收模块、控制器B和显示屏，所述无线接收模块接收所述无线发射模块发射的信息，所述无线接收模块接收的信息经所述控制器B处理后显示到所述显示屏上。

【技术特征摘要】
1.基于WSN的注浆流量监测系统，其特征是，包括：
流量监测装置，所述流量监测装置包括传感器和转换发射器，所述传感器包括流动有被
测流体的流量管，所述流量管上布置有与被测流体相接触的电极，所述测量管的外壁上设有
向被测流体施加磁场的励磁线圈以及信号公共端；所述转换发射器包括电源模块、控制器A、
时序控制电路、励磁驱动电路和无线发射模块，所述电源模块与各用电单元电性连接以输出
工作电源，所述时序控制电路发出励磁控制信号，所述励磁控制信号经过所述控制器A传输
给所述励磁驱动电路，所述励磁驱动电路激励所述传感器的励磁线圈产生励磁电流；所述无
线发射模块将所述控制器A处理过的数据信息发射出去；
数据接收显示装置，所述数据接收显示装置包括无线接收模块、控制器B和显示屏，所
述无线接收模块接收所述无线发射模块发射的信息，所述无线接收模块接收的信息经所述控
制器B处理后显示到所述显示屏上。
2.根据权利要求1所述的基于WSN的注浆流量监测系统，其特征是，所述的电极成对设
置。
3.根据权利要求1所述的基于WSN的注浆流量监测系统，其特征是，所述的励磁线圈成
对设置。
4.根据权利要求1所述的基于WSN的注浆流量监测系统，其特征是，所述的转换发射器
还包括工频追踪器，所述工频追踪器输出工频信号，所述控制器A与所述工频追踪器相连以
检查工频追踪器的输出，所述时序控制电路根据所述工频追踪器的输出发出励磁控制信号。
5.根据权利要求1所述的基于WSN的注浆流量监测系统，其特征是，所述的转换发射器
还包括AD转换器和信号放大器，所述AD转换器将所述传感器收集的模拟信号经所述信号放<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆松，杨腾，李术才，左金鑫，郭焱旭，随海通，匡伟，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37