【技术实现步骤摘要】
一种混凝土大坝活动裂纹电磁监测系统与方法
[0001]本专利技术涉及在线电磁监测
，特别是涉及一种混凝土大坝活动裂纹电磁监测系统与方法。
技术介绍
[0002]混凝土大坝作为大型混凝土结构，是水力发电站的重要基础设施，在灌溉、航运和发电等多方面都起到了关键作用，是经济发展的重要组成成分。同时由于混凝土材料的固有特性，在浇筑时不可避免地产生微小裂纹，而其抗拉强度远小于抗压强度，在混凝土大坝投入运行后，由于承载负荷的不断变化，微小裂纹容易扩展形成活动裂纹，给大坝的安全稳定造成严重威胁。因此，混凝土大坝活动裂纹的监测具有重要的意义。
[0003]然而，目前世界上还没有成熟的大型混凝土活动裂纹监测方法。人工巡检方式耗费大量的人力物力，只能定期对裂纹缺陷进行评估，无法实时确定裂纹缺陷的状态；红外检测和图像识别方法只能识别大坝表面裂纹，无法检测其内部缺陷；声发射方法对环境中振动信号的信噪比要求高，而混凝土大坝周围振动干扰强烈，难以实现活动裂纹的监测；超声波法受限于混凝土材质的非均质和孔隙等因素，难以应用于混凝土活动裂纹的监测。
技术实现思路
[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0005]为此，本专利技术的一个目的在于提出混凝土大坝活动裂纹电磁监测系统，以实现利用活动裂纹产生的电磁信号的监测方法，监测混凝土大坝活动裂纹的变化情况，为大坝的安全运行提供技术支撑。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提出一种混凝土大坝活动裂纹电磁监测方法。>[0007]为达上述目的，本专利技术一方面提出一种混凝土大坝活动裂纹电磁监测系统，包括：系统电磁信号采集装置和系统主控模块；其中，
[0008]所述系统电磁信号采集装置包括电磁监测传感器、电磁信号采集模块、供电模块和无线通信模块，用于采集和提取混凝土大坝活动裂纹产生的电磁辐射信号；
[0009]所述系统主控模块包括无线通信模块、中央处理器、数据存储单元和数据显示单元，用于对所述无线通信模块回传的活动裂纹电磁辐射信号进行处理，并量化和定位活动裂纹的尺寸和位置。
[0010]可选地，所述系统电磁信号采集装置等间距布置在混凝土大坝的坝体表面，所述系统电磁信号采集装置在坝体表面横向和纵向的间距均小于5m。
[0011]可选地，所述电磁监测传感器为空间三轴磁场信号采集单元，信号采样速率大于10MHz。
[0012]可选地，所述放大滤波电路和数据采集处理器与所述电磁监测传感器相连，用于滤除工频电磁噪声和其他电磁干扰噪声，所提取的单次活动裂纹产生的电磁辐射信号时间长度大于2ms。
[0013]可选地，所述供电模块用于给所述电磁监测传感器、电磁信号采集模块和无线通信模块供电，采用高能量密度锂电池组和太阳能电池板组合方式供电，当在第一光照强度下时，采用太阳能电池板供电，当在第二光照强度下时，采用高能量密度锂电池组供电。
[0014]可选地，所述无线通信模块用于所述电磁信号采集模块与系统主控模块相互通信，采用超宽带通信方式，两端分别与电磁信号采集模块和中央处理器连接。
[0015]可选地，所述中央处理器接收无线通信模块传输的信息，用于对所述电磁信号采集模块采集的活动裂纹电磁辐射信号进行特征提取分析和判断，以定位活动裂纹的位置，并量化活动裂纹的尺寸。
[0016]可选地，所述数据存储单元与所述中央处理器连接，用于对中央处理器获取的电磁辐射信号波形记录数据和活动裂纹位置与尺寸数据进行存储。
[0017]可选地，所述数据显示单元与所述中央处理器连接，用于显示活动裂纹电磁辐射信号时频域特征和混凝土大坝整体活动裂纹的尺寸和分布状况。
[0018]为达上述目的，本专利技术第二方面实施例提出了混凝土大坝活动裂纹电磁监测方法，应用在上述第一方面实施例所描述的混凝土大坝活动裂纹电磁监测系统，包括如下步骤：
[0019]根据混凝土大坝活动裂纹的分布规律，选定需要进行活动裂纹监测的区域，并在坝体表面均匀布置系统电磁信号采集装置，记录各系统电磁信号采集装置的具体分布位置；
[0020]通过所述系统电磁信号采集装置，在选定的活动裂纹监测区域获取采集点空间电磁辐射场的三轴磁场分量；
[0021]根据所述放大滤波电路和数据采集处理器剔除空间的电磁辐射噪声引起的干扰数据，获得活动裂纹产生的电磁辐射信号；
[0022]通过所述无线通信模块将活动裂纹产生的电磁辐射信号传输到所述系统主控模块的中央处理器；
[0023]通过所述中央处理器得到活动裂纹电磁辐射信号传播到所述系统主控模块的时间以及信号幅值、频率和持续时间信息；
[0024]根据电磁辐射信号传播规律和信号衰减规律，比较所述系统主控模块接收的四个电磁信号采集模块发送的电磁辐射信号的到达时间差异和幅值大小，并定位活动裂纹的位置；
[0025]根据电磁辐射信号特征与活动裂纹特征的对应关系，比较所述系统主控模块接收的电磁辐射信号幅值、频率和持续时间，以确定活动裂纹的尺寸。
[0026]可选地，所述选定需要进行活动裂纹监测的区域，包括：混凝土大坝承受负荷比重大的区域、日常巡检中容易出现裂纹的区域以及已出现微小裂纹但尚未发生严重开裂的区域。
[0027]可选地，所述采集点空间辐射场的三轴磁场分量，包括：三轴磁场分量为所述电磁监测传感器采集的x，y，z三轴磁场分量，三轴相互垂直。
[0028]可选地，所述根据所述放大滤波电路和数据采集处理器剔除空间的电磁辐射噪声引起的干扰数据，包括：当电磁监测传感器获取的采样信号频段在10kHz～10MHz以外时，当采样信号为非脉冲衰减信号时，当采样信号被少于四个系统电磁信号采集装置接收时，采
样信号为环境干扰噪声。
[0029]可选地，所述结合电磁辐射信号传播规律和信号衰减规律，包括：电磁辐射信号在空气中的传播速率为光速，在混凝土介质中的传播速率与混凝土对电磁波的折射率有关，电磁辐射信号的衰减与信号频率有关。
[0030]可选地，比较所述系统主控模块接收的四个电磁信号采集模块发送的电磁辐射信号的到达时间差异和幅值大小，包括：通过信号到达时间差异和幅值大小确定活动裂纹位置与四个系统电磁信号采集装置之间的距离d1、d2、d3、d4，以及4个系统电磁信号采集装置的空间位置(x1，y1，z1)(x2，y2，z2)(x3，y3，z3)(x4，y4，z4)，通过空间四点定位基本原理，确定活动裂纹的空间位置(x，y，z)。(x，y，z)满足如下关系式：
[0031][0032]可选地，所述结合电磁辐射信号特征与活动裂纹特征的对应关系，包括：电磁辐射信号幅值和频率与活动裂纹宽度有关，电磁辐射信号持续时间与活动裂纹长度有关。
[0033]根据本专利技术实施例的混凝土大坝活动裂纹电磁监测系统与方法，能利用裂纹开裂产生的电磁辐射信号实现混凝土大坝活动裂纹的监测，同时定位活动裂纹在大坝坝体的具体位置，量化活动裂纹的尺寸；监测系统可监测混凝土大坝内部活动裂纹，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种混凝土大坝活动裂纹电磁监测系统，其特征在于，包括：系统电磁信号采集装置和系统主控模块；其中，所述系统电磁信号采集装置包括电磁监测传感器、电磁信号采集模块、供电模块和无线通信模块，用于采集和提取混凝土大坝活动裂纹产生的电磁辐射信号；所述系统主控模块包括无线通信模块、中央处理器、数据存储单元和数据显示单元，用于对所述无线通信模块回传的活动裂纹电磁辐射信号进行处理，并量化和定位活动裂纹的尺寸和位置。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统电磁信号采集装置等间距布置在混凝土大坝的坝体表面，所述系统电磁信号采集装置在坝体表面横向和纵向的间距均小于5m。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电磁监测传感器为空间三轴磁场信号采集单元，信号采样速率大于10MHz。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述放大滤波电路和数据采集处理器与所述电磁监测传感器相连，用于滤除工频电磁噪声和其他电磁干扰噪声，所提取的单次活动裂纹产生的电磁辐射信号时间长度大于2ms。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供电模块用于给所述电磁监测传感器、电磁信号采集模块和无线通信模块供电，采用高能量密度锂电池组和太阳能电池板组合方式供电，当在第一光照强度下时，采用太阳能电池板供电，当在第二光照强度下时，采用高能量密度锂电池组供电。6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线通信模块用于所述电磁信号采集模块与系统主控模块相互通信，采用超宽带通信方式，两端分别与电磁信号采集模块和中央处理器连接。7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中央处理器接收无线通信模块传输的信息，用于对所述电磁信号采集模块采集的活动裂纹电磁辐射信号进行特征提取分析和判断，以定位活动裂纹的位置，并量化活动裂纹的尺寸。8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据存储单元与所述中央处理器连接，用于对中央处理器获取的电磁辐射信号波形记录数据和活动裂纹位置与尺寸数据进行存储。9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据显示单元与所述中央处理器连接，用于显示活动裂纹电磁辐射信号时频域特征和混凝土大坝整体活动裂纹的尺寸和分布状况。10.一种混凝土大坝活动裂纹电磁监测方法，其特征在于，所述方法应用在如权利要求1
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9任一所述的混凝土大坝活动裂纹电磁监测系统上，包括如下步骤：根据混凝土大坝活动裂纹的分布规律，选定需要进行活动裂纹监测的区域，并在坝体表面均匀布置系统电磁信号采集装置，记录各系统电磁信号采集装置的具体分布位置；通过所述系统电磁信号采集装置，在选...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄松岭，张敬华，彭丽莎，于歆杰，温舒智，李世松，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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