水庫大壩安全自動化監測問題研究

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)

土石壩安全監測的對于誰把建設有著是非重要的意義。能否為管理員提供及時、穩定、精確、高效的大壩原型觀測數據的關系著水壩的安全,水壩如果出現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測問題研究。

安全 自動化監測 抗干擾

1 系統通信方式

在大壩安全監測系統中，選擇合適的傳輸介質是從硬件系統的角度提高通信可靠性的關鍵。在大壩安全監測中由于監測系統的測點分布范圍廣，數據傳輸距離長，所以需要選擇適合長線通信的傳輸總線。而光纖具有網絡連接方便，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部的全反射作用來傳輸的。則當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生全發射，這主要是由于光纖的折射系數高于外層的折射系數，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擾，所以要通過降低傳輸的數據率來防止信號碼元串擾。單模傳輸是指在光纖里傳播一個角度的光波。單模傳輸的光纖有比較寬的頻帶，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。在有線通信方式中，光纖是最適合大壩安全監測系統的一種通信方式，因為它具有很好的抗干擾性，它在監測系統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。通過以上的數據比較我們就可以很明顯的發現水庫大壩使用光纖的優勢。此外，光纖在傳輸的安全性與保密性方面也具有很明顯的優勢。

2 大壩安全監測儀器及技術方法

2.1 垂線坐標儀(引張線儀)

儀器工作時，垂線中輸入穩幅和穩頻率的交流電，它產生交變的磁場會在兩個傳感器線圈中都產生感應電動勢，其大小與垂線的位移變化有關系，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，處理時要先經過解調，然后要經過低通濾波，將濾波后的信號轉換成直流電壓信號，將電壓信號放大，對應的就是與垂線位移成線性關系的電信號。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測中的水平位移。

2.2 靜力水準儀

在大壩的垂直位移監測中，實際工程中最常用到的是靜力水準儀。大壩位移監測的測量需要很精確，這就要求選用精度高而且穩定性好的監測儀器，因此如若選用一般的監測儀器來測量效果可能并不理想，甚至可能達不到預期的效果，以至會影響到對大壩安全的評判，錯誤的判斷可能會導致嚴重的后果。傳統的光學水準儀測量，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，所以在垂直位移監測中我們主要應用的是靜力水準儀。它利用差動變壓器式位移傳感器進行垂直位移的測量。這種儀器結構簡單，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，它在大壩監測工程中得到普遍的應用。

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出感應電動勢，并通過測量該感應電動勢所含帶的鋼弦振動頻率而得知鋼絲應變，它就是利用鋼弦振動頻率隨鋼絲應力變化的原理研制的。它能夠取代電阻儀等許多傳統的儀器主要是因為它的精度和長期可靠性及穩定性比其它的儀器更具有優勢，而且它可以在惡劣的環境中工作。它的優勢主要體現在它結構簡單、反應快速、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用于礦山、水電等工程的內部應力觀測，水庫的自動化監測使用這種傳感器效果顯著。

3 數據采集系統抗干擾技術

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

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測儀器也不要造成影響。關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體連接起來構成一個基準電位。按照接地功能劃分，接地系統主要由信號地、安全地、屏蔽地和硬件地這四種子接地系統組成。信號地可以概括為單點接地系統，多點地網或地平面接地系統，復合接地系統及浮地三種形式，它主要指是信號或功率傳輸電流流通的參考電位基準線或基準面。信號地方式的選擇可以根據大壩監測系統中實際選用硬件設備和它的布置情況來確定。

[1]王仕才,于喜兵,宋學飛,潘友宏.水庫大壩滲流安全自動化監測系統應用研究[J].現代農業,2007,10:56-58.

[2]買買提,祖麗菲婭.大壩安全自動化監測系統在克孜爾水庫中的應用[J].水利建設與管理,2009,03:45-46.

[3]張燕霞.龍羊峽水電站大壩安全自動化監測系統的運行與維護[J].大壩與安全,2011,01:35-37+47.