水库大坝安全自动化监测问题研究

李志云

(黄壁庄水库管理局,河北鹿泉 050224)

水库大坝安全自动化监测问题研究

李志云

(黄壁庄水库管理局,河北鹿泉 050224)

土石坝安全监测的对于谁把建设有着是非重要的意义。能否为管理员提供及时、稳定、精确、高效的大坝原型观测数据的关系着水坝的安全,水坝如果出现安全问题造成的损失是十分巨大的,基于此对水库大坝安全自动化监测问题研究。

安全 自动化监测 抗干扰

1 系统通信方式

在大坝安全监测系统中，选择合适的传输介质是从硬件系统的角度提高通信可靠性的关键。在大坝安全监测中由于监测系统的测点分布范围广，数据传输距离长，所以需要选择适合长线通信的传输总线。而光纤具有网络连接方便，抗干扰性能好，传输距离远等特点。光纤一般是由石英玻璃做成的细丝，其直径一般为2μm-125μm其组成一般包括三个部分：纤芯、包层和外套。光纤对信息的传输主要是光信号在光纤内部的全反射作用来传输的。则当如果光信号满足一定的入射角，在进入光纤以后在芯线上的信号在包层界面上不断地发生全发射，这主要是由于光纤的折射系数高于外层的折射系数，从而信号可以不断向前传输。

水库大坝光纤的传输主要有多模和单模两种传输模式。多模传输是指在满足全反射角度的多条光信号在光纤中传播。因为存在多条传播路径所以传播路径在长度会有所不等，所以信号传过光纤的时间都不会不同，这样很容易造成信号码元间的串扰，所以要通过降低传输的数据率来防止信号码元串扰。单模传输是指在光纤里传播一个角度的光波。单模传输的光纤有比较宽的频带，它的传输特性相对多模要好很多，所以它适合大容量、长距离的传输系统。在有线通信方式中，光纤是最适合大坝安全监测系统的一种通信方式，因为它具有很好的抗干扰性，它在监测系统中工作时几乎可以不受外界的电磁干扰与噪声影响，并且他还有一个很明显的优势就是它能在长距离、高速率的传输过程中保持很低的误码率，对比一下它和其他通信方式在误码率上的比较数值：双绞线的误码率一般在10-5-10-6之间；基带同轴电缆的误码率一般为10-7；宽带同轴电缆的误码率一般为10-9；光纤的误码率一般低于10-10。通过以上的数据比较我们就可以很明显的发现水库大坝使用光纤的优势。此外，光纤在传输的安全性与保密性方面也具有很明显的优势。

2 大坝安全监测仪器及技术方法

2.1 垂线坐标仪(引张线仪)

仪器工作时，垂线中输入稳幅和稳频率的交流电，它产生交变的磁场会在两个传感器线圈中都产生感应电动势，其大小与垂线的位移变化有关系，其输出的电动势是交流电压信号，其信号处理电路与差动变压器式传感器的处理电路很类似，处理时要先经过解调，然后要经过低通滤波，将滤波后的信号转换成直流电压信号，将电压信号放大，对应的就是与垂线位移成线性关系的电信号。这样就很清楚的知道了只要测出了电压的大小将其转换为垂线的位移，这样只要测出了它的大小我们就可以利用它来测量大坝安全监测中的水平位移。

2.2 静力水准仪

在大坝的垂直位移监测中，实际工程中最常用到的是静力水准仪。大坝位移监测的测量需要很精确，这就要求选用精度高而且稳定性好的监测仪器，因此如若选用一般的监测仪器来测量效果可能并不理想，甚至可能达不到预期的效果，以至会影响到对大坝安全的评判，错误的判断可能会导致严重的后果。传统的光学水准仪测量，它的精度就不够理想而且它的劳动强度相比较会大出许多，所以在垂直位移监测中我们主要应用的是静力水准仪。它利用差动变压器式位移传感器进行垂直位移的测量。这种仪器结构简单，使用灵活，而且寿命长，线性度好，且有高分辨率高灵敏度等特点，它在大坝监测工程中得到普遍的应用。

2.3 振弦式传感器

振弦式传感器是通过电磁铁激励钢弦振动在电磁铁线圈中感应出感应电动势，并通过测量该感应电动势所含带的钢弦振动频率而得知钢丝应变，它就是利用钢弦振动频率随钢丝应力变化的原理研制的。它能够取代电阻仪等许多传统的仪器主要是因为它的精度和长期可靠性及稳定性比其它的仪器更具有优势，而且它可以在恶劣的环境中工作。它的优势主要体现在它结构简单、反应快速、坚固耐用、抗干扰能力强、输出为频率信号方便与微机接口。另外由于它输出的是频率信号，所以它可以进行长距离传输，这样以来对电缆的要求也大大下降了，正因为如此它被广泛应用于矿山、水电等工程的内部应力观测，水库的自动化监测使用这种传感器效果显著。

3 数据采集系统抗干扰技术

一个数据采集系统的成功与否，在很大程度上取决于该系统的设计是否充分考虑了干扰对系统的影响并是否采取了有效地抗干扰措施。水库大坝的监测系统能否有效的抗干扰对监测系统的工作效果影响重大，下面针对性的讨论了系统抗干扰技术的具体措施。

3.1 屏蔽

屏蔽的目的是使被保护对象免于外界的干扰。这就要求它即不受外界电磁波的影响，也不会受到外界噪声的影响，甚至对附近的其他监测仪器也不要造成影响。关于屏蔽采取的措施一般是利用各种金属屏蔽体制成容器，利用这些容器来阻挡或者是衰减那些施加在仪器上的电磁干扰和由雷电导致的过电压。

3.2 接地

用“接地”来抗干扰的措施其原理主要是将某点跟一个等电位点或面之间用低电阻的导体连接起来构成一个基准电位。按照接地功能划分，接地系统主要由信号地、安全地、屏蔽地和硬件地这四种子接地系统组成。信号地可以概括为单点接地系统，多点地网或地平面接地系统，复合接地系统及浮地三种形式，它主要指是信号或功率传输电流流通的参考电位基准线或基准面。信号地方式的选择可以根据大坝监测系统中实际选用硬件设备和它的布置情况来确定。

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