一种监测橡胶坝坝袋高度的系统及方法与流程

本发明涉及一种监测橡胶坝坝袋高度的系统及方法。

背景技术：

随着我国水利建设事业的发展，橡胶坝是随着高分子合成材料的发展而出现的一种新型水工建筑物，具有造价低、工期短、见效快、维护量小的优点。

橡胶坝主要适用于低水头、大跨度的闸坝工程，由高强度的织物合成纤维受力骨与合成橡胶构成，锚固在基础底板上，形成密封袋形，充入水或气，形成水坝。主要特点在于可以自如地进行升降。旱季时向橡胶坝内充水，这样坝体就会升高，可以拦蓄灌溉；到了汛期，可以抽空注水，使大坝平卧河底，让洪水顺利通过。

由于橡胶坝材质的特殊性，如何监测橡胶坝袋高度，是一个需要解决的问题。随着水利自动化、信息化的不断建设和发展，远程智能监控系统在橡胶坝工程建设中应用更为广泛，运用现代信息技术、自动化技术、视频图像技术、电子传感技术、计算机网络技术、信息合成处理技术等，逐步建成以工程安全监控、科学管理服务等为核心的数字化测控、管理系统，实现了橡胶坝蓄水、泵阀控制、发电、上下游水位、坝袋压力、坝袋位移等参数的实时采样和相关状态监控。但橡胶坝高度监测一直是个难题，现有的机械方式、内外压对比方式、激光超声等非接触方式都存在着诸多弊端，不甚理想，容易受施工难度、漂浮物、溢水高低变化等因素影响，所以长期以来还是依靠人工观测；然而橡胶坝高度是上下游水位实时调节的重要依据，既要保证泄洪安全也要重视坝体坝袋的自身安全，所以急需一种相对易于施工、简单灵活、安装牢固、不阻挡河道并且能直接测量坝袋高度的监测技术，同时能够高精度、实时采集和智能分析告警。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种监测橡胶坝坝袋高度的系统及方法，本发明可以实现橡胶坝坝高的直接测量而非简洁推算，又能避免外接环境的影响，通过测量坝袋的高度和坝前水位的高度之差，就可以准确计算出溢流水位，从而实现调节橡胶坝的压力，实时准确的控制蓄水和防水，保证了坝体的安全运行。从而能及时发现潜在的险情，及时实现预警，有效提高了坝体的安全监测水平。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种监测橡胶坝坝袋高度的系统，包括第一静压传感器、第二静压传感器、采集器、水箱和连通管，其中，所述第一静压传感器，固定在橡胶坝坝袋的顶部，测量坝袋顶部水位的压力，所述第二静压传感器，固定在橡胶坝的坝基上，以测量坝袋底部水位的压力；所述水箱存储有防冻介质，通过连通管连通所述第一静压传感器、第二静压传感器；第一静压传感器、第二静压传感器连接采集器，将传感器测量所得到的压力，计算出坝顶和坝底的高度，从而得出橡胶坝坝袋的高度。

所述水箱内设置有液位传感器，实时测量水箱内防冻介质的液位。

所述第一静压传感器、第二静压传感器与采集器通过传感器馈线连接，所述传感器馈线包括信号传输线和电源线，由采集器给第一静压传感器、第二静压传感器供电，同时接收所测试得到的压力信号。

所述连通管中填充有防冻介质。

所述连通管路采用PEX-b交联聚乙烯复合管材。

一种实时测量橡胶坝坝袋高度的方法，包括以下步骤：

(1)在橡胶坝坝顶处安装固定第一静压传感器，在坝袋底部固定第二静压传感器；

(2)根据坝袋顶部和底部的压力，计算坝袋顶部和底部的所处位置高度，计算坝袋的高度；

(3)根据测量所得出的坝袋高度以及当前水位高度，进行橡胶坝蓄水或者放水的调节。

所述步骤(1)中，在坝袋顶部固定第一静压传感器，在坝基上固定第二静压传感器，根据连通液原理，用一根封闭的管路将两个静压传感器连通起来。

所述步骤(2)，坝袋顶部第一静压传感器测量的压力为PT，坝袋底部第二静压传感器B测量的压力为PB，根据液体压强公式分别计算出，坝顶高度HT，坝底高度HB，计算坝袋的高度为：HRD＝HT-HB。

所述步骤(3)，根据测量所得出的坝袋高度HRD，和已知的坝前水位高度HW，二者之差，就是流过坝袋的溢流水位，根据得到溢流水位控制橡胶坝的蓄水或者放水，改变橡胶坝的压力。

所述步骤(3)，保证连通管路顶端水箱的水位满足液位传感器淹没在水箱液体中，当低于设定值时，实现告警。

本发明的有益效果为：本发明可以实现橡胶坝坝高的直接测量而非简洁推算，同时又能避免外接环境的影响；通过测量坝袋的高度和坝前水位的高度之差，就可以准确计算出溢流水位，从而实现调节橡胶坝的压力，实时准确的控制蓄水和防水，保证了坝体的安全运行。从而能发现潜在的险情，实现及时预警，有效提高了坝体的安全监测水平。

附图说明

图1是本发明中装置示意图。

图2为橡胶坝坝袋高度测量流程图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种监测橡胶坝坝袋高度的系统，包括坝袋顶部静压传感器T，坝袋底部静压传感器B，采集器、传感器馈线、水箱、连通管，和液位传感器。

坝袋顶部静压传感器T，固定在橡胶坝坝袋的顶部，用来测量坝袋顶部水位的压力。

坝袋底部静压传感器B，固定在橡胶坝的坝基上，也就是橡胶坝的底部，用来测量坝袋底部水位的压力。

采集器，与静压传感器T和静压传感器B连接，将传感器测量所得到的压力P，根据计算公式P＝ρg h，计算出坝顶和坝底的高度，从而得出橡胶坝坝袋的高度。

传感器馈线：为液压传感器与采集器之间的连接线，其中包括信号传输线和电源线，由采集器给传感器供电，同时采集器采集传感器所测试得到的压力信号。

水箱：采用分子级过滤器连通大气，同时又避免箱内介质液体过快蒸发；为保证冬季管路内液体冻结，介质选用防冻液，为适应北方寒冷气候防冻液冰点宜选择-40℃以上的规格。实施中，选择乙二醇，它最显著的特点是防冻，而水不能防冻。其次，乙二醇沸点高，挥发性小，粘度适中并且随温度变化小，热稳定性好。因此，乙二醇型防冻液是一种理想的冷却液。冰点范围在-25℃到-50℃之间；连通管，为封闭管路，用来连接并连通坝袋顶部静压传感器T和坝袋底部静压传感器B，以及水箱。封闭管路中的液体为水箱中的防冻液。连通管路采用PEX-b交联聚乙烯复合管材，热强度高、低温韧性好、抗蠕变能力强，70℃连续使用寿命不低于50年。

所述液位传感器：放置在水箱内，实时测量水箱内防冻液的水位，保证连通管路顶端水箱的水位，水箱中的水位必须满足传感器淹没在水箱液体中，当低于设定值时，实现告警。

如图2所示：一种监测橡胶坝坝袋高度的方法，包括以下步骤：

1、测量坝顶压力PT：通过坝袋顶部静压传感器T，测量坝袋顶部的压力为PT

2、测量坝底压力PB：通过坝袋底部静压传感器T，测量坝袋底部的压力为PB

3、计算坝顶和坝底的水位高度：根据液体压强公式：

P＝ρg h，ρ介质密度，g重力常量，h深度；

分别计算出，坝顶高度HT，坝底高度HB

4、计算坝袋高度：根据步骤3所计算出的坝顶高度HT，坝底高度HB，得出坝袋的高度为：HRD＝HT-HB

5、计算溢流量：根据测量所得出的坝袋高度HRD，和已知的坝前水位高度HW，二者之差，就是流过坝袋的溢流水位。

6、调节坝体压力：根据步骤5得到溢流水位，就可以控制橡胶坝的蓄水或者放水，从而改变橡胶坝的压力，保证了坝体的安全运行。

在连通管路所连接的水箱内，有防冻液，防冻液择适应的选北方寒冷气候防冻液冰点宜选择-40℃以上的规格，保证冬季管路内液体不冻结。在水箱内，放置有液位传感器，实时测量水箱内防冻液的水位，保证连通管路顶端水箱的水位，水箱中的水位必须满足传感器淹没在水箱液体中，当低于设定值时，实现告警。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。