本发明涉及大坝裂缝检测技术领域，尤其涉及一种基于巡检机器人的水电厂大坝裂缝检测系统及方法。
背景技术：
水力发电厂大坝安全是重中之重，目前对大坝裂缝检测通常依靠人工定期测量，耗费大量人力，且效率低下，且容易出现运维人员巡检不及时或疏忽大意漏检的情况。随着科技的发展，装备智能化、信息化程度的提高，为确保大坝安全稳定运行，有必要对水力发电厂内各重要裂缝进行自动监测，保证水力发电厂的安全。
技术实现要素：
本发明为了解决上述技术问题，提供了一种基于巡检机器人的水电厂大坝裂缝检测系统及方法，其通过设置在各个裂缝处的裂缝检测装置实时监测裂缝，巡检机器人定期巡检从裂缝检测装置处获取裂缝数据，并转发到监控后台，从而实现了裂缝的自动监测，改变了以往人工监测的方式，减少了劳动强度，实现巡检的智能化、无人化。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明的一种基于巡检机器人的水电厂大坝裂缝检测系统，包括监控后台、巡检机器人和设置在大坝裂缝处的裂缝检测装置，所述裂缝检测装置包括控制器、电源模块、数据采集单元、无线通信模块和安装在裂缝上的裂缝检测仪，所述控制器分别与电源模块、数据采集单元和无线通信模块电连接，所述数据采集单元还与裂缝检测仪电连接，所述巡检机器人能够与监控后台、裂缝检测装置进行无线通信。
在本技术方案中，数据采集单元采集裂缝检测仪检测的裂缝尺寸，并将其发送到控制器，控制器存储接收到的裂缝数据。巡检机器人按照预设的路径运动，依次到达预设的水电厂的各个裂缝检测位置。当巡检机器人移动到某个裂缝检测位置时，巡检机器人与该裂缝检测位置处的裂缝检测装置进行无线通信，该裂缝检测装置将检测到的裂缝尺寸发送到巡检机器人，巡检机器人将接收到的裂缝尺寸数据转发到监控后台。监控后台对接收到的裂缝尺寸数据建立数据库，形成趋势图，并进行判断，当裂缝尺寸超过设定值时发出报警，通知运维人员处理。
作为优选，所述裂缝检测仪包括检测机构和两个膨胀锚杆，所述检测机构包括套管和传递杆，所述传递杆左端从套管右端插入套管，所述套管左端和传递杆右端都连接有球形万向节，所述球形万向节上设有固定螺栓，所述固定螺栓与膨胀锚杆上的螺孔匹配，所述套管内设有检测传递杆位移的位移检测模块，所述位移检测模块与数据采集单元电连接。
使用时，将两个膨胀锚杆分别嵌入大坝裂缝两侧，两个固定螺栓分别与两个膨胀锚杆固定连接。裂缝形变时，两个膨胀锚杆之间的距离发生变化，传递杆与套管之间发生位移，套管内的位移检测模块检测传递杆位移，并将其发送到数据采集单元，数据采集单元将位移数据发送到控制器。
作为优选，所述传递杆上设有定位销，所述套管右端设有与定位销匹配的定位槽。防止传递杆插入套管内的长度超过限度。
作为优选，所述套管上还设有温度传感器，所述温度传感器与数据采集单元电连接。温度传感器检测环境温度，并将其发送到数据采集单元，数据采集单元将温度数据发送到控制器。当巡检机器人移动到附近时，裂缝检测装置将检测到的温度数据发送到巡检机器人，巡检机器人将接收到的温度数据转发到监控后台。
作为优选，所述电源模块包括蓄电池、电压转换模块、太阳能电池板和充放电管理模块，所述电压转换模块的输入端与市电电连接，所述充放电管理模块分别与电压转换模块的输出端、蓄电池、太阳能电池板和控制器电连接。电压转换模块可将市电转换为直流电压给蓄电池充电，太阳能电池板可将太阳能转换为电能给蓄电池充电，蓄电池给控制器供电，充放电管理模块管理蓄电池充放电。
本发明的一种基于巡检机器人的水电厂大坝裂缝检测方法，用于上述的一种基于巡检机器人的水电厂大坝裂缝检测系统，包括以下步骤：
S1：巡检机器人通过三维激光导航定位装置扫描周围地形，与预先存储的水电厂地形图进行匹配，计算出巡检机器人当前的坐标位置；
S2：巡检机器人按照预设的路径运动，依次到达预设的水电厂的各个裂缝检测位置；
S3：当巡检机器人移动到某个裂缝检测位置时，巡检机器人与该裂缝检测位置处的裂缝检测装置进行无线通信，该裂缝检测装置将检测到的裂缝尺寸发送到巡检机器人，机器人将接收到的裂缝尺寸数据转发到监控后台；
S4：监控后台对接收到的裂缝尺寸数据建立数据库，形成趋势图，并进行判断，当裂缝尺寸超过设定值时发出报警。
作为优选，裂缝检测装置检测裂缝尺寸的方法包括以下步骤：采用公式Ji＝K(Fi-F0)计算出裂缝检测仪的形变值，根据裂缝检测仪的形变值计算出裂缝尺寸，Ji为裂缝检测仪的形变值，K为裂缝检测仪的标定系数，Fi为裂缝检测仪当前的输出模数值，F0为裂缝检测仪零点输出模数值。
本发明的有益效果是：通过设置在各个裂缝处的裂缝检测装置实时监测裂缝，巡检机器人定期巡检从裂缝检测装置处获取裂缝数据，并转发到监控后台，从而实现了裂缝的自动监测，改变了以往人工监测的方式，减少了劳动强度，实现巡检的智能化、无人化。
附图说明
图1是本发明的一种电路原理连接框图；
图2是检测机构的结构示意图；
图3是裂缝检测仪的安装示意图；
图4是位移检测模块的内部结构示意图。
图中：1、监控后台，2、巡检机器人，3、裂缝检测装置，4、控制器，5、数据采集单元，6、无线通信模块，7、裂缝检测仪，8、检测机构，9、膨胀锚杆，10、套管，11、传递杆，12、球形万向节，13、固定螺栓，14、定位销，15、定位槽，16、温度传感器，17、蓄电池，18、电压转换模块，19、太阳能电池板，20、充放电管理模块，21、振弦，22、激振及信号拾取装置，23、振弦夹持装置，24、感应体，25、拉簧，26、拉杆，27、密封外壳。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种基于巡检机器人的水电厂大坝裂缝检测系统，如图1所示，包括监控后台1、巡检机器人2和设置在大坝裂缝处的裂缝检测装置3，裂缝检测装置3包括控制器4、电源模块、数据采集单元5、无线通信模块6安装在裂缝上的裂缝检测仪7，控制器4分别与电源模块、数据采集单元5和无线通信模块6电连接，所述数据采集单元5还与裂缝检测仪7电连接，巡检机器人2能够与监控后台1、裂缝检测装置3进行无线通信。
数据采集单元采集裂缝检测仪检测的裂缝尺寸，并将其发送到控制器，控制器存储接收到的裂缝数据。巡检机器人按照预设的路径运动，依次到达预设的水电厂的各个裂缝检测位置。当巡检机器人移动到某个裂缝检测位置时，巡检机器人与该裂缝检测位置处的裂缝检测装置进行无线通信，该裂缝检测装置将检测到的裂缝尺寸发送到巡检机器人，巡检机器人将接收到的裂缝尺寸数据转发到监控后台。监控后台对接收到的裂缝尺寸数据建立数据库，形成趋势图，并进行判断，当裂缝尺寸超过设定值时发出报警，通知运维人员处理。
如图2、图3所示，裂缝检测仪包括检测机构8和两个膨胀锚杆9，检测机构8包括套管10和传递杆11，传递杆11左端从套管10右端插入套管10，套管10左端和传递杆11右端都连接有球形万向节12，球形万向节12上设有固定螺栓13，固定螺栓13与膨胀锚杆9上的螺孔匹配，套管10内设有检测传递杆11位移的位移检测模块，位移检测模块与数据采集单元5电连接，传递杆11上设有定位销14，套管10右端设有与定位销14匹配的定位槽15。
使用时，将两个膨胀锚杆分别嵌入大坝裂缝两侧，两个固定螺栓分别与两个膨胀锚杆固定连接。裂缝形变时，两个膨胀锚杆之间的距离发生变化，传递杆与套管之间发生位移，套管内的位移检测模块检测传递杆位移，并将其发送到数据采集单元，数据采集单元将位移数据发送到控制器。定位销防止传递杆插入套管内的长度超过限度。
如图4所示，位移检测模块包括密封外壳27以及设置在密封外壳内的振弦21、激振及信号拾取装置22、振弦夹持装置23、感应体24、拉簧25、拉杆26。待测位移变形通过拉杆传递给拉簧产生一与变形成线性关系的力ΔF作用于感应体上，引起振弦的自振频率发生变化，由数据采集单元通过激振及信号拾取装置对振弦激振并接收数字信号。
套管10上还设有温度传感器16，温度传感器16与数据采集单元5电连接。温度传感器检测环境温度，并将其发送到数据采集单元，数据采集单元将温度数据发送到控制器。当巡检机器人移动到附近时，裂缝检测装置将检测到的温度数据发送到巡检机器人，巡检机器人将接收到的温度数据转发到监控后台。
电源模块包括蓄电池17、电压转换模块18、太阳能电池板19和充放电管理模块20，电压转换模块18的输入端与市电电连接，充放电管理模块20分别与电压转换模块18的输出端、蓄电池17、太阳能电池板19和控制器4电连接。电压转换模块可将市电转换为直流电压给蓄电池充电，太阳能电池板可将太阳能转换为电能给蓄电池充电，蓄电池给控制器供电，充放电管理模块管理蓄电池充放电。
本实施例的一种基于巡检机器人的水电厂大坝裂缝检测方法，用于上述的一种基于巡检机器人的水电厂大坝裂缝检测系统，包括以下步骤：
S1：巡检机器人通过三维激光导航定位装置扫描周围地形，与预先存储的水电厂地形图进行匹配，计算出巡检机器人当前的坐标位置；
S2：巡检机器人按照预设的路径运动，依次到达预设的水电厂的各个裂缝检测位置；
S3：当巡检机器人移动到某个裂缝检测位置时，巡检机器人与该裂缝检测位置处的裂缝检测装置进行无线通信，该裂缝检测装置将检测到的裂缝尺寸发送到巡检机器人，机器人将接收到的裂缝尺寸数据转发到监控后台；
S4：监控后台对接收到的裂缝尺寸数据建立数据库，形成趋势图，并进行判断，当裂缝尺寸超过设定值时发出报警。
裂缝检测装置检测裂缝尺寸的方法包括以下步骤：采用公式Ji＝K(Fi-F0)计算出裂缝检测仪的形变值，根据裂缝检测仪的形变值计算出裂缝尺寸，Ji为裂缝检测仪的形变值，K为裂缝检测仪的标定系数，Fi为裂缝检测仪当前的输出模数值，F0为裂缝检测仪零点输出模数值。