一种压电薄膜式海堤冲刷监测技术的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种压电薄膜式海堤冲刷监测技术，包括监测站、检测装置、传感装置、数据记录器和服务器，所述的检测装置包括压电薄膜，圆形塑料管和矩形钢管，所有的压电薄膜表面均涂有硅层，将N个压电薄膜以Acm的间隔安装在Tm长的圆形塑料管上，压电薄膜从底部到顶部的编号为PF1到PFN，利用正压电效应开发的海堤冲刷深度监测技术，在监控区域布置三维压电薄膜阵列，根据压电薄膜阵列产生的电荷识别得到监控区域的冲刷宽度和深度，并借助无线数据传输技术构建海堤冲刷无线实时监控系统，便可实现海堤冲刷程度的自动、在线、远程监控，形成冲刷演变规律，为海堤稳定性分析提供数据支持，防止海堤失稳塌滑。
【专利说明】一种压电薄膜式海堤冲刷监测技术
【技术领域】
[0001] 本发明涉及海堤监测【技术领域】，具体涉及一种压电薄膜式海堤冲刷监测技术。 技术背景
[0002] 堤前滩地冲刷和堤脚防护结构损坏是海堤破坏中最常见的2种形式。堤前滩地冲 刷可能引起堤脚淘空，护面结构倒塌，堤身冲毁，或者整个堤身向临海一侧产生整体滑动破 坏。由于堤前滩地被海水覆盖，其冲刷程度（冲刷深度、冲刷宽度）一般难以通过定期巡检 量化。
[0003] 传统检测淘蚀深度的方法主要有：探水杆法、铅鱼法和超声波测探仪法。
[0004] 探水杆法：对水深小于4m，出险的位置距堤岸工作较近的可采取此法，探水杆多 为粗竹竿或木质杆，在坝岸水边或船上将杆垂直插入水中，根据杆的入水深度和着底感觉 判断河底土质和工程基础的冲刷情况。有很大的不确定性且在操作时有一定的危险性。
[0005] 铅鱼法是用尼龙绳拴一个大于25kg重的铅鱼，从测船支架放入水中，以测量水深 并判断水下情况，在一个断面上进行多点探测后，根据测点距工程的水平距离，即可得出根 石坡度和根石分布状况，绘出工程的水下基础断面图，铅鱼法其实类似于探水杆法，只是其 实用深度较大，故它的缺点和探水杆法类似，均有较大的不确定性，不用作为重要段海涂围 堤淘蚀情况的检测。
[0006] 超声波测探仪法虽然在海涂围堤淘蚀程度探测领域中有较大的适用范围，探测结 果也有很高的可取性，但是其成本比其他探测方法要高很多，而且设备复杂，操作难度较 大，此法现有仪器仅仅适用于含沙量小于60kg/m3的各种坝岸工程的水下探测。更大的缺 点是一次检测只能代表这个时间段的情况，不能形成冲刷演变的规律。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可识别得到监控区域的冲 刷深度、宽度和冲刷演变规律的压电薄膜式海堤冲刷监测技术。
[0008] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种压电薄膜式海堤冲刷监测技 术，包括监测站、检测装置、传感装置、数据记录器和服务器，对海堤冲刷监测包括以下步 骤：
[0009] (1)所述的检测装置包括压电薄膜，圆形塑料管和矩形钢管，所有的压电薄膜表面 均涂有硅层，将N个压电薄膜以Acm的间隔安装在Tm长的圆形塑料管上，压电薄膜从底部 到顶部的编号为PF1到PFN。
[0010] (2)每一片压电薄膜独立连接到数据记录器，通过数据记录器将数据记录到服务 器，并把插有N个压电薄膜的一根圆形塑料管视为一个检测单元。
[0011] (3)把检测单元按一定间距行列排布在海堤可能遭受冲刷的监控区域，根据压电 薄膜阵列产生的电荷，可识别得到监控区域的冲刷深度。
[0012] (4)在每根圆形塑料管外套一根矩形钢管作为支撑，并把钢管与堤坝互相用钢材 连接成整体。
[0013] (5)将实时收集的数据通过借无线数据传输技术传输到监测站，根据各个压电薄 膜的电压变化值判断海堤冲刷深度和宽度，从而构建海堤冲刷无线实时监控系统，便实现 了海堤冲刷程度的自动、在线、远程监控，形成冲刷演变规律。
[0014] 作为优选的，所述步骤（1)中，将23个压电薄膜以25cm的间隔安装在6m长的圆 形塑料管上，压电薄膜从底部到顶部的编号为PF1到PF23。
[0015] 作为优选的，所述步骤（2)中，把插有23个压电薄膜的一根圆形塑料管视为一个 检测单元。
[0016] 本发明的优点是：与现有技术相比，利用（正）压电效应开发的海堤冲刷深度监测 技术，并借助无线数据传输技术构建海堤冲刷无线实时监控系统，有实现海堤冲刷程度的 自动、在线、远程监控，形成冲刷演变规律的特点，为海堤稳定性分析提供数据支持，防止海 堤失稳塌滑。
[0017] 下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本发明实施例检测装置的结构示意图一；
[0019] 图2为本发明实施例检测装置的结构示意图二；
[0020] 图3为本发明实施例检测装置水平方向剖视图；
[0021] 图4为本发明实施例的立面布置图；
[0022] 图5为本发明实施例的平面布置图。
【具体实施方式】
[0023] 参见图1至图5,本发明公开的一种压电薄膜式海堤冲刷监测技术，包括监测站、 检测装置、传感装置、数据记录器和服务器，对海堤冲刷监测包括以下步骤：
[0024] (1)所述的检测装置包括压电薄膜，圆形塑料管和矩形钢管，所有的压电薄膜表面 均涂有硅层，将N个压电薄膜以Acm的间隔安装在Tm长的圆形塑料管上，压电薄膜从底部 到顶部的编号为PF1到PFN。
[0025] (2)每一片压电薄膜独立连接到数据记录器，通过数据记录器将数据记录到服务 器，并把插有N个压电薄膜的一根圆形塑料管视为一个检测单元。
[0026] (3)把检测单元按一定间距行列排布在海堤可能遭受冲刷的监控区域，根据压电 薄膜阵列产生的电荷，可识别得到监控区域的冲刷宽度和深度。
[0027] (4)在每根圆形塑料管外套一根矩形钢管作为支撑，并把钢管与堤坝互相用钢材 连接成整体。
[0028] (5)将实时收集的数据通过借无线数据传输技术传输到监测站，根据各个压电薄 膜的电压变化值判断海堤冲刷深度和宽度，从而构建海堤冲刷无线实时监控系统，便实现 了海堤冲刷程度的自动、在线、远程监控，形成冲刷演变规律。
[0029] 本实施例中涉及到的一些具体的参数，如压电薄膜个数、压电薄膜间距、塑料管的 长度、塑料管之间的间距及排布方式等应该根据实际的工程定制。作为优选的，所述步骤 (1)中，将23个压电薄膜1以25cm的间隔安装在6m长的圆形塑料管6上，压电薄膜1从底 部到顶部的编号为PF1到PF23。所述步骤（2)中，把插有23个压电薄膜1的一根圆形塑料 管6视为一个检测单元。
[0030] 下面参见图1和图2,对本实施例作详细说明，图1为在T1时刻记录各个薄膜数 据，图为在T2时刻记录各个薄膜数据。检测装置是通过如下主要原理实现的：（1)在T1时 刻时，记录下压电薄膜1从PF1到PF7位置的数据。如图1所示。
[0031] (2)海堤2经过一段时间海水3的冲刷，使得海堤1下面的土壤4被冲走了一部 分，形成一个坑洞5。如图2所示。
[0032] (3)此时为T2时刻，记录下压电薄膜1从PF1到PF7位置的数据。
[0033] (4)与T1时刻的数据进行对比，由于T1时PF2和PF3被埋置在土壤4中，PF2和 PF3位置的压电薄膜1不会产生电压或很小的电压，而在T2时，部分土壤4被冲走，导致将 PF2和PF3位置的压电薄膜1暴露在水流中，此时PF2和PF3位置的压电薄膜1会产生较大 的电压。而PF1位置的压电薄膜1在T1和T2时刻都在土中，因此电压没变。
[0034] (5)通过上述的对比，即可发现海堤2下被冲刷的深度在PF2与PF1位置之间。这 样就确定了冲刷深度。
[0035] (6)由于在待监测区域，该检测装置是按各行各列布置的，因此在平面上能确定冲 刷范围，再结合各点的冲刷深度就能在三维上完成监测整个待监测区域的任务。根据监测 的实时性，可在计算机上得到冲刷演变规律。
[0036] 为了本发明监测效果更好，作为优选的，本实施例在钢管6上固定安装有监测装 置7,具体参见图5。
[0037] 上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为 对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非 本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种压电薄膜式海堤冲刷监测技术，包括监测站、检测装置、传感装置、数据记录器 和服务器，其特征在于，对海堤冲刷监测包括以下步骤： (1) 所述的检测装置包括压电薄膜，圆形塑料管和矩形钢管，所有的压电薄膜表面均涂 有硅层，将N个压电薄膜以Acm的间隔安装在Tm长的圆形塑料管上，压电薄膜从底部到顶 部的编号为PF1到PFN ; (2) 每一片压电薄膜独立连接到数据记录器，通过数据记录器将数据记录到服务器，并 把插有N个压电薄膜的一根圆形塑料管视为一个检测单元； (3) 把检测单元按一定间距行列排布在海堤可能遭受冲刷的监控区域，根据压电薄膜 阵列产生的电荷，可识别得到监控区域的冲刷宽度和深度； (4) 在每根圆形塑料管外套一根矩形钢管作为支撑，并把钢管与堤坝互相用钢材连接 成整体； (5) 将实时收集的数据通过借无线数据传输技术传输到监测站，根据各个压电薄膜的 电压变化值判断海堤冲刷深度和宽度，从而构建海堤冲刷无线实时监控系统，便实现了海 堤冲刷程度的自动、在线、远程监控，形成冲刷演变规律。
2. 根据权利要求1所述的一种压电薄膜式海堤冲刷监测技术，其特征在于：所述步骤 (1) 中，将23个压电薄膜以25cm的间隔安装在6m长的圆形塑料管上，压电薄膜从底部到顶 部的编号为PF1到PF23。
3. 根据权利要求2所述的一种压电薄膜式海堤冲刷监测技术，其特征在于：所述步骤 (2) 中，把插有23个压电薄膜的一根圆形塑料管视为一个检测单元。
【文档编号】G01B7/26GK104121847SQ201410342818
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】周华飞, 周梦楚, 琚蕊雄, 蔡袁强, 谢子令 申请人:温州大学