一种船闸反弧门安全状态的远程监测系统的制作方法

本实用新型涉及水下金属结构物健康状态监测技术领域，特别涉及一种船闸反弧门运行状态在线监测系统。

背景技术：

船闸反弧门长期在深水环境下工作，其底止水板与设置在底坎埋件上的橡胶或钢止水板之间的密封主要靠反弧门体的重力以及水压的共同作用实现。传统模式下，控制反弧门启闭的液压拉杆上设有位移定标，在操作反弧门启闭的过程中主要是根据位移定标的读数来约束液压拉杆的行程，从而控制反弧门启闭的程度。受反弧门自身重力、高水头水压以及季节性水位变化等因素的影响，采用传统方法实现反弧门的精确全关(即反弧门的关闭位置处于全关位)是比较困难的。在实际操作过程中，由于无法精确控制反弧门的关闭位置而产生的止水不严或闭合过冲的现象时有发生。若反弧门闭合不到位，会使反弧门由于止水不严而发生泄漏；若反弧门闭合过冲，就会对底坎埋件逐步造成破坏性损伤从而导致泄漏。在高水头水压持续作用下，泄漏会令反弧门产生额外的有害振动，若振动过大可能会造成反弧门轴枢断裂等重大损伤，从而产生巨大的事故隐患。反弧门一旦发生事故，不但会严重影响通航安全，而且会造成恶劣的社会影响和重大的经济损失。因此，在关闭船闸反弧门的过程中，应用水下金属结构物(这里是指像反弧门等由金属材料制成的刚性结构物)健康状态监测技术高精度、更准确地判定门体的位置，对确保反弧门的健康工作状态以及提升其运行可靠性都具有重要现实意义。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型要设计一种可以实现高精度、更准确地判定门体的位置的船闸反弧门安全状态的远程监测系统。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种船闸反弧门安全状态的远程监测系统，包括振动传感器、水位传感器、角度传感器、A/D转换模块、实时采集与控制模块、嵌入式处理器模块、反弧门控制单元、远距离传输模块和数据中心；所述的振动传感器和水位传感器分别经A/D转换模块与实时采集与控制模块连接，所述的角度传感器与实时采集与控制模块连接；所述的实时采集与控制模块分别与嵌入式处理器模块和反弧门控制单元连接；所述嵌入式处理器模块经远距离传输模块与数据中心连接；

所述的角度传感器安装在反弧门上，在角度传感器旁安装振动传感器；

所述的振动传感器用于监测反弧门门体振动信息；

所述的水位传感器用于监测反弧门门体运行过程中的水压信息；

所述的角度传感器用于监测反弧门在运行过程中的角度信息；

所述的A/D转换模块由A/D转换模块A和A/D转换模块B组成。A/D转换模块A用于将振动传感器输出的模拟信号转换为数字信号，A/D转换模块B用于将水位传感器输出的模拟信号转换为数字信号；

所述的实时采集与控制模块接收角度传感器和A/D转换模块传输来的数字信息，并将数字信息传输给嵌入式处理器模块；所述的数字信息包括实时的角度信息、振动信息及水压信息；当实时采集与控制模块接收到嵌入式处理器模块反馈回的反弧门液压启闭机关闭信号时，立即向反弧门控制单元发送控制信号，控制反弧门液压启闭机关闭；

所述的嵌入式处理器模块根据接收到的数字信息，确定反弧门液压启闭机关闭时的角度，并反馈给实时采集与控制模块；待接收到的实时采集角度稳定后，嵌入式处理器模块确定采集角度值为反弧门全关位的角度是否在标准角度的范围内；如是，嵌入式处理器模块计算反弧门液压启闭机关闭后反弧门的惯性缓冲落差，将惯性缓冲落差和接收到的数字信息一并发送到远距离传输模块；否则，嵌入式处理器模块立刻向数据中心发送预警信号；所述的角度稳定是指角度的测量值仅在千分位上波动。

所述的反弧门控制单元在接收到实时采集与控制模块发出的反弧门液压启闭机控制信号后，立刻关闭反弧门液压启闭机；

所述的远距离传输模块将接收到的嵌入式处理器模块发送来的所有信息，以并行的方式传输到数据中心；

所述的数据中心将接收到的远距离传输模块发送来的数据实时显示并存储；当数据中心接收到嵌入式处理器模块发送的预警信号时，立即弹出提示窗口发出预警。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型通过振动传感器和角度传感器相结合，实时监测反弧门运行状态。工作人员可以实时了解和控制船闸反弧门液压启闭机关闭时刻、准确全关位的位置及整个反弧门在关闭过程中的状态，有效降低底止水等器件的磨损，并为反弧门机械/金属结构的故障诊断及事故成因提供关键信息，保障反弧门的高效、稳定、可靠运行。

2、本实用新型将传感器刚性安装在反弧门侧板(但不仅限于反弧门侧板，可安装于反弧门门体的任意位置)上，属于直接定位。相较于传统的液压拉杆标定位置间接定位，本实用新型的方法无论液压拉杆是否发生磨损、与吊耳之间间隙多大，均能准确监测反弧门的实际运行位置(反弧门是刚性结构，将角度传感器安装于反弧门门体上，构成了一个刚性整体。而传统方法均是将传感器等安装于拉杆上，但实际上拉杆与反弧门之间不构成刚性结构，一方面拉杆本身会有磨损造成误差，另一方面拉杆与反弧门之间通过吊耳连接，不是完全焊接在一起，本身也存在误差)，有效避免了由于反弧门长期的频繁启闭导致的反弧门传动链磨损等外界因素给反弧门位置定位带来的干扰，实现更精确的定位。

附图说明

本实用新型共有附图2幅，其中：

图1为船闸反弧门安全状态监测系统的框架图。

图2为反弧门惯性缓冲落差的分析示意图。

1、振动传感器，2、水位传感器，3、角度传感器，4、A/D转换模块，5、实时采集与控制模块，6、嵌入式处理器模块，7、反弧门控制单元，8、远距离传输模块，9、数据中心。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述：应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

如图1-2所示，一种船闸反弧门安全状态的远程监测系统，包括振动传感器1、水位传感器2、角度传感器3、A/D转换模块4、实时采集与控制模块5、嵌入式处理器模块6、反弧门控制单元7、远距离传输模块8和数据中心9；所述的振动传感器1和水位传感器2分别经A/D转换模块4与实时采集与控制模块5连接，所述的角度传感器3与实时采集与控制模块5连接；所述的实时采集与控制模块5分别与嵌入式处理器模块6和反弧门控制单元7连接；所述嵌入式处理器模块6经远距离传输模块8与数据中心9连接；

所述的角度传感器3安装在反弧门上，在角度传感器3旁安装振动传感器2；

所述的振动传感器1用于监测反弧门门体振动信息；

所述的水位传感器2用于监测反弧门门体运行过程中的水压信息；

所述的角度传感器3用于监测反弧门在运行过程中的角度信息；

所述的A/D转换模块4由A/D转换模块A和A/D转换模块B组成。A/D转换模块A用于将振动传感器1输出的模拟信号转换为数字信号，A/D转换模块B用于将水位传感器2输出的模拟信号转换为数字信号；

所述的实时采集与控制模块5接收角度传感器3和A/D转换模块4传输来的数字信息，并将数字信息传输给嵌入式处理器模块6；所述的数字信息包括实时的角度信息、振动信息及水压信息；当实时采集与控制模块5接收到嵌入式处理器模块6反馈回的反弧门液压启闭机关闭信号时，立即向反弧门控制单元7发送控制信号，控制反弧门液压启闭机关闭；

所述的嵌入式处理器模块6根据接收到的数字信息，确定反弧门液压启闭机关闭时的角度，并反馈给实时采集与控制模块5；待接收到的实时采集角度稳定后，嵌入式处理器模块6确定采集角度值为反弧门全关位的角度是否在标准角度的范围内；如是，嵌入式处理器模块6计算反弧门液压启闭机关闭后反弧门的惯性缓冲落差，将惯性缓冲落差和接收到的数字信息一并发送到远距离传输模块8；否则，嵌入式处理器模块6立刻向数据中心9发送预警信号；所述的角度稳定是指角度的测量值仅在千分位上波动。

所述的反弧门控制单元7在接收到实时采集与控制模块5发出的反弧门液压启闭机控制信号后，立刻关闭反弧门液压启闭机；

所述的远距离传输模块8将接收到的嵌入式处理器模块6发送来的所有信息，以并行的方式传输到数据中心9；

所述的数据中心9将接收到的远距离传输模块8发送来的数据实时显示并存储；当数据中心9接收到嵌入式处理器模块6发送的预警信号时，立即弹出提示窗口发出预警。

本实用新型的工作方法，包括以下步骤：

A、布设传感器

将角度传感器3安装在反弧门上，在角度传感器3旁安装振动传感器1，并在水下安装水位传感器2。

B、预先获取数据

在水排干状态下，预先测量出所需要的部分数据：通过安装好的角度传感器3测得正常工作状态下，反弧门液压启闭机关闭时的标准角度θ1±δ和反弧门在全关位时的标准角度θ2±δ，并将其存入嵌入式处理器模块6。δ为角度测量允许存在的最大误差。

C、A/D转换模块4调制信号

A/D转换模块4由A/D转换模块A和A/D转换模块B组成。A/D转换模块A将振动传感器1输出的模拟信号转换为数字信号，A/D转换模块B将水位传感器2输出的模拟信号转换为数字信号。

D、数据处理

D1、采集数据的传输

角度传感器3采集到的信号与经过A/D转换模块4调制后的信号实时传输到实时采集与控制模块5，实时采集与控制模块5立即将接收到的信号传输到嵌入式处理器模块6。

D2、有效信息处理、分析与反馈

嵌入式处理器模块6接收实时采集与控制模块5传输来的信号，对振动信号进行处理，辅助判断是否有漏水情况发生，并远程监控反弧门运行的工作状态是否安全；同时，比较实时采集到的角度值θi与预先测得的反弧门液压启闭机关闭时的标准角度θ1±δ，若θi在θ1±δ的范围内，则将此时的θi赋给θ3作为此次反弧门液压启闭机关闭时的角度；反弧门液压启闭机关闭后，待接收到的实时采集角度稳定后，嵌入式处理器模块6确定此时的采集角度值为此次反弧门全关位的角度θ4，比较θ4与反弧门在全关位时的标准角度θ2±δ，若θ4在θ2±δ的范围内，则比较结果为“正常”，若θ4不在θ2±δ的范围内则为“异常”，此时嵌入式处理器模块6立刻向数据中心9发送预警信号。所述的角度稳定是指角度的测量值仅在千分位上波动。

同时结合实时的水压信息，确定反弧门液压启闭机关闭后，通过计算得到反弧门的惯性缓冲落差Δh：

Δh＝r×(sinθ4-sinθ3)

其中，r为反弧门半径，θ3为反弧门液压启闭机关闭时的角度，θ4为反弧门抵达全关位时的角度。

嵌入式处理器模块6将得到的反弧门液压启闭机关闭时的角度θ3及时反馈给实时采集与控制模块5；

D3、远距离数据传输

在将数据传输到实时采集与控制模块5的同时，嵌入式处理器模块6将此次得到的反弧门液压启闭机关闭时的角度θ3、反弧门全关位的角度θ4和反弧门的惯性缓冲落差Δh，以及实时接收到的角度信息、振动信息和水位信息一并传输到远距离传输模块8，通过远距离传输模块8上传到数据中心9。

E、反弧门控制单元7控制反弧门液压启闭机开关

当实时采集与控制模块5接收到嵌入式处理器模块6反馈回的反弧门液压启闭机关闭时的角度θ3时，立即向反弧门控制单元7发送反弧门液压启闭机控制信号，反弧门控制单元7在接收到实时采集与控制模块5发出的反弧门液压启闭机控制信号后，立刻关闭反弧门液压启闭机。

F、数据中心9显示数据

数据中心9将接收到的远距离传输模块8发送来的数据，通过菜单窗口实时显示数据并存储，以作日后检修参考；若数据中心9接收到嵌入式处理器模块6发送的预警信号，则立即弹出提示窗口发出预警。

本实用新型不局限于本实施例，任何在本实用新型披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本实用新型的保护范围。