大坝内观磁惯导监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及土木与水利工程测量装置领域，特别是一种大坝内观磁惯导监测系统。本发明尤其适用于各种类型的超高堆石坝，如心墙堆石坝、混凝土面板堆石坝等工程的内观磁惯导监测，也可用于道路和桥梁等工程。
【背景技术】
[0002]随着水利工程的建设及发展，大坝安全监测这一领域已成为大坝建设不可或缺的一部分。大坝安全监测是了解大坝运行状态和状况的有效手段，同时也是保证财产安全和生命安全的重要手段。小巧简单、抗干扰能力强、耐久性好、精度高且测量范围广的监测仪器是大坝安全监测未来的发展趋势。
[0003]国内目前针对面板堆石坝体沉降，常采用水管式沉降仪观测，该方法是基于连通器的原理。在国内的众多土石坝和面板堆石坝沉降观测中，都有水管式沉降仪成功应用的实例。如天生桥一级水电站、水布垭水电站等大坝工程中都用到水管式沉降仪观测坝体内部沉降(弗莱塔斯，2000 ;李金凤，2006)，在小浪底大坝中则使用钢弦式沉降计和沉降盘作为内部沉降监测体系(李珍，2004)。水管式沉降仪的观测原理简单，可操作性强，工程应用实践丰富，且结合现代传感技术可实现自动化检测。传统式沉降仪不足之处在于观测结果受气压、温度等环境因子的干扰影响较大，且沉降监测是点式观测，一个断面布置数量大概为4个/100米，对施工干扰很大，费用较贵。传统沉降仪存在一个致命性缺点，即耐久性问题，大坝安全与运行年数往往是成反比的，埋设在坝体内部的沉降仪在监测初期的运行效果一般较好，但在后期会出现仪器设备损坏而无法维修更新的问题，因为不可能为了维修或更换零部件而掏空坝体。如在小浪底大坝沉降监测中，沉降计因坝体沉降量超出仪器设定量程而致使其失效，失效率达70%，沉降盘因测斜管管体挤裂或弯曲变形造成管体不畅，使得82%的仪器无法进行正常的观测(李珍，2004)。
[0004]对于面板堆石坝而言，面板变形是坝体变形观测中最主要的一部分，面板变形的常规观测仪器为电平式测斜仪，它克服了机械式、力平衡式、液体静力式等探头式测斜仪在高水压和路线长的限制。在目前国内两大最高的面板堆石坝中，都使用的电平器观测面板变形，其中天生桥一级水电站中有三个观测断面60个点位布置了固定式测斜仪即电平器，电平器在观测初期的读数较准确(彭柏荣，2000)。在世界最高的水布垭面板堆石坝中，同样在三个断面布置了固定式倾斜仪，在最大断面0+212粧号共埋设了 45支测斜仪观测面板变形。这种固定式倾斜仪克服了高水压的环境，结构简单、性能稳定、价格适宜(天生桥一级水电站总价在100万美元以下)，并且安装方便，在初期读数准确(彭柏荣，2000)。但是电平器的电极受到电解作用和电解液性能变化等影响，仪器的长期稳定性不好，电解液渗漏和液体变质也会造成观测误差。在水布垭0+212断面，测斜仪损坏率为54%，且电解液倾斜仪(电平器)测值稳定性很差(黎佛林，2013)。固定式倾斜仪观测的是部分点位的倾角，平均密度为1个/10米，换算成面板挠度值误差较大，致命性缺点是无法对固定式倾斜仪进行维护和更新，使得连续观测存在困难，特别是坝体长期运行观测无法保证。
[0005]在新型观测方法及观测仪器方面，湖北清江水布垭工程建设公司的蔡德所等根据水布垭工程的实际情况，研发了光纤陀螺仪系统观测面板挠度和坝体沉降，并申请了系列中国发明专利CN1558182，CN1558181，CN1940473，CN2681081。光纤陀螺系统测量坝体沉降和面板挠度根据萨格纳克效应原理，当光纤陀螺相对惯性空间以转速Ω转动时，传播方向和转动方向一致的那束光将先于传播方向和转动方向不一致的那束光到达探测器，产生一非互易的光程差，转化为萨格纳克相移变化。利用光的干涉原理测出萨格纳克相移变化，可求出转速Ω的值，该值在光纤陀螺仪匀速运动状态下与面板挠度或坝体沉降成正比关系。若光纤陀螺相对惯性空间静止时，在光纤圈内两列沿相反方向传播的光波的光路相同，光程差为零，挠度值为零。该系统连续成功应用于桂林思安江大坝(蔡德所，2006)、贵州董箐水电站(宋万石，2009)等水电工程中。该测量系统克服了上述传统仪器的众多缺陷，实现了高精度、连续非点式的坝体沉降和面板变形观测，且仪器设备可实现更新维护，能保证变形的长期观测。但该套观测系统属于集成高精度光纤陀螺，观测要求为低动态高精度，采用的闭环光纤陀螺仪成本很高，且累积误差较大。另外专利CN1558182，CN1558181中的牵引装置难以实现匀速运动，监测管道为高刚度的钢管和波纹管相连接，而钢管长6米，波纹管为0.3米，仅波纹管会随着坝体的变形而随之变形，而钢管段难以真实反映坝体实际变形；另外在仪器小型化方面亦存在不足，光纤陀螺仪监测装置的体积为0.8米X0.25米X0.25米(长X宽X高)，使得监测管道内径须在0.3米~0.5米的范围，坝体结构的安全存在隐患的。因此坝体内部观测仪器必须往小型化、高精度和易维护的道路上前进。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种大坝内观磁惯导监测系统，能够克服现有的光纤陀螺仪累积误差高，零漂误差难以补偿的缺陷，减少软件的复杂程度，尤其适用于心墙堆石坝、混凝土面板堆石坝等各种类型的超高堆石坝工程的内观式监测，并能够大幅降低工程成本、提高监测精度。
[0007]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种大坝内观磁惯导监测系统，在坝体内埋设有挠性检测管，在挠性检测管内设有沿挠性检测管行走的监测装置，在监测装置内设有三轴磁通门传感器和加速度计，在监测装置内还设有解算芯片。
[0008]优选的方案中，所述的加速度计为三轴加速度计，监测装置内还设有三轴微陀螺仪。
[0009]优选的方案中，所述的解算芯片用于实时计算三轴磁通门传感器所获得的数据，并以三轴加速度计的静态测量值作为速度校正参考值，以三轴微陀螺仪的角速率测量值作为角速率校正参考值。
[0010]优选的方案中，所述的的挠性检测管为多个互相连接的超高分子量聚乙烯管节，超高分子量聚乙烯管节的端头设有翻起的翻边，两个法兰圈压紧在两根超高分子量聚乙烯管节的翻边上，两个法兰圈之间通过螺栓连接；
在法兰圈的内侧设有用于容纳翻边的翻边阶台，在法兰圈的内圈外侧设有外弧口。
[0011]优选的方案中，超高分子量聚乙烯管节的端头之间设有密封圈，密封圈的内圈边缘设有牵引绳管悬挂孔；
牵引绳管穿过牵引绳管悬挂孔。
[0012]优选的方案中，所述的监测装置与牵引装置连接，牵引装置内设有由驱动装置驱动旋转的卷扬装置，牵引绳绕过卷扬装置，牵引绳与沿着挠性检测管行走的监测装置连接；
还包括可旋转的第一引导轮，牵引绳绕过第一引导轮，在第一引导轮的前、后设有包角导轮，以增大牵引绳在第一引导轮上的包角，在第一引导轮或卷扬装置设有绝对值光电编码器。
[0013]可选的方案中，所述的卷扬装置为由驱动装置驱动旋转的卷筒，卷扬装置为两组，一组卷扬装置的牵引绳与监测装置的尾部连接，另一组卷扬装置的牵引绳绕过位于挠性检测管底部的管底引导轮后与监测装置的头部连接。
[0014]进一步优选的方案中，所述的牵引绳内设有电源线和数据线；
所述的数据线与随着卷筒转动的无线数据发射装置连接；
所述的电源线通过可转动输电装置与输入电源连接。
[0015]另一可选的方案中，所述的卷扬装置为由驱动装置驱动旋转的主动轮，牵引绳绕过主动轮，牵引绳的一端与监测装置的尾部连接，牵引绳的另一端绕过