大壩內(nèi)觀磁慣導(dǎo)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木與水利工程測量裝置領(lǐng)域，特別是一種大壩內(nèi)觀磁慣導(dǎo)監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明尤其適用于各種類型的超高堆石壩，如心墻堆石壩、混凝土面板堆石壩等工程的內(nèi)觀磁慣導(dǎo)監(jiān)測，也可用于道路和橋梁等工程。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著水利工程的建設(shè)及發(fā)展，大壩安全監(jiān)測這一領(lǐng)域已成為大壩建設(shè)不可或缺的一部分。大壩安全監(jiān)測是了解大壩運(yùn)行狀態(tài)和狀況的有效手段，同時(shí)也是保證財(cái)產(chǎn)安全和生命安全的重要手段。小巧簡單、抗干擾能力強(qiáng)、耐久性好、精度高且測量范圍廣的監(jiān)測儀器是大壩安全監(jiān)測未來的發(fā)展趨勢。
[0003]國內(nèi)目前針對(duì)面板堆石壩體沉降，常采用水管式沉降儀觀測，該方法是基于連通器的原理。在國內(nèi)的眾多土石壩和面板堆石壩沉降觀測中，都有水管式沉降儀成功應(yīng)用的實(shí)例。如天生橋一級(jí)水電站、水布埡水電站等大壩工程中都用到水管式沉降儀觀測壩體內(nèi)部沉降(弗萊塔斯，2000 ;李金鳳，2006)，在小浪底大壩中則使用鋼弦式沉降計(jì)和沉降盤作為內(nèi)部沉降監(jiān)測體系(李珍，2004)。水管式沉降儀的觀測原理簡單，可操作性強(qiáng)，工程應(yīng)用實(shí)踐豐富，且結(jié)合現(xiàn)代傳感技術(shù)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測。傳統(tǒng)式沉降儀不足之處在于觀測結(jié)果受氣壓、溫度等環(huán)境因子的干擾影響較大，且沉降監(jiān)測是點(diǎn)式觀測，一個(gè)斷面布置數(shù)量大概為4個(gè)/100米，對(duì)施工干擾很大，費(fèi)用較貴。傳統(tǒng)沉降儀存在一個(gè)致命性缺點(diǎn)，即耐久性問題，大壩安全與運(yùn)行年數(shù)往往是成反比的，埋設(shè)在壩體內(nèi)部的沉降儀在監(jiān)測初期的運(yùn)行效果一般較好，但在后期會(huì)出現(xiàn)儀器設(shè)備損壞而無法維修更新的問題，因?yàn)椴豢赡転榱司S修或更換零部件而掏空壩體。如在小浪底大壩沉降監(jiān)測中，沉降計(jì)因壩體沉降量超出儀器設(shè)定量程而致使其失效，失效率達(dá)70%，沉降盤因測斜管管體擠裂或彎曲變形造成管體不暢，使得82%的儀器無法進(jìn)行正常的觀測(李珍，2004)。
[0004]對(duì)于面板堆石壩而言，面板變形是壩體變形觀測中最主要的一部分，面板變形的常規(guī)觀測儀器為電平式測斜儀，它克服了機(jī)械式、力平衡式、液體靜力式等探頭式測斜儀在高水壓和路線長的限制。在目前國內(nèi)兩大最高的面板堆石壩中，都使用的電平器觀測面板變形，其中天生橋一級(jí)水電站中有三個(gè)觀測斷面60個(gè)點(diǎn)位布置了固定式測斜儀即電平器，電平器在觀測初期的讀數(shù)較準(zhǔn)確(彭柏榮，2000)。在世界最高的水布埡面板堆石壩中，同樣在三個(gè)斷面布置了固定式傾斜儀，在最大斷面0+212粧號(hào)共埋設(shè)了 45支測斜儀觀測面板變形。這種固定式傾斜儀克服了高水壓的環(huán)境，結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、價(jià)格適宜(天生橋一級(jí)水電站總價(jià)在100萬美元以下)，并且安裝方便，在初期讀數(shù)準(zhǔn)確(彭柏榮，2000)。但是電平器的電極受到電解作用和電解液性能變化等影響，儀器的長期穩(wěn)定性不好，電解液滲漏和液體變質(zhì)也會(huì)造成觀測誤差。在水布埡0+212斷面，測斜儀損壞率為54%，且電解液傾斜儀(電平器)測值穩(wěn)定性很差(黎佛林，2013)。固定式傾斜儀觀測的是部分點(diǎn)位的傾角，平均密度為1個(gè)/10米，換算成面板撓度值誤差較大，致命性缺點(diǎn)是無法對(duì)固定式傾斜儀進(jìn)行維護(hù)和更新，使得連續(xù)觀測存在困難，特別是壩體長期運(yùn)行觀測無法保證。
[0005]在新型觀測方法及觀測儀器方面，湖北清江水布埡工程建設(shè)公司的蔡德所等根據(jù)水布埡工程的實(shí)際情況，研發(fā)了光纖陀螺儀系統(tǒng)觀測面板撓度和壩體沉降，并申請(qǐng)了系列中國發(fā)明專利CN1558182，CN1558181，CN1940473，CN2681081。光纖陀螺系統(tǒng)測量壩體沉降和面板撓度根據(jù)薩格納克效應(yīng)原理，當(dāng)光纖陀螺相對(duì)慣性空間以轉(zhuǎn)速Ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳播方向和轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致的那束光將先于傳播方向和轉(zhuǎn)動(dòng)方向不一致的那束光到達(dá)探測器，產(chǎn)生一非互易的光程差，轉(zhuǎn)化為薩格納克相移變化。利用光的干涉原理測出薩格納克相移變化，可求出轉(zhuǎn)速Ω的值，該值在光纖陀螺儀勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下與面板撓度或壩體沉降成正比關(guān)系。若光纖陀螺相對(duì)慣性空間靜止時(shí)，在光纖圈內(nèi)兩列沿相反方向傳播的光波的光路相同，光程差為零，撓度值為零。該系統(tǒng)連續(xù)成功應(yīng)用于桂林思安江大壩(蔡德所，2006)、貴州董箐水電站(宋萬石，2009)等水電工程中。該測量系統(tǒng)克服了上述傳統(tǒng)儀器的眾多缺陷，實(shí)現(xiàn)了高精度、連續(xù)非點(diǎn)式的壩體沉降和面板變形觀測，且儀器設(shè)備可實(shí)現(xiàn)更新維護(hù)，能保證變形的長期觀測。但該套觀測系統(tǒng)屬于集成高精度光纖陀螺，觀測要求為低動(dòng)態(tài)高精度，采用的閉環(huán)光纖陀螺儀成本很高，且累積誤差較大。另外專利CN1558182，CN1558181中的牽引裝置難以實(shí)現(xiàn)勻速運(yùn)動(dòng)，監(jiān)測管道為高剛度的鋼管和波紋管相連接，而鋼管長6米，波紋管為0.3米，僅波紋管會(huì)隨著壩體的變形而隨之變形，而鋼管段難以真實(shí)反映壩體實(shí)際變形；另外在儀器小型化方面亦存在不足，光纖陀螺儀監(jiān)測裝置的體積為0.8米X0.25米X0.25米(長X寬X高)，使得監(jiān)測管道內(nèi)徑須在0.3米~0.5米的范圍，壩體結(jié)構(gòu)的安全存在隱患的。因此壩體內(nèi)部觀測儀器必須往小型化、高精度和易維護(hù)的道路上前進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種大壩內(nèi)觀磁慣導(dǎo)監(jiān)測系統(tǒng)，能夠克服現(xiàn)有的光纖陀螺儀累積誤差高，零漂誤差難以補(bǔ)償?shù)娜毕荩瑴p少軟件的復(fù)雜程度，尤其適用于心墻堆石壩、混凝土面板堆石壩等各種類型的超高堆石壩工程的內(nèi)觀式監(jiān)測，并能夠大幅降低工程成本、提高監(jiān)測精度。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種大壩內(nèi)觀磁慣導(dǎo)監(jiān)測系統(tǒng)，在壩體內(nèi)埋設(shè)有撓性檢測管，在撓性檢測管內(nèi)設(shè)有沿?fù)闲詸z測管行走的監(jiān)測裝置，在監(jiān)測裝置內(nèi)設(shè)有三軸磁通門傳感器和加速度計(jì)，在監(jiān)測裝置內(nèi)還設(shè)有解算芯片。
[0008]優(yōu)選的方案中，所述的加速度計(jì)為三軸加速度計(jì)，監(jiān)測裝置內(nèi)還設(shè)有三軸微陀螺儀。
[0009]優(yōu)選的方案中，所述的解算芯片用于實(shí)時(shí)計(jì)算三軸磁通門傳感器所獲得的數(shù)據(jù)，并以三軸加速度計(jì)的靜態(tài)測量值作為速度校正參考值，以三軸微陀螺儀的角速率測量值作為角速率校正參考值。
[0010]優(yōu)選的方案中，所述的的撓性檢測管為多個(gè)互相連接的超高分子量聚乙烯管節(jié)，超高分子量聚乙烯管節(jié)的端頭設(shè)有翻起的翻邊，兩個(gè)法蘭圈壓緊在兩根超高分子量聚乙烯管節(jié)的翻邊上，兩個(gè)法蘭圈之間通過螺栓連接；
在法蘭圈的內(nèi)側(cè)設(shè)有用于容納翻邊的翻邊階臺(tái)，在法蘭圈的內(nèi)圈外側(cè)設(shè)有外弧口。
[0011]優(yōu)選的方案中，超高分子量聚乙烯管節(jié)的端頭之間設(shè)有密封圈，密封圈的內(nèi)圈邊緣設(shè)有牽引繩管懸掛孔；
牽引繩管穿過牽引繩管懸掛孔。
[0012]優(yōu)選的方案中，所述的監(jiān)測裝置與牽引裝置連接，牽引裝置內(nèi)設(shè)有由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的卷揚(yáng)裝置，牽引繩繞過卷揚(yáng)裝置，牽引繩與沿著撓性檢測管行走的監(jiān)測裝置連接；
還包括可旋轉(zhuǎn)的第一引導(dǎo)輪，牽引繩繞過第一引導(dǎo)輪，在第一引導(dǎo)輪的前、后設(shè)有包角導(dǎo)輪，以增大牽引繩在第一引導(dǎo)輪上的包角，在第一引導(dǎo)輪或卷揚(yáng)裝置設(shè)有絕對(duì)值光電編碼器。
[0013]可選的方案中，所述的卷揚(yáng)裝置為由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的卷筒，卷揚(yáng)裝置為兩組，一組卷揚(yáng)裝置的牽引繩與監(jiān)測裝置的尾部連接，另一組卷揚(yáng)裝置的牽引繩繞過位于撓性檢測管底部的管底引導(dǎo)輪后與監(jiān)測裝置的頭部連接。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)選的方案中，所述的牽引繩內(nèi)設(shè)有電源線和數(shù)據(jù)線；
所述的數(shù)據(jù)線與隨著卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)的無線數(shù)據(jù)發(fā)射裝置連接；
所述的電源線通過可轉(zhuǎn)動(dòng)輸電裝置與輸入電源連接。
[0015]另一可選的方案中，所述的卷揚(yáng)裝置為由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的主動(dòng)輪，牽引繩繞過主動(dòng)輪，牽引繩的一端與監(jiān)測裝置的尾部連接，牽引繩的另一端繞過