CN102183571B - 一种充电法地下水渗漏监测装置 - Google Patents
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Abstract
一种充电法地下水渗漏监测装置，由电极转换、电压电流测量、微处理器控制、无线传输及供电单元组成；电极转换单元包括测量电极、供电电极接口和对应的切换电路；测量电极和供电电极接口的输出分别接入对应的电压电流测量通道，各测量通道均由前置放大电路、低通滤波电路、陷波电路、主放电路和电位转换电路组成；各测量通道的电位转换单元的输出接至微处理器的AD转换器中；微处理器一输出控制端控制测量电极转换电路以实现对地面测量电极的选择启用，其又一输出控制端控制供电电极切换电路以实现供电电极的选择；微处理器的通用同步异步收发器驱动无线发射模块以向控制中心传输测量数据。其可基于充电法的原理对地下水渗漏实施实时的远程监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子监测装置，尤其是一种利用充电法的原理来对地下水渗漏监测的装置。
背景技术
渗漏问题一直是堤坝等挡水建筑物安全及基坑开挖过程中一个重要问题，渗漏监测则是保证这些建筑物安全的一个重要内容。上世纪80年代以来，国内外投入了大量的人力物力，开展渗漏定位的监（检）测技术研究。从已取得的成果看，基本方法是检测隐患与周围沿途、混凝土等介质是否存在的明显的物性（即电性、弹性、温度等）差异，或由此而引起的各种响应，客服背景干扰，把隐患的物力异常监测出来、
随着水电工程建设的发展及科学技术的进步，渗漏监测的方法和手段都取得了长足的发展，监测仪器装置也日趋完善。目前常用的基于电法探测的渗漏监测技术有高密度电阻率法、自然电位法和激发极化法，很少有使用充电法的方式来进行渗漏的监测。同时，目前使用的基于电法探测的渗漏监测技术也都还是基于人工定时定点测量，不能实现长时间的无人值守、自动监测、数据的远程传输等功能。
随着电子技术及无线传输技术的发展，人们对渗漏监测提出了新的要求：自动监测、远程传输。
发明内容
本发明的目的是提供一种充电法地下水渗漏监测装置，该装置利用了电法勘探中的充电法原理，能自动采集、远程传输。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
一种充电法地下水渗漏监测装置，其由电极转换单元、电压电流测量单元、微处理器控制单元、无线传输单元及供电单元组成；
所述的电极转换单元包括：用于连接若干地面测量电极的测量电极接口和用于连接若干供电电极的供电电极接口；一测量电极转换电路，所述的各测量电极接口的输出接测量电极转换电路的输入；一供电电极切换电路，所述的供电电极接口的输出接供电电极切换电路的输入，所述的供电电极接口中的一个与采样电阻相接，另一个与供电单元相接；
所述的电压电流测量单元包括两个独立的测量通道，每个通道均由前置放大电路、低通滤波电路、陷波电路、主放电路和电位转换电路组成；其中一路测量通道的输入端与测量电极转换电路的输出端连接，另一路测量通道的输入端与供电电极切换电路的输出端连接；
所述的微处理器控制单元至少包括有中心微控制器、存储电路单元和触摸液晶显示屏；所述两个独立测量通道的电位转换单元的输出单向连接至微控制器的AD转换中；微处理器一输出控制端控制测量电极转换电路以实现对地面测量电极的选择启用，微处理器的又一输出控制端控制供电电极切换电路以实现供电电极的选择；
所述的无线传输单元包括无线传输模块和远程控制中心，中心微控制器自带的通用同步异步收发机（USART）用于驱动无线发射模块。
所述的供电单元由两个DC/DC组、一个蓄电池和一个太阳能充电板中组合而成。
所述的中心微控制器可以采用STM32微控制器；其自带12位AD转换器用于转换电压测量通道和电流测量通道的电压值，自带的通用同步异步收发机（USART）用于驱动触摸液晶显示屏、U盘存储电路及无线发射模块等。
本发明充电法地下水渗漏监测装置是基于电法勘探中的充电法原理，实现对地下水渗漏的自动监测；将供电电极和测量电极按照一定方式组合，也可以实现井地电法测量和井井电法测量。
本发明的优点是：
1.勿需人员值守，可以实现自动监测及数据的远程传输等功能；
2.可节省大量的人力物力，且可以避免因每个工作人员操作方式的不同及处理方法的不当而引发的测量误差；
3.适应范围广，不会受恶劣环境的局限。
附图说明
图1 为本发明充电法地下水渗漏监测装置构成原理示意框图。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
参阅图1所示，本发明充电法地下水渗漏监测装置包括五大部分：电极转换单元1、电压电流测量单元2、微处理器控制单元3、无线传输单元4以及供电单元5。
所述电极转换单元1包括：用于连接若干地面测量电极的测量电极接口和用于连接若干供电电极的供电电极接口；其中，图1所示实施例中，采用的两个测量电极接口11、12中，一测量电极接口11用于外接30道地面测量电极M，另一测量电极接口12用于外接测量电极N，各道地面测量电极M和电极N构成一个电极对。采用的两个供电电极接口15、16中，一供电电极接口15用于外接供电电极B，同时与采样电阻14相接，另一供电电极接口14用于外接15道供电电极A，同时与供电单元5相接。
所述的电压电流测量单元2包括两个独立的测量通道，每个通道均由前置放大电路21、低通滤波电路22、陷波电路23、主放电路24和电位转换电路25组成；其中一路测量通道的输入端与测量电极转换电路13的输出端连接，负责对测量电极对MN之间的电压进行测量。另一个通道负责对串接在供电电极对AB之后的采样电阻上的电压进行测量（也即对供电电极AB之间的电流进行测量）。测量电极MN之间的电压和采样电阻上的电压依次通过上述电压电流测量通道的各个模块单元，转换成可被STM32微控制器自带的AD转换器采集的信号。测量电极MN之间的电压先经过电压测量通道的前置放大电路（由仪表放大器构成）而放大一倍，为了最大限度的滤除测量信号中的干扰信号，前置放大电路输出的信号依次经过10Hz低通滤波电路和50Hz陷波电路滤除高频及工频干扰信号，再输入由程控放大器构成的主放电路，实现对测量信号在1、10、100倍的可选放大，最后输入电位转换电路，将信号转换为适合STM32微控制器的AD转换器所需要的0～3.3V的电压范围；采样电阻14上的电压首先经过电流测量通道中由隔离放大器组成的前置放大电路放大一倍后，依次经过10Hz低通滤波电路和50Hz陷波电路滤除高频及工频干扰信号，再输入主放电路放大10倍，最后输入电位转换电路，将信号转换为适合STM32微控制器自带AD转换器所需要的0～3.3V的电压范围。
所述微处理器控制单元3采用STM32微控制器，其自带12位AD转换器用于转换电压电流测量单元中的电位转换电路的输出电压，自带的通用同步异步收发机（USART）用于驱动触摸液晶显示屏、U盘存储电路及无线发射模块。
微处理器控制单元通过控制测量电极的转换电路实现对地面测量电极对M1N—M30N之间的选择，通过控制供电电极的切换电路，实现对供电电极对A1B—A15B的选择及供电电压（48V、96V、192V）的选择，将供电电压供入地下。
所述无线传输单元4由无线发射模块41及控制中心42组成，无线发射模块将STM32微控制器采集到的数据通过GPRS网络发射到控制中心，控制中心通过采集软件接收STM32微控制器所发射的数据，从而实现对地下水渗漏的远距离监测。
所述供电单元5由太阳能充电板54、蓄电池52及两个个DC/DC组51、53组合而成；其中，太阳能充电板54的输出连接至蓄电池52；蓄电池52的输出一边连接至一DC/DC组51用以产生48V、96、192V的电压，另一边连接至另一DC/DC组53监测装置各单元提供工作需要的±12V电压，并保证监测装置在监测过程中长期有电。
所述的充电法地下水渗漏监测装置的工作原理为：先将监测装置的供电电极布置在待测钻孔中，将测量电极布置在地面，供电单元5的DC/DC组51将蓄电池52的12V电压变换为供电电极所需要的48V、96V、192V三组电压，微处理器部分3的STM32微控制器31通过控制电极转换单元1的供电电极切换电路17选择合适的供电电极对AB，将合适的供电电压供入地下，接着STM32微控制器31通过控制电极转换单元1的测量电极转换电路13选择合适的测量电极对MN，MN之间的电压差依次经过电压测量通道的前置放大电路21、10Hz低通滤波电路22、50Hz陷波电路23、主放电路24、电位转换电路25转换为适合STM32微控制器31的AD转换器所需要的0～3.3V的电压范围，从而获得测量电极对MN之间的电压大小；同时串接在供电电极AB之后的采样电阻14上的电压依次经过前置放大电路21、10Hz低通滤波电路22、50Hz陷波电路23、主放电路24、电位转换电路25转换为适合STM32微控制器31的AD转换器所需要的0～3.3V的电压范围，从而获得供电电极AB之间的供电电流大小；微处理器控制单元3通过控制供电电极切换电路17每选择一次供电电极对AB，则通过测量电极转换电路完成地面上所布置的所有的测量电极对MN之间的电压和供电电流的测量，然后STM32微控制器31将测量的电压和电流一边通过触摸液晶显示屏32显示、一边通过U盘存储电路33将数据存储在本地U盘中，同时将采集到的数据通过无线发射模块41发送到监测中心42，监测中心对接收到的数据进行分析对比，从而可以判断出是否有地下水渗漏以及渗漏的具体位置等。
上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。
Claims (4)
1.一种充电法地下水渗漏监测装置，其特征在于：其由电极转换单元、电压电流测量单元、微处理器控制单元、无线传输单元及供电单元组成；
所述的电极转换单元包括：用于连接若干地面测量电极的测量电极接口和用于连接若干供电电极的供电电极接口；一测量电极转换电路，其各组测量电极接口的输出接测量电极转换电路的输入；一供电电极切换电路，所述的供电电极接口的输出接供电电极切换电路的输入，所述的供电电极接口中的一个与采样电阻相接，另一个与供电单元相接；
所述的电压电流测量单元包括两个独立的测量通道，每个通道均由前置放大电路、低通滤波电路、陷波电路、主放电路和电位转换电路组成；其中一路测量通道的输入端与测量电极转换电路的输出端连接，另一路测量通道的输入端与供电电极切换电路的输出端连接；
所述的微处理器控制单元至少包括有中心微控制器、存储电路单元和触摸液晶显示屏；所述两个独立测量通道的电位转换单元的输出单向连接至中心微控制器的AD转换器中；中心微控制器一输出控制端控制测量电极转换电路以实现对地面测量电极的选择启用，中心微控制器的又一输出控制端控制供电电极切换电路以实现一组供电电极的选择；
所述的无线传输单元包括无线传输模块和远程控制中心，中心微控制器的通用同步异步收发器用于驱动无线发射模块。
2.根据权利要求1所述的充电法地下水渗漏监测装置，其特征在于：所述的供电单元由两个DC/DC组、一个蓄电池和一个太阳能充电板组合而成；
所述的太阳能充电板的输出连接至蓄电池，蓄电池的输出一边连接至一DC/DC组用以产生48V、96 V 、192V的电压，蓄电池的输出另一边连接至另一DC/DC组为系统单元提供工作需要的±12V电压。
3.根据权利要求1所述的充电法地下水渗漏监测装置，其特征在于：所述的低通滤波电路采用10Hz低通滤波电路，同时后接的陷波电路采用50Hz陷波电路。
4.根据权利要求1所述的充电法地下水渗漏监测装置，其特征在于：所述的中心微控制器采用STM32微控制器；其自带12位AD转换器用于转换电压测量通道和电流测量通道的电压值，自带的通用同步异步收发机用于驱动触摸液晶显示屏及U盘存储电路。
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