CN105300351A - 大坝内观分布式监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大坝内观分布式监测系统，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，在监测装置内设有光纤陀螺仪和加速度计，在监测装置内还设有捷联解算芯片。捷联解算芯片对光纤陀螺仪和加速度计获得的监测数据进行捷联解算，并优化误差补偿算法，从而获得高精度的分布式变形监测数据。监测装置由自动控制的双向牵引装置驱动行走，在牵引装置设有定位监测装置位置的绝对值光电编码器，能够方便获取加速度计的静态输出值。所采用的挠性检测管既有一定的全程柔性，又有满足工程要求的相对刚度，更能贴切坝体沉降；本发明能够提高监测精度，大幅降低工程成本至少50%。

Description

大坝内观分布式监测系统

技术领域

本发明涉及土木与水利工程测量装置领域，特别是大坝内观分布式监测系统，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分布式监测，也可用于道路和桥梁等工程。

背景技术

在大坝变形观测中，存在外部观测和内部观测之分，内部变形主要有坝体沉降和坝体上下游的水平位移观测。对面板堆石坝还有面板变形观测，周边缝变形观测等。目前，传统大坝坝体沉降监测仪器以水管式沉降仪为主，该方法是基于连通器的原理，其观测原理简单，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。但传统式沉降仪存在一些根本性缺陷，一是观测结果受气压、温度等环境因子的干扰影响较大；二是沉降监测是点式观测，一般间隔20～30米安装一个沉降测头；三是对施工干扰很大；四是费用较高。传统沉降仪还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。

坝体内部水平位移主要采用传统的引张线水平位移计进行监测，基本原理是利用固定在坝体内部两端的钢丝将水平位移传递到传感器或者测量尺上。该方法测量原理简单、直观、不受温度和外界环境变化的影响，但是对钢丝的要求较高，钢丝本身会有一个弹性变形，坝体内部会有沉降，这会影响最终的测量精度。

对于混凝土面板堆石坝而言，面板挠度变形是坝体变形观测中必不可少的一部分。面板变形常规监测仪器有测斜仪，例如固定式测斜仪、活动式测斜仪、单点测斜仪等，通过近几十年的工程实践证明，测斜仪仍存在很多不足，一般只适用于小变形，施工条件复杂仪器的埋设粗活率不高，且后期由于仪器无法维修使用寿命有限，尤其是点式测量的问题，使得测量数据有限而不足以真实的反应出面板挠度变形曲线。

随着科学技术的不断发展，尤其光纤陀螺民用化，国内开始将光纤陀螺技术引用到大坝安全监测中，如蔡德所2003年成功将光纤陀螺技术成功运用于某工程的面板堆石坝面板挠度和坝体沉降变形监测，中国专利文献“坝体面板挠度或坝体内部水平及垂直变形装置”申请号：200410012677.3公开了一种光纤陀螺技术监测面板堆石坝面板挠度及坝体水平位移和坝体沉降装置，监测管道采用钢管和波纹管相间形成，检测装置通过检测监测管道的变形获得面板堆石坝面板挠度及坝体水平位移和坝体沉降数据，但在该方案中存在变形只能发生在不锈钢波纹管处，光纤陀螺测值漂移问题导致测量误差突出，管道选型不经济及布置方式单一，牵引装置受人为影响大、工程成本较高等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大坝内观分布式监测系统，能够大幅降低工程成本、提高监测精度，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分布式监测，并能够大幅降低工程成本、提高监测精度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种大坝内观分布式监测系统，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，在监测装置内设有光纤陀螺仪和加速度计，在监测装置内还设有捷联解算芯片。

优选的方案中，所述的光纤陀螺仪为单轴闭环光纤陀螺仪，所述的加速度计为双轴加速度计。

优选的方案中，所述的捷联解算芯片通过捷联解算，融合光纤陀螺仪和加速度计的测量值；

即以加速度计的静态输出值作为光纤陀螺仪零漂补偿的参考值，并经误差补偿算法后，以光纤陀螺仪补偿零漂后的测量角速率为输出角速率。

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。

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。

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。

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。

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。

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；

所述的第一引导轮活动安装，并能沿着与牵引绳交叉的方向移动，与在第一引导轮的轴上安装有连接杆，连接杆依次穿过固定支架和弹簧后与螺母连接。

优选的方案中，在挠性检测管的外壁或内壁间隔固定距离还设有电子标签，在监测装置上设有近场通讯读取器。

本发明提供的一种大坝内观分布式监测系统，通过采用挠性检测管，与带有光纤陀螺仪和加速度计的监测装置的组合，配合捷联解算芯片，能够提高监测精度，降低工程成本。采用挠性检测管能够更精确的反映大坝面板变形和坝体沉降的程度，而光纤陀螺仪和加速度计获得的数据通过捷联解算芯片的捷联解算，能够大幅降低光纤陀螺仪零漂精度误差，从而获得高精度的监测数据。同时由于光纤陀螺仪零漂精度误差的降低，本发明的监测装置能够采用精度相对较低的光纤陀螺仪，从而能够大幅降低工程成本。设置的牵引装置，能够自动牵引监测装置沿着挠性检测管行走，并通过绝对值光电编码器配合PLC或单片机，获得精确的监测装置的行程和行走速度，进而提高监测数据的精度，降低测量过程的劳动强度。设置的电子标签与近场通讯读取器，电子标签自身不带电源，通过近场通讯读取器发送的无线信号激活并发送一段ID码，从而能够精确获得监测装置在挠性检测管内的位置，以校验牵引装置是否产生误差。在优选的方案中，通过在牵引绳内设置的电源线和数据线，能够实现电源和数据的实时传输，电源线和数据线分别采用无线和有线的传输方式，使电源和数据的实时传输更为可靠。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中沿着坝体面板布置的挠性检测管的监测系统示意图。

图3为本发明中水平布置在坝体中的挠性检测管的监测系统示意图。

图4为本发明中水平布置在坝体中的挠性检测管的监测系统另一种方案的示意图。

图5为本发明中挠性检测管上中继悬挂件的局部放大示意图。

图6为本发明中挠性检测管上中继悬挂件的横截面示意图。

图7为本发明中密封圈的横截面示意图。

图8为本发明中监测装置的横截面示意图。

图9为本发明中挠性检测管另一种方案的横截面示意图。

图10为本发明中牵引绳的横截面示意图。

图11为本发明中牵引绳与接入电源连接时的结构示意图。

图12为本发明中牵引绳与接入电源连接时的横截面示意图。

图13为本发明中第一引导轮的结构示意图。

图14为本发明中捷联解算的流程示意图。

图15为本发明中监测装置的结构示意图。

图16为本发明的系统测得的大坝挠度曲线。

图17为现有技术中的系统测得的大坝挠度曲线。

图中：主动轮1，挠性检测管2，超高分子量聚乙烯管节21，翻边22，密封圈23，法兰圈24，翻边阶台25，外弧口26，牵引绳管悬挂孔27，中继悬挂件28，覆盖头281，梯形部282，中继悬挂孔283，牵引绳管29，牵引绳3，电源线31，数据线32，监测装置4，采集板401，单轴闭环光纤陀螺仪402，双轴加速度计403，磁传感器404，数据记录仪405，电源406，摄像头407，数据及充电接口408，缓冲装置409，牵引挂钩410，开关411，指示灯412，万向滚轮413，聚四氟乙烯支脚414，捷联解算芯片415，近场通讯读取器416，重锤5，牵引装置6，卷筒61，无线数据发射装置611，转接盘612，固定输电筒613，输电槽614，输电滑块615，管底引导轮62，伺服电机63，阻尼器64，减速器65，第一引导轮7，包角导轮71，连接杆72，弹簧73，螺母74，固定支架75，压轮76，绝对值光电编码器8，坝体9，观测房10。

具体实施方式

如图1～4中，一种大坝内观分布式监测系统，在坝体9内埋设有挠性检测管2，在挠性检测管2内设有沿挠性检测管2行走的监测装置4，在监测装置4内设有光纤陀螺仪和加速度计，光纤陀螺仪和加速度计与采集板401连接，采集板401与数据记录仪405连接。光纤陀螺仪测得的数据，配合加速度计403的数据得出挠性检测管2的挠度曲线，参见图16所示。与如图17中所示的现有技术的装置测得的挠度曲线相比，采用本发明的装置测得挠度曲线明显能够反映出更多的细节变化。

在监测装置4上还设有电源406、开关411和指示灯412。在监测装置4的头部设有摄像头407，以观察挠性检测管2内的状态。在监测装置4的头部还设有缓冲装置409。以避免碰撞损坏设备。在监测装置4的头部和尾部设有牵引挂钩410，以和牵引装置连接。在监测装置4上还设有数据及充电接口408，用于传输数据和充电。

本例之前及之后中未描述的部分，与中国专利文献申请号：200410012677.3中的记载相同，此处不再赘述。

在监测装置4内还设有捷联解算芯片415，捷联解算芯片415设置在采集板401上。

采用的挠性检测管2，容易随着坝体1的变形而随之变形，从而能够更好的反映坝体9面板的变形和坝体9的沉降，设置的捷联解算芯片415对光纤陀螺仪动态监测数据和加速度计获得的静态监测数据进行捷联解算，并优化误差补偿算法，从而获得高精度的分布式监测数据。且能够通过快速运算，融合光纤陀螺仪和加速度计的测量值。

优选的方案中，所述的光纤陀螺仪为单轴闭环光纤陀螺仪402。所述的加速度计为双轴加速度计403。由此选择，在成本和测量精度之间达到平衡，有利于在确保测量精度的前提下，大幅降低整个工程的成本。

本例中光纤陀螺仪402为低动态、高精度单轴闭环光纤陀螺仪，主要技术指标为：

标度因数非线性度：30.8ppm

标度因数重复性：11.2ppm

随机游走：

动态范围：-100°/s～200°/s

零偏稳定性：0.1°/h

输出频率：60HZ

工作温度范围：-25°～80°。

加速度计403为双轴加速度计，主要技术指标为：

测量范围：-75°～75°

分辨率：±0.01°

工作温度范围：-40°～80°。

本发明的系统能够同时进行大坝面板挠度、坝体内部沉降、水平位移的的变形监测，同时能够对变形进行预测以及综合评价大坝的运行状态。

只需要沉降检测管2正确埋设在被测建筑物内部，监测装置4能够进行后期保养维修甚至更换，并且运算系统可以进行升级，整个分布式监测系统可以永久使用。

如图1中，还能够将变形监测管道铺设安装在混凝土面板堆石坝坝体1的面板表面，能对已经服役的大坝进行面板挠度变形监测。

优选的方案如图15中，所述的捷联解算芯片415通过捷联解算，融合光纤陀螺仪和加速度计的测量值；

即以加速度计的静态输出值作为光纤陀螺仪零漂补偿的参考值，并经误差补偿算法后，以光纤陀螺仪补偿零漂后的测量角速率为输出角速率。

通过卡曼滤波和四元数算法进行捷联解算，捷联解算，融合光纤陀螺仪402和加速度计403的测量值；能够实现真正意义上的动态连续高精度测量。

以加速度计403的输出值作为光纤陀螺仪402零漂补偿的参考值，以光纤陀螺仪402补偿零漂后的测量角速率为输出角速率，然后建立姿态矩阵，对角速率进行二次积分，建立运动学模型得出三维变形曲线。单轴闭环光纤陀螺仪402和双轴加速度计403的原始信号通过采集板401耦合，能够保证数据的同步性和完整性。本发明的系统以双轴加速度计403测量的角速率为测量值，双轴加速度计403测量的值为修正值，通过卡曼滤波融合以及四元数算法对测量值进行实时修正，真正实现高精度动态测量。捷联解算的流程如图14中所示。

捷联解算芯片中的捷联解算过程如下：

第一步设置载体坐标系下的初始坐标并转化成地理坐标系下的坐标(M_x、M_y、M_z)，得到初始姿态倾角(θ₀)，旋转角(φ₀)，横摆角(Ψ₀)，见公式(1)、(2)；

$\left[\begin{array}{c}{M}_b\\ M_b\\ M_b\end{array}\right]=C_n^b\·\left[\begin{array}{c}{M}_n\\ M_n\\ M_n\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{C}_{11}& C_{12}& C_{13}\\ C_{21}& C_{22}& C_{23}\\ C_{31}& C_{32}& C_{33}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{M}_n\\ M_n\\ M_n\end{array}\right]---\left(1\right)$

$C_n^b=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\ψ}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\ψ}\cos \mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\θ}\\ \cos \mathrm{\ψ}\sin \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\γ}-\sin \mathrm{\ψ}\cos \mathrm{\γ}& \sin \mathrm{\ψ}\sin \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\γ}+\cos \mathrm{\ψ}\cos \mathrm{\γ}& \cos \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\γ}\\ \cos \mathrm{\ψ}\sin \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\γ}+\sin \mathrm{\ψ}\sin \mathrm{\γ}& \sin \mathrm{\ψ}\sin \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\γ}-\cos \mathrm{\ψ}\sin \mathrm{\γ}& \cos \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\γ}\end{array}\right]---\left(2\right)$

记 $T=C_n^b=\left[\begin{array}{ccc}{T}_{11}& T_{12}& T_{13}\\ T_{21}& T_{22}& T_{23}\\ T_{31}& T_{32}& T_{33}\end{array}\right],$

其中θ＝-arccos(T₂₃),φ＝arctan(-T₃₁/T₃₃),Ψ＝arctan(T₁₂/T₂₂)；

第二步，通过四元素更新测量装置的姿态矩阵，公式(3)、(4)；

四元素q＝(q₀,q₁,q₂,q₃)＝q₀+q₁i+q₂j+q₃k(3)

$C_n^b=\left[\begin{array}{ccc}{q}_0^2+q_1^2-q_2^2-q_3^2& 2\left(q_1{q}_2-q_0{q}_3\right)& 2\left(q_1{q}_2+q_0{q}_2\right)\\ 2\left(q_1{q}_2+q_0{q}_3\right)& q_0^2-q_1^2+q_2^2-q_3^2& 2\left(q_2{q}_3-q_0{q}_1\right)\\ 2\left(q_1{q}_2-q_0{q}_2\right)& 2\left(q_2{q}_3+q_0{q}_1\right)& q_0^2-q_1^2-q_2^2-q_3^2\end{array}\right]---\left(4\right);$

第三步，由更新矩阵得到下一时刻的姿态倾角(θ)，旋转角(φ)，横摆角(Ψ)；

第四步，一定时间间隔t₁的静态加速度计倾角赋予θ，横摆角γ赋予Ψ；并作为初始角Ψ₀＝γ；同时对t₁姿态差值进行卡曼最优估计修正；

第五步，循环上述步骤，直至t_n时段结束监测。

通过以上步骤完成单轴闭环光纤陀螺仪(402)和双轴加速度计(403)的测量值的捷联解算过程。

优选的方案如图2～7中，所述的的挠性检测管2为多个互相连接的超高分子量聚乙烯管节21，超高分子量聚乙烯管节21的端头设有翻起的翻边22，两个法兰圈24压紧在两根超高分子量聚乙烯管节21的翻边22上，两个法兰圈24之间通过螺栓连接；

在法兰圈24的内侧设有用于容纳翻边22的翻边阶台25，在法兰圈24的内圈外侧设有外弧口26。由此结构，当两个互相连接的超高分子量聚乙烯管节21在连接的部位变形时，法兰圈24不会对变形产生干涉。从而提高挠性检测管2的变形精度。各个超高分子量聚乙烯管节21之间可靠的互相连接。现有技术中的连接方式是先将各个管节之间套接，然后再焊接的连接方式，这种方式会在连接位置形成变厚的结构，变厚的部分不容易随着坝体的变形而随之变形，并且在连接的位置会形成错台，使连接位置的随动变形受到影响，相应整个挠性检测管2的随动变形精度受到影响。而如图2～4中所示的连接方式对挠性检测管2的随动变形影响较小，从而提高测量精度。

优选的方案中，挠性检测管2的直径为200～299mm。较小的直径能够更好的反映面板堆石坝面板挠度变化、坝体内部沉降和水平位移，从而提高监测的精度。

超高分子量聚乙烯材料，即分子量150万以上的无支链的线性聚乙烯。该材料具有耐腐蚀、具有一定的挠性利于随动变形、成品表面光滑、表面摩擦力小，且易于加工的优点。

优选的方案如图2～4,7～8中，超高分子量聚乙烯管节21的端头之间设有密封圈23，由此结构，使整个挠性检测管2保持密封，便于穿过水下。密封圈23的内圈边缘设有牵引绳管悬挂孔27；

牵引绳管29穿过牵引绳管悬挂孔27。由此结构，对于如图3中的监测装置4两端牵引的方案，能够用于固定牵引绳管29，避免牵引绳3的下垂影响到监测装置4的运行。

优选的方案如图4～6中，还设有穿过超高分子量聚乙烯管节21的中继悬挂件28，中继悬挂件28上设有中继悬挂孔283。由于单根的超高分子量聚乙烯管节21长度通常达到6米，承载牵引绳的牵引绳管29容易下垂影响到监测装置4的运行，设置的中继悬挂件28能够对牵引绳管29形成支撑。中继悬挂件28也可以采用超高分子量聚乙烯材料，或其他耐腐蚀的材料制成。

中继悬挂件28的顶部设有覆盖头281，覆盖头281为整个中继悬挂件28最宽的位置，用于封住挠性管节21上的开孔，中继悬挂件28的中部设有梯形部282，用于固定中继悬挂件28的位置，并具有越拉越紧的效果，在中继悬挂件28的底部设有中继悬挂孔283，用于供牵引绳管29穿过。

另一优选的方案如图9中，所述的超高分子量聚乙烯管节21的内壁设有增厚部，在增厚部设有牵引绳孔。由此结构，便于牵引绳的安装。仅略微增加加工的难度。

优选的方案如图2～4中，所述的监测装置4与牵引装置6连接，牵引装置6内设有由驱动装置驱动旋转的卷扬装置，牵引绳3绕过卷扬装置，牵引绳3与沿着挠性检测管2行走的监测装置4连接；

还包括可旋转的第一引导轮7，牵引绳3绕过第一引导轮7，在第一引导轮7的前、后设有包角导轮71，以增大牵引绳3在第一引导轮7上的包角，本例中牵引绳3在第一引导轮7上的包角大于180°，由此结构，避免了牵引绳3在第一引导轮7上打滑，确保牵引绳3的移动与第一引导轮7的转动之间保持同步，进一步优选的，第一引导轮7的轮槽横截面采用“V”字形，当牵引绳3受到压力后，会与“V”字形的轮槽之间越压越紧。进一步优选的方案中，在第一引导轮7的上方还设有压轮76，如图13中所示。

在第一引导轮7或卷扬装置设有绝对值光电编码器8。绝对值光电编码器8与PLC或单片机连接，以获取第一引导轮7的转动圈数的数据并得出监测装置4的行走距离，从而得出监测装置4的位置，配合从监测装置4的晶振所获得的时间参数，从而得出监测装置4的行走速度。进一步的与监测装置4内置的单轴闭环光纤陀螺仪402或双轴加速度计403配合，能够测量得到埋设在大坝内或大坝面板的挠性检测管2的挠度值。通过绝对值光电编码器8反馈的精确数据，牵引装置6能够实现自动控制，尤其是能够自动控制监测装置4每行走一段距离后自动停止，以便监测装置4内的双轴加速度计403获得精确的静态输出值。

可选的方案如图2中，所述的挠性检测管2倾斜布置，所述的卷扬装置为由驱动装置驱动旋转的卷筒61，牵引绳3与监测装置4的尾部连接，在监测装置4的头部与重锤5连接。卷扬装置具体结构为：伺服电机63通过减速器65与卷筒61连接，减速器包括蜗轮减速器、齿轮减速器和皮带减速器，可以选用其中的一种或多种的组合。优选的在卷筒61或减速器的轴上还设有阻尼器64，本例中选用磁粉式阻尼器。使用时，由约5kg的重锤5和监测装置4自身的重量，使监测装置4沿着挠性检测管2向下滑动，牵引绳3带动第一引导轮7旋转，绝对值光电编码器8获得转动的数据。绝对值光电编码器8将运行速度反馈给PLC或单片机，由PLC或单片机控制阻尼器64提供适当的阻尼，从而使监测装置4沿着挠性检测管2匀速下降，根据绝对值光电编码器8测得的转动角和第一引导轮7的半径，测得监测装置4的行程及速度。到达挠性检测管2的底部后，伺服电机63启动，卷筒61将牵引绳3回收，伺服电机63的运行速度由绝对值光电编码器8反馈的数据进行控制，使监测装置4匀速提升，通过以上方式，监测装置4通过其内的单轴闭环光纤陀螺仪402与双轴加速度计403的配合测量得到挠性检测管2挠度变化。

另一可选的方案如图3中，所述的卷扬装置为由驱动装置驱动旋转的卷筒61，卷扬装置具体结构为：伺服电机63通过减速器65与卷筒61连接，减速器包括蜗轮减速器、齿轮减速器和皮带减速器，可以选用其中的一种或多种的组合。优选的在卷筒61或减速器的轴上还设有阻尼器64，本例中选用磁粉式阻尼器。

卷扬装置为两组，一组卷扬装置的牵引绳3与监测装置4的尾部连接，另一组卷扬装置的牵引绳3绕过位于挠性检测管2底部的管底引导轮62后与监测装置4的头部连接。

优选的方案如图2中，所述的第一引导轮7相应为两组，以获得更为精确的行程数据。绕过管底引导轮62的牵引绳需要从牵引绳管29内穿过，以免下垂的牵引绳3影响监测装置4的行走。一组卷扬装置牵引时，由相应的第一引导轮7上的绝对值光电编码器8监控速度，另一组的卷扬装置则通过有阻尼器64提供适当阻尼。使用时，首先由位于图3中上方的卷扬装置进行牵引，监测装置4向图3中的左端移动，在移动过程中由上方的卷扬装置根据绝对值光电编码器8的反馈控制行走速度。到达挠性检测管2的左端尽头时，停止一段时间，然后由下方的卷扬装置开始牵引，上方的卷扬装置则通过有阻尼器64提供适当阻尼，从而实现对于挠性检测管2的挠度测量。

进一步优选的方案如图10～12中，所述的牵引绳3内设有电源线31和数据线32；

所述的数据线32与随着卷筒61转动的无线数据发射装置611连接；

所述的电源线31通过可转动输电装置与输入电源连接。

如图12，所述的可转动输电装置中，固定输电筒613内设有至少两条输电槽614，输电槽614之间互相绝缘，输电槽614内活动安装有输电滑块615并与输电滑块615之间形成电连接，输电滑块615与随着卷筒61转动的转接盘612固定连接，电源线31通过转接盘612分别与输电滑块615连接。由此结构，实现测量数据的实时传输，而几乎不受挠性检测管2长度的影响，且便于设置和数据传输精度高。监测装置4的电源供应也较为充足，不会出现蓄电池断电的情况。

采用将电源线以可转动输电环槽进行连接的方式，将电源经牵引绳输送至监测装置4。而对于数据线，由于数据信号输送要求较高，因此采用将数据线与随着卷筒转动的无线信号发射装置连接的方式，确保了无线信号输送的强度，也克服了转动的卷筒与固定的数据接收装置进行连接的问题。无线信号发射装置的电源也由可转动输电环槽提供。

另一可选的方案如图4中，所述的卷扬装置为由驱动装置驱动旋转的主动轮1，牵引绳3绕过主动轮1，牵引绳3的一端与监测装置4的尾部连接，牵引绳3的另一端绕过位于挠性检测管2底部的管底引导轮62后与监测装置4的头部连接；

所述的第一引导轮7活动安装，并能沿着与牵引绳3交叉的方向移动，与在第一引导轮7的轴上安装有连接杆72，连接杆72依次穿过固定支架75和弹簧73后与螺母74连接。

由此结构，利于将牵引绳3张紧。从而确保牵引绳与主动轮1之间不相对滑动。本例中优选的将绝对值光电编码器8安装在主动轮1上。

在监测装置4的底部设有球形万向滚轮413，由此结构，利于监测装置4的行走。

或者如图8、9中，在监测装置4的底部设有固定的聚四氟乙烯支脚414。由于挠性管节21的内壁摩擦力较小，因此采用固定的支脚有利于降低滚轮的转动对于高精度的光纤陀螺仪402的影响，从而进一步提高监测精度。

优选的方案如图15中，在挠性检测管2的外壁或内壁间隔固定距离还设有电子标签，在监测装置4上设有近场通讯读取器416。

本例中，在超高分子量聚乙烯管节21的翻边22的位置、挠性检测管2的外壁或内壁、或者法兰圈24内设置电子标签，电子标签在图中未示出，由于电子标签自身无需电源，由近场通讯读取器发送的讯号产生的电源生成数据，因此，能够确保长时间的有效，使用可靠。同时电子标签中存储的ID码数据，使监测装置4能够获得更精确的位于挠性检测管2的位置的数据。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大坝内观分布式监测系统，其特征是：在坝体（9）内埋设有挠性检测管（2），在挠性检测管（2）内设有沿挠性检测管（2）行走的监测装置（4），在监测装置（4）内设有光纤陀螺仪和加速度计，在监测装置（4）内还设有捷联解算芯片（415）。

2.根据权利要求1所述的大坝内观分布式监测系统，其特征是：所述的光纤陀螺仪为单轴闭环光纤陀螺仪（402），所述的加速度计为双轴加速度计（403）。

3.根据权利要求1所述的大坝内观分布式监测系统，其特征是：所述的捷联解算芯片（415）通过捷联解算，融合光纤陀螺仪和加速度计的测量值；

即以加速度计的静态输出值作为光纤陀螺仪零漂补偿的参考值，并经误差补偿算法后，以光纤陀螺仪补偿零漂后的测量角速率为输出角速率。

4.根据权利要求1所述的大坝内观分布式监测系统，其特征是：所述的的挠性检测管（2）为多个互相连接的超高分子量聚乙烯管节（21），超高分子量聚乙烯管节（21）的端头设有翻起的翻边（22），两个法兰圈（24）压紧在两根超高分子量聚乙烯管节（21）的翻边（22）上，两个法兰圈（24）之间通过螺栓连接；

在法兰圈（24）的内侧设有用于容纳翻边（22）的翻边阶台（25），在法兰圈（24）的内圈外侧设有外弧口（26）。

5.根据权利要求4所述的大坝内观分布式监测系统，其特征是：超高分子量聚乙烯管节（21）的端头之间设有密封圈（23），密封圈（23）的内圈边缘设有牵引绳管悬挂孔（27）；

牵引绳管（29）穿过牵引绳管悬挂孔（27）。

6.根据权利要求1所述的大坝内观分布式监测系统，其特征是：所述的监测装置（4）与牵引装置（6）连接，牵引装置（6）内设有由驱动装置驱动旋转的卷扬装置，牵引绳（3）绕过卷扬装置，牵引绳（3）与沿着挠性检测管（2）行走的监测装置（4）连接；

还包括可旋转的第一引导轮（7），牵引绳（3）绕过第一引导轮（7），在第一引导轮（7）的前、后设有包角导轮（71），以增大牵引绳（3）在第一引导轮（7）上的包角，在第一引导轮（7）或卷扬装置设有绝对值光电编码器（8）。

7.根据权利要求6所述的大坝内观分布式监测系统，其特征是：所述的卷扬装置为由驱动装置驱动旋转的卷筒（61），卷扬装置为两组，一组卷扬装置的牵引绳（3）与监测装置（4）的尾部连接，另一组卷扬装置的牵引绳（3）绕过位于挠性检测管（2）底部的管底引导轮（62）后与监测装置（4）的头部连接。

8.根据权利要求7所述的大坝内观分布式监测系统，其特征是：所述的牵引绳（3）内设有电源线（31）和数据线（32）；

所述的数据线（32）与随着卷筒（61）转动的无线数据发射装置（611）连接；

所述的电源线（31）通过可转动输电装置与输入电源连接。

9.根据权利要求6所述的大坝内观分布式监测系统，其特征是：所述的卷扬装置为由驱动装置驱动旋转的主动轮（1），牵引绳（3）绕过主动轮（1），牵引绳（3）的一端与监测装置（4）的尾部连接，牵引绳（3）的另一端绕过位于挠性检测管（2）底部的管底引导轮（62）后与监测装置（4）的头部连接；

所述的第一引导轮（7）活动安装，并能沿着与牵引绳（3）交叉的方向移动，与在第一引导轮（7）的轴上安装有连接杆（72），连接杆（72）依次穿过固定支架（75）和弹簧（73）后与螺母（74）连接。

10.根据权利要求1所述的大坝内观分布式监测系统，其特征是：在挠性检测管（2）的外壁或内壁间隔固定距离还设有电子标签，在监测装置（4）上设有近场通讯读取器（416）。