CN105403191B - 大坝内观惯导监测装置自动牵引系统 - Google Patents

Abstract

一种大坝内观惯导监测装置自动牵引系统，包括牵引装置，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。本发明提供的一种大坝内观惯导监测装置自动牵引系统，通过设置的绝对值光电编码器，配合PLC或单片机，能够准确获得监测装置在挠性检测管中的位置，及行走速度。

Description

大坝内观惯导监测装置自动牵引系统

技术领域

本发明涉及工程测量装置领域，特别是一种大坝内观惯导监测装置自动牵引系统。本发明适用于超高混凝土面板堆石坝面板挠度和坝体内部沉降及水平位移分布式监测，也可用超高心墙堆石坝、土坝等工程的坝体沉降分布式监测。

背景技术

随着坝工技术的发展，混凝土面板堆石坝的坝高也在逐渐增加，进入21世纪以来，世界上相继建设了一批坝高200m级的高混凝土面板堆石坝。在混凝土面板堆石坝坝高增加的同时，坝体的应力和变形以及大坝运行状态将不可避免地产生一些迥异于百米级坝高的新特性。大坝面板挠度和坝体沉降的变化能够直接反映坝体的运行状况，是堆石坝安全监测的重要项目。

目前采用的惯导监测系统可以连续测量,实现了全断面测量,即“线”测量,其测量精度高,很好地弥补了传统仪器“以点代面”这种数据拟合方式的不足。该技术现已成功应用于部分水利工程中，并都取得了较好的效果。该监测系统中的牵引装置利用钢丝绳滑轮传动系统牵引监测小车在监测管道里面往复行走的方式进行牵引拖动，也就是通过安装在传动系统中电机的旋转，进而来带动钢丝绳滑轮转动，实现监测小车的运动。但是该牵引方式较为粗糙，难以准确的定位监测小车的运行距离，因此在测量过程中难以实现对一些重点部位的定点测量。

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惯导监测装置自动牵引系统，实现对一些重点部位定点测量的大坝惯导变形监测装置的自动牵引控制，并能够精确测量监测装置所在的位置，以及监测装置的运行速度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种大坝内观惯导监测装置自动牵引系统，

包括牵引装置，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。

所述的挠性检测管倾斜布置，所述的卷扬装置为由驱动装置驱动旋转的卷筒，牵引绳与监测装置的尾部连接，在监测装置的头部与重锤连接。

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。

所述的第一引导轮相应为两组。

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。

所述的可转动输电装置中，固定输电筒内设有至少两条输电槽，输电槽之间互相绝缘，输电槽内活动安装有输电滑块并与输电滑块之间形成电连接，输电滑块与随着卷筒转动的转接盘固定连接，电源线通过转接盘分别与输电滑块连接。

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。

所述的挠性检测管为多个互相连接的挠性管节，挠性管节的端头设有翘起的折边，两个法兰圈压紧在两根挠性管节的折边上，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折边的折边阶台，在法兰圈的内圈外侧设有外弧口。

在挠性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，用于容纳牵引绳的牵引绳管穿过牵引绳管悬挂孔。

还设有穿过挠性管节的中继悬挂件，中继悬挂件上设有中继悬挂孔。

本发明提供的一种大坝内观惯导监测装置自动牵引系统，通过设置的绝对值光电编码器，配合PLC或单片机，能够准确获得监测装置在挠性检测管中的位置，及行走速度，也能够自动控制监测装置每行走一段距离后自动停止，以便监测装置内的加速度计获得精确的静态输出值。

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为本发明倾斜布置的挠性检测管的整体结构示意图。

图2为本发明水平布置的挠性检测管的整体结构示意图。

图3为本发明水平布置的挠性检测管的另一种整体结构示意图。

图4为图2中A处的局部放大示意图。、

图5为本发明中挠性检测管上中继悬挂件的横截面示意图。

图6为本发明中密封圈的横截面示意图。

图7为本发明中监测装置的横截面示意图。

图8为本发明中挠性检测管的另一结构示意图。

图9为本发明中牵引绳的横截面示意图。

图10为本发明中牵引绳与接入电源连接时的结构示意图。

图11为本发明中牵引绳与接入电源连接时的横截面示意图。

图12 为本发明中第一引导轮的结构示意图。

图中：主动轮1，挠性检测管2，挠性管节21，折边22，密封圈23，法兰圈24，折边阶台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，聚四氟乙烯支脚41，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。

具体实施方式

实施例1：

一种大坝内观惯导监测装置自动牵引系统，包括牵引装置6，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）。

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内置的光纤陀螺仪或三轴磁传感器与加速度计配合，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。

实施例2：

优选的方案如图1中，在实施例1的基础上，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通过其内的光纤陀螺仪或三轴磁传感器与加速度计的配合测量得到挠性检测管2挠度变化。

实施例3：

在实施例1的基础上，如图2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2中上方的卷扬装置进行牵引，监测装置4向图2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。

实施例4：

在实施例2或3的基础上如图9~11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。

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。

实施例5：

在实施例1的基础上，优选的方案如图3中，所述的卷扬装置为由驱动装置驱动旋转的主动轮1，伺服电机63通过减速器与主动轮1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。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。

实施例6：

在实施例1~5的基础上，如图1~8中，所述的挠性检测管2为多个互相连接的挠性管节21，挠性管节21的端头设有翘起的折边22，两个法兰圈24压紧在两根挠性管节21的折边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折边22的折边阶台25，在法兰圈24的内圈外侧设有外弧口26。由此结构，确保各个挠性管节21可靠的连接在一起，并且连接部位不会影响到整个挠性检测管2随着大坝的变形而变形。本例中挠性管节21优选的采用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。挠性检测管2的直径为200~299mm。较小的直径有利于更好的反映大坝的变形。

优选的方案如图2~3和6、7中，在挠性管节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，用于容纳牵引绳3的牵引绳管29穿过牵引绳管悬挂孔27。由此结构，设置的牵引绳管29用于避免牵引绳3下垂影响监测装置4的行走。

优选的方案如图2~5中，还设有穿过挠性管节的中继悬挂件28，中继悬挂件28上设有中继悬挂孔283。由此结构，避免牵引绳管29自身的下垂。

通过以上方式设置的牵引绳管29在实现自身功能的同时，不会影响到挠性检测管2的随着大坝变形而变形的性能。

另一可选的方案如图8中，在挠性管节21的内壁形成一处较厚的部分，在厚壁的位置加工牵引绳孔。由此结构，便于穿过牵引绳。

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 (7)

1.一种大坝内观惯导监测装置自动牵引系统，其特征是：

包括牵引装置（6），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）；

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；

所述的挠性检测管（2）为多个互相连接的挠性管节（21），挠性管节（21）的端头设有翘起的折边（22），两个法兰圈（24）压紧在两根挠性管节（21）的折边（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折边（22）的折边阶台（25），在法兰圈（24）的内圈外侧设有外弧口（26）；

在挠性管节（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），用于容纳牵引绳（3）的牵引绳管（29）穿过牵引绳管悬挂孔（27）。

2.根据权利要求1所述的一种大坝内观惯导监测装置自动牵引系统，其特征是：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。

3.根据权利要求1所述的一种大坝内观惯导监测装置自动牵引系统，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。

4.根据权利要求3所述的一种大坝内观惯导监测装置自动牵引系统，其特征是：所述的第一引导轮（7）相应为两组。

5.根据权利要求1所述的一种大坝内观惯导监测装置自动牵引系统，其特征是：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。

6.根据权利要求1所述的一种大坝内观惯导监测装置自动牵引系统，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，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。

7.根据权利要求1所述的一种大坝内观惯导监测装置自动牵引系统，其特征是：还设有穿过挠性管节的中继悬挂件（28），中继悬挂件（28）上设有中继悬挂孔（283）。