CN105716795B - 一种水利工程渗漏隐患光纤定位系统及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水利工程渗漏隐患光纤定位系统及定位方法，该系统包括能量系统和监测系统；能量系统包含移动装置、T型连导台和载台，载台上设有太阳能电池板，太阳能电池板与蓄储持电器连接，蓄储持电器与多角接口连接；监测系统包括转连控调器、电子测台和控温测台，转连控调器分别与位于待测区上方的通管硬管和通管软管连接，通管硬管和通管软管上均设有调控阀，在通管硬管上通过水压阀与调水出口连接，通管软管的末端为多自由度端口。本发明以太阳能为测渗用热、电动力来源，对传感光纤无特殊要求，且布设灵活、移动方便，可实现全时域温度场信息采集和渗漏隐患定位，在降低监测成本、提高监测精度及提升工程实用化能力等方面具有突出优势。

Description

一种水利工程渗漏隐患光纤定位系统及定位方法

技术领域

本发明涉及一种水利工程渗漏隐患光纤定位系统及定位方法，属于水利工程安全监测与隐患探测领域。

背景技术

渗漏是大坝、堤防、水闸等水利工程服役过程中最常见隐患病变之一，其致因复杂、随机性强、监测难度大，特别对于土石堤坝工程，超过三分之一的破坏是由于渗漏及其衍生的各种问题所致，若不能及时发现并采取相应抢护措施，很有可能引发工程溃决的严重后果。大量工程实践表明，加强水利工程渗漏的实时、准确定位，对保障工程的安全可靠运行具有非常重要的意义。但目前渗漏定位用装置、仪器、技术等多借助点式传感器，漏检现象时有发生，且传统渗流传感器多存在体积大、引线多、亲和性差等不足。分布式光纤测渗技术在避免上述现象方面具有明显优势，但需借助人工热、电动力设备，且对传感光纤本身具有特殊要求，另受制于监测环境恶劣、布设条件艰苦等水利工程特点，极大增加了该项技术的监测成本、严重影响了其监测精度，阻碍和束缚了其工程实用化推广。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种水利工程渗漏隐患光纤定位系统及定位方法，以太阳能为测渗用热、电动力来源，对传感光纤无特殊要求，且布设灵活、移动方便，具有分布式、同步性等特点，可实现全时域温度场信息采集和渗漏隐患定位，在降低监测成本、提高监测精度及提升工程实用化能力等方面具有突出优势。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种水利工程渗漏隐患光纤定位系统，包括能量系统和监测系统；

所述能量系统包含移动装置、位于移动装置上方的T型连导台和位于T型连导台上的若干个载台，所述载台上设有太阳能电池板，太阳能电池板与蓄储持电器连接，蓄储持电器与设置在移动装置上的多角接口连接；

所述监测系统包括转连控调器、若干个电子测台和控温测台，所述转连控调器分别与位于待测区上方的通管硬管和通管软管连接，通管硬管和通管软管上均设有调控阀，在通管硬管上通过水压阀与若干个调水出口连接，调水出口通过旋转连环与分散调水口和集中调水口连接，所述通管软管的末端为多自由度端口；在待测区布设若干个温控槽孔，在温控槽孔中安装有测台桶，测台桶内从下向上依次设有若干个电子测台，在待测区表面温控槽孔的上方设有与电子测台连接的控温测台；在待测区内布设有横纵交错的电缆，电缆与测试仪器连接。

作为优选，所述移动装置包含储池箱、转轮和转环，所述储池箱设有转轮槽，转轮位于转轮槽内，转轮通过转环连杆与储池箱连接，转环连杆通过转环与储池箱连接，多角接口位于储池箱上。

作为优选，所述T型连导台内设有多级升降柱，多级升降柱安装在储池箱上。

作为优选，所述通管硬管有两根，通管软管位于两根通管硬管之间，通管软管和两根通管硬管呈山形状。

作为优选，所述测台桶从下向上依次设有三个电子测台，依次为第一电子测台、第二电子测台和第三电子测台，第一电子测台、第二电子测台和第三电子测台分别与第一控温测台、第二控温测台和第三控温测台连接。

作为优选，所述测台桶外表面布置有导热层。

作为优选，所述载台有三个，每个载台上均布置有太阳能电池板，太阳能电池板与水平的夹角分别为45°、0°和135°。

作为优选，电缆外套有加热网层和硬质护环。

一种如上述的水利工程渗漏隐患光纤定位系统的定位方法，包括以下步骤：

第一步，准备普通光缆，通过调整外带硬质护环的加热网层121的尺寸将普通光缆包装并埋置于待测区；

第二步，绕着转环转动转轮，待到达待测区后，拨动转环连杆将转轮布置于转轮槽中，调整多级升降柱的级数控制T型连导台的升降高度，打开45°、0°和135°三个角度方向的太阳能电池板，待蓄储持电器启动之前将转连控调器连接到多角接口处；

第三步，在待测区开设温控槽孔，将测台桶布设到温控槽孔中，连接控温导线，将三个控温测台连接到对应的电子测台当中，通过控温测台读取判断温控槽孔中不同高程上的电子测台的数值，即时记录并将其作为该时刻下渗流监测的参照对比值；

第四步，确定水压阀的个数，且将其布设于通管硬管的水平端面，基于测试需要，通过旋转连环将分散调水口或者集中调水口调整到调水出口处；

第五步，待渗流水体经过该区域的光缆时，加热网层处的温度开始发生变化，温控槽孔内的三个控温测台实时将温度结果反映出来，基于光缆解调系统所测取的结果在线绘制待测区的温度场，并利用三个控温测台数据对该温度场进行实时校正分析，绘制待测区的时程曲线，若某区域连续出现较大的数值变化，其即为渗漏隐患发生区域。

有益效果：本发明的一种水利工程渗漏隐患光纤定位系统，以太阳能为测渗用热、电动力来源，对传感光纤无特殊要求，且布设灵活、移动方便，有效弥补了传统监测技术及已有分布式光纤监测技术中的部分不足，提供了一种工程实用化能力强的水利工程渗漏隐患定位技术，本系统结构完整，可以实现流程化、自动化应用，在降低监测成本、提高监测精度及提升工程实用化能力等方面具有较大优势；本发明的水利工程渗漏隐患光纤定位系统的定位方法，通过光缆解调系统所测取的结果将待测区的温度场进行实时描绘，并借助于三个控温测台对其给予在线校正分析，绘制待测区的时程曲线，实现渗漏隐患的准确定位，操作简单；本发明设计了太阳能获取设备与渗流监测设备相搭配的体系，即不依靠人工发电设备，也不用特殊设计渗流监测用光纤，即可完成整个加热、降温、解调、分析的过程，极大提升了该技术在实际工程中的应用和推广能力。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为图1中移动装置的结构示意图；

图3为图1中测台桶的结构示意图；

图4为图3的1-1断面图；

图5为图1中调水出口断面图；

图6为加热网层及硬质护环结构图；

图7为图6的结构断面图；

其中：

100-转环，101-转轮，102-转环连杆，103-转轮槽，104-多角接口，105-外通线，106-蓄储持电器，107-储池箱，108-多级升降柱，109-通导线，110-T型连导台，111-第一固定载台，112-第一太阳能电池板，113-第三太阳能电池板，114-第三固定载台，115-第二太阳能电池板，116-第二固定载台，117-旋转连环，118-分散调水口，119-调水出口，120-集中调水口，121-加热网层，122-硬质护环，123-测台桶，124-导热层，125-第三电子测台，126-第二电子测台，127-第一电子测台，128-控温导线，129-第一控温测台，130-第二控温测台，131-第三控温测台，132-转连控调器，133-山形通管，134-调控阀，135-通管硬管，136-通管软管，137-多自由度端口，138-温控槽孔，139-水压阀，140-待测区

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图7所示，本发明的一种水利工程渗漏隐患光纤定位系统，包括能量系统和监测系统；所述能量系统包含移动装置、位于移动装置上方的T型连导台110和位于T型连导台100上的若干个载台，所述载台上设有太阳能电池板，太阳能电池板与蓄储持电器106连接，蓄储持电器106与设置在移动装置上的多角接口104连接；所述监测系统包括转连控调器132、三个电子测台和三个控温测台，所述转连控调器132分别与位于待测区上方的通管硬管135和通管软管136连接，通管硬管135和通管软管136上均设有调控阀134，在通管硬管135上通过水压阀139与若干个调水出口119连接，调水出口119通过旋转连环117与分散调水口118和集中调水口120连接，所述通管软管136的末端为多自由度端口137，由于该端口具有多向性多自由度的特点，且通管为软管，因此其可以实现多位置的集中渗流；在待测区布设若干个温控槽孔138，在温控槽孔138中安装有测台桶123，测台桶123外表面布置有导热层124，测台桶123内从下向上依次设有三个电子测台，分别为第三电子测台125、第二电子测台126和第一电子测台127，在待测区表面温控槽孔138的上方设有与第三电子测台125、第二电子测台126和第一电子测台127连接第三控温测台131、第二控温测台130和第一控温测台129；在待测区内布设有横纵交错的电缆，电缆外套有加热网层121和硬质护环122，电缆与测试仪器连接。为更好地将各型号尺寸的光缆均可应用于渗漏监测中，以减少成本损耗，设计了一种包含加热网层121和硬质护环122结构的部件，该部件的硬质护环122主要是防止加热网层121的漏电及保护内部结构，可以调节加热网层121尺寸将光缆有效地安置于其中，形成一个待测热源。

在本发明中，所述移动装置包含储池箱107、转轮101和转环100，所述储池箱107设有转轮槽103，转轮101位于转轮槽103内，转轮101通过转环连杆102与储池箱107连接，转环连杆102通过转环100与储池箱107连接，多角接口104位于储池箱107上。所述T型连导台内设有多级升降柱108，多级升降柱108安装在储池箱107上。

在本发明中，所述通管硬管135有两根，通管软管136位于两根通管硬管135之间，通管软管136和两根通管硬管135呈山形状。所述测台桶123从下向上依次设有三个电子测台，依次为第一电子测台127、第二电子测台126和第三电子测台125，第一电子测台127、第二电子测台126和第三电子测台125分别与第一控温测台129、第二控温测台130和第三控温测台131连接。

在本发明中，所述载台有三个，分别为第一固定载台111、第二固定载台116和第三固定载台114，每个载台上均布置有太阳能电池板，太阳能电池板与水平的夹角分别为45°、0°和135°。

在本发明中，转轮101通过转环连杆102与转环100转动连接，转环100与转轮槽103相连接，在储池箱107底端面开设有两个对称分布的转轮槽103，第一太阳能电池板112以45°倾斜角的形式布置于第一固定载台111的上端面，第三太阳能电池板113以0°角度的形式布置于第三固定载台114上端面，第二太阳能电池板115以135°倾斜角的形式布置于第二固定载台116上端面，对称分布的第一固定载台111和第二固定载台116与其中间位置的第三固定载台114均被固定于T型连导台110上表面上，多级升降柱108上端面被固定于T型连导台110内开有孔槽的上端面，多级升降柱108的下端面被安置于储池箱107的上端面，在储池箱107靠近上端面的空间内布设有蓄储持电器106，通过通导线109将第一太阳能电池板112、第三太阳能电池板113、第二太阳能电池板115依次连接于蓄储持电器106中，蓄储持电器106通过外通线105与多角接口104连接，转连控调器132通过通用电导线与储池箱107上的多角接口104相连接，转连控调器132上端面布设有山形通管133，山形通管133在其山形通管中布设有调控阀134，调控阀134上端接有通管硬管135和通管软管136，通管软管136最尾端端口为多自由度端口137，通管硬管135的上水平面上布设有多个水压阀139，水压阀139的端口为调水出口119，通过调水出口119上的旋转连环117将集中调水口120与分散调水口118连接，在待测区需要布设多个温控槽孔138，且在温控槽孔138中需要安装有测台桶123，其中在测台桶123中从上到下安装有第一电子测台127、第二电子测台126、第三电子测台125，且第三控温测台131通过控温导线128与第三电子测台125相连，第二控温测台通过控温导线128与第二电子测台126相连，第一控温测台129通过控温导线128与第一电子测台127相连，测台桶123外表面布置有导热层124。

一种如上述的水利工程渗漏隐患光纤定位系统的定位方法，包括以下步骤：

(1)构建及配备待埋设传感光缆

通过固定长度的加热网层121及硬质护环122，将ZTT-GYXTW-4A1a型号的光缆进行有效的组装及配置，将其埋设于待测区后引至Sentinel DTS-LR型号的分布式光纤测温主机上，通过E2000连接器与ZTT-GYXTW-4A1a型号的多模光纤相连。

(2)调试太阳能电池板以备加热

推动转轮101，将太阳能电池板运输至待测区附近高程较高处，后绕着转环100转动转环连杆102，将转轮101转动到转轮槽103中，后基于太阳能电池板所处的高度决定使用多级升降柱108中的第五级，将于太阳能电池板调至最高位置处，后根据使用情况确定太阳能电池板的使用个数及位置，依据测试时间，决定使用45°、90°向的第一太阳能电池板112和第三太阳能电池板113，且将第一太阳能电池板112和第三太阳能电池板113安装于第一固定载台111及第三固定载台114处，第二太阳能电池板115作为备用使用，将第一固定载台111及第三固定载台114安装于T型连导台110上，连通通导线109，将第一太阳能电池板112及第三太阳能电池板113连接于蓄储持电器106中，打开各仪器开关，以转化及储蓄电能。

(3)配置通管

使用外接电导线通过多角接口104将蓄储持电器106与转连控调器132相连接，该处转连控调器132主要是起到保持电压恒定、调整电压及短暂存储电量的联合功能，为待测传感光缆提供可靠的电供应源，通过调控阀134，将山形通管133分别与左右侧对称分布的通管硬管135及中间位置的通管软管136相连接，将多自由度端口137旋紧于通管软管136的端口，将10个水压阀139均匀地旋紧到左右侧对称分布的通管硬管135中，将集中调水口120绕着旋转连环117从调水出口119上旋出，后将分散调水口118绕着旋转连环117旋到调水出口119上面。

(4)构建温控槽孔

在测台桶123内部安装量程为-10°～-50°的第三电子测台125、第二电子测台126、第一电子测台127，后用控温导线128分别将量程为-10°～-50°的第三电子测台125、第二电子测台126、第一电子测台127连接到测台桶123的最上表面上的第三控温测台131、第二控温测台130、第一控温测台129上；后在待测区四周端面上开挖多个直径尺寸为30cm的温控槽孔138，将经过上述配置好的测台桶123放置到各个温控槽孔138中。

(5)打开各设备开关、监测及分析

将两个太阳能电池板及蓄储持电器106打开，控制转连控调器132，通过山形通管133对通管硬管135、通管软管136进行注水操作，通过多自由度端口137对待测区进行集中渗漏测试，通过分散调水口118对待测区进行分散渗漏测试，打开测台桶123上的各个电子测台，将不同时刻不同高程上的温度数据进行即时记录，同时打开Sentinel DTS-LR型号的分布式光纤测温主机，在设定时刻进行监测取值，后通过绘制时程曲线变化及与测台桶123上的各个电子测台数值进行比对分析，确定时程曲线中持续变化较大的位置，实现对待测区渗漏隐患的定位监测。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种水利工程渗漏隐患光纤定位系统，其特征在于：包括能量系统和监测系统；

所述能量系统包含移动装置、位于移动装置上方的T型连导台和位于T型连导台上的若干个载台，所述载台上设有太阳能电池板，太阳能电池板与蓄储持电器连接，蓄储持电器与设置在移动装置上的多角接口连接；

所述监测系统包括转连控调器、若干个电子测台和控温测台，所述转连控调器分别与位于待测区上方的通管硬管和通管软管连接，通管硬管和通管软管上均设有调控阀，在通管硬管上通过水压阀与若干个调水出口连接，调水出口通过旋转连环与分散调水口和集中调水口连接，所述通管软管的末端为多自由度端口；在待测区布设若干个温控槽孔，在温控槽孔中安装有测台桶，测台桶内从下向上依次设有若干个电子测台，在待测区表面温控槽孔的上方设有与电子测台连接的控温测台；在待测区内布设有横纵交错的传感光缆，传感光缆与光纤解调仪连接。

2.根据权利要求1所述的水利工程渗漏隐患光纤定位系统，其特征在于：所述移动装置包含储池箱、转轮和转环，所述储池箱设有转轮槽，转轮位于转轮槽内，转轮通过转环连杆与储池箱连接，转环连杆通过转环与储池箱连接，多角接口位于储池箱上。

3.根据权利要求2所述的水利工程渗漏隐患光纤定位系统，其特征在于：所述T型连导台内设有多级升降柱，多级升降柱安装在储池箱上。

4.根据权利要求3所述的水利工程渗漏隐患光纤定位系统，其特征在于：所述通管硬管有两根，通管软管位于两根通管硬管之间，通管软管和两根通管硬管呈山形状。

5.根据权利要求4所述的水利工程渗漏隐患光纤定位系统，其特征在于：所述测台桶从下向上依次设有三个电子测台，依次为第一电子测台、第二电子测台和第三电子测台，分别与第一控温测台、第二控温测台和第三控温测台连接。

6.根据权利要求5所述的水利工程渗漏隐患光纤定位系统，其特征在于：所述测台桶外表面布置有导热层。

7.根据权利要求6所述的水利工程渗漏隐患光纤定位系统，其特征在于：所述载台有三个，每个载台上均布置有太阳能电池板，太阳能电池板与水平的夹角分别为45°、0°和135°。

8.根据权利要求1所述的水利工程渗漏隐患光纤定位系统，其特征在于：所述光缆外套有加热网层和硬质护环。

9.一种如权利要求1至8任一项所述的水利工程渗漏隐患光纤定位系统的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，准备普通光缆，通过调整外带硬质护环的加热网层（ 121） 的尺寸将普通光缆包装并埋置于待测区；

第二步，绕着转环转动转轮，待到达待测区后，拨动转环连杆将转轮布置于转轮槽中，调整多级升降柱的级数控制T型连导台的升降高度，打开45°、0°和135°三个角度方向的太阳能电池板，待蓄储持电器启动之前将转连控调器连接到多角接口处；

第三步，在待测区开设温控槽孔，将测台桶布设到温控槽孔中，连接控温导线，将三个控温测台连接到对应的电子测台当中，通过控温测台读取判断温控槽孔中不同高程上的电子测台的数值，即时记录并将其作为该时刻下渗流监测的参照对比值；

第四步，确定水压阀的个数，且将其布设于通管硬管的水平端面，基于测试需要，通过旋转连环将分散调水口或者集中调水口调整到调水出口处；

第五步，待渗流水体经过该区域的光缆时，加热网层处的温度开始发生变化，温控槽孔内的三个控温测台实时将温度结果反映出来，基于光缆解调系统所测取的结果在线绘制待测区的温度场，并利用三个控温测台数据对该温度场进行实时校正分析，绘制待测区的时程曲线，若某区域连续出现较大的数值变化，其即为渗漏隐患发生区域。