CN105784264B - 一种水下压力传感器定位装置及水下爆破压力监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下压力传感器定位装置及水下爆破压力监测方法，包括柱体、设于柱体下端的配重、设于柱体侧面的翼型固定架、以及用于安装压力传感器的圆筒，柱体上端通过固定线与浮于水面的浮标相连，圆筒设于翼型固定架上，圆筒轴线与柱体轴线方向垂直，柱体侧面还设有多个与牵引线相连的翼型牵引架；将安装好压力传感器的定位装置通过固定线与浮标相连并移至需要监测的水域，选择合适大小的配重，通过固定线调整好深度；将牵引线与翼型牵引架相连，通过牵引线调节压力传感器的测量探头对准爆源；将压力传感器的数据传输电缆与数据采集仪相连；即可进行对水下爆破压力的监测；本发明造价低，在保证测量精度的同时大大节约成本。

Description

一种水下压力传感器定位装置及水下爆破压力监测方法

技术领域

本发明属于水中冲击波测量技术领域，具体涉及一种水下压力传感器定位装置及水下爆破压力监测方法。

背景技术

水下爆炸广泛地应用于民用建设，如新建港口、桥梁、水工建筑物的岩石基础爆破开挖、港口整治等。压力是水下爆炸测量的重要参数，是反映水工建筑物、船舰遭受水中爆炸时所受的外载荷的重要数据。水下爆炸压力测量从测点所属的位置来划分主要包括自由场压力测量和结构物表面压力测量。自由场压力测量按测点距药包的距离分为中远场及近场，近场测量相对于中远场而言属于高压快速测量，传感器技术还不够完善。而结构物表面压力测量影响因素复杂，相应的传感器技术尚处于探索阶段。

美国PCB公司生产的138系列传感器属于自由场压力传感器，其特点是具有良好的密闭性，且为体积敏感性，对安装方向没有要求，目前被众多国家和机构所广泛应用于水下爆炸压力测试中。但其最大的缺点是价格昂贵，若大规模的使用则会产生很高的成本。目前除了PCB公司138系列外，英国公司DRA生产的AWETR2-5000以及美国NSWC公司生产的NOL系列等也同样存在成本太高的问题。

为了解决使用上述PCB公司的138系列等体积敏感性自由场压力传感器用于水下冲击波测量时成本过高、不便于大规模使用的问题，可以采用目前国内生产的某些传感器来代替，如TS2205传感器。这类传感器价格便宜，测量精度能满足测试需要，但由于此类传感器为非体积敏感性，不适用于自由场压力测量，测量时信号只能单向输入，安装时需使压力冲击波正对测量探头才能得到准确测量结果，故此类压力传感器的水下安装及定位便成为解决这一问题的关键。

发明内容

本发明的目的在于克服现有水中冲击波测量传感器安装技术的不足，提出一种结构设计简单合理、便于操作的压力传感器的水下定位装置及其使用方法，解决了目前水中冲击波测量成本过高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种水下压力传感器定位装置，其特征在于：包括柱体、设于柱体下端的配重、设于柱体侧面的翼型固定架、以及用于固定安装压力传感器的圆筒，所述柱体上端通过固定线与浮于水面的浮标相连，所述圆筒设于翼型固定架上，圆筒的轴线与柱体轴线方向垂直，所述柱体侧面其他方向设有多个与牵引线相连的翼型牵引架，所述圆筒通过牵引线拉动翼型牵引架来改变方向。

作为改进，所述柱体轴心处设有加强杆，所述加强杆采用强度高和硬度大的金属材料制成，所述固定线和配重分别与加强杆上下端相连。

作为改进，所述配重和加强杆下端可拆卸相连，所述加强杆上端和固定线通过上圆环相连，所述压力传感器的数据传输电缆也通过上圆环固定，所述翼型固定架和翼型牵引架均与柱体侧面可拆卸相连。

作为改进，所述加强杆通过设于其下端的下圆环与配重可拆卸相连，所述翼型固定架和翼型牵引架均与柱体侧面通过卡环装置可拆卸的相连，所述卡环装置包括设于柱体侧面的卡口和与卡口相配合的卡环，所述卡环设于翼型固定架和翼型牵引架的两端。

作为改进，所述柱体、翼型固定架和翼型牵引架的密度均比水的密度大，所述柱体直径为1-10cm，高度为5-30cm。

作为改进，所述翼型牵引架有2-8个。

一种水下爆破压力监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、按照上述结构，根据实际需要，选择合适数量的翼型牵引架，组装好水下压力传感器定位装置，将压力传感器固定安装在圆筒内，使压力传感器的测量探头朝外露出圆筒；

步骤二、在需要监测水下爆破压力的水域布置浮标，将步骤一中组装好的压力传感器定位装置通过固定线与浮标相连，根据压力监测点的深度选择合适大小的配重，通过固定线调整好水下压力传感器定位装置的深度；

步骤三、将步骤二中不同监测点的传感器定位装置通过牵引线固定相连，将牵引线与翼型牵引架相连，通过牵引线拉动翼型牵引架来旋转柱体，从而使压力传感器的测量探头对准爆源；

步骤四、将压力传感器的数据传输电缆连接到数据采集仪，即可进行水下爆破压力的监测试验，试验结束后，将所述压力传感器定位装置拉出水面，拆卸回收。

本发明有益效果是：

1、解决了使用某些价格便宜的单向输入的非自由场传感器代替国外PCB138系列等体积敏感的自由场传感器用于水下爆炸冲击波测量时的安装问题，在保证测试结果准确可靠的同时，大大节约了测量成本。此装置结构设计简单合理，使用方便，测量效率高。

2、压力传感器安装于翼型固定架上，通过翼型牵引架结构方位的调节，可以方便调整压力传感器的朝向使其对准爆源，以得到更加准确的测量结果。

3、翼型固定架和翼型牵引架型结构能够快速安装在柱体上，同时拆卸方便，易收纳于包装盒中。

附图说明

图1为本发明压力传感器水下定位装置的整体结构示意图。

图2为本发明压力传感器安装示意图。

图3为本发明翼型固定架和柱体的装配示意图。

图4为本发明配重示意图。

图5为实施例水平面方向测点布置图。

图6为实施例垂直水面方向的测点布置图。

图中，1-固定线，2-数据传输电缆，3-上圆环，4-加强杆，5-柱体，6-翼型固定架，7-小孔，8-压力传感器，9-圆筒，10-下圆环，11-配重，12-翼型牵引架，13-爆源，14-进水口，15-压力传感器定位装置，16-牵引线，17-浮标，18-数据采集仪，19-卡口，20-卡环。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，一种水下压力传感器定位装置，包括：柱体5、一根穿过柱体5中间的加强杆4、可快速安装和拆卸的翼型固定架6和翼型牵引架12、上圆环3和下圆环10、配重11。

所述柱体5由密度比水大的金属或非金属材料制造而成，主要采用非金属材料。其侧面设有一种特殊卡口19，所述翼型固定架6和翼型牵引架12可通过此卡口19快速安装在柱体5侧面上（如图3），同时也方便拆卸。

柱体5内有一根贯穿的加强杆4，加强杆4上端有一个上圆环3，其作用是用于固定线1和压力传感器8的数据传输电缆2的穿过和固定；加强杆4下端也有一个下圆环10，其作用是用于钩挂配重11。

所述翼型牵引架12个数可为2～8个，根据实际需要个数进行安装。翼型牵引架12可对称或非对称安装于柱体5周边的侧面上；翼型固定架6和翼型牵引架12均由密度比水大的金属或非金属材料制造而成，主要采用非金属材料。翼型固定架6上设有一个圆筒9，圆筒9轴线与柱体5的轴线方向垂直，其作用为用于压力传感器8的固定安装，固定压力传感器8时，可在压力传感器8和圆筒9之间空隙里加塞一些布条之类的柔性物体将其固定。翼型牵引架12中间打一个小孔7，便于牵引线穿过，其作用为用于方向调节。

如图2所示，图2为本发明传感器安装在翼型固定架6上的示意图，压力传感器8可以穿过翼型固定架6上的圆筒9，然后再进行固定。

如图3所示，图3为本发明翼型固定架6和柱体5的装配示意图。本实施例柱体5采用四棱柱体。翼型固定架6上的卡环20可插入柱体上的卡口19中并能在重力作用下保持稳定。

如图4所示，图4为配重11示意图。所述配重11上有一小孔，以便捆绑。配重11应能够使得整个结构能够保持轴线垂直向下，以保证传压力传感器8能够水平对准爆源。

某水利水电工程进行岩坎拆除爆破，需要在进水口前布置测点进行水中冲击波的监测。如图5和图6所示，测点布置方案为：测点布置在进水口5前的水中，水平方向每一层布置3个测点，竖直方向分为两层布置。

如图5所示，图5为实施例水平面方向测点布置图。爆源13在进水口14前40m处，压力传感器定位装置15及牵引线16布置在进水口14前2m处。水平方向每两个测点之间距离为20m。水平方向上每两个下压力传感器定位装置15之间通过一根穿过翼型牵引架12上小孔的牵引线16相互连接。牵引线16的作用除了保持三个压力传感器定位装置15之间的相对位置不变外，更重要的是，在压力传感器定位装置15的重力、顶部浮标浮力及牵引线16的牵引作用下，能够使得压力传感器8的测量探头方向朝向爆源13。但是应注意牵引线16浸水后的密度应和水的密度差别不大，以免由于其重力作用使装置偏离预定测点。

如图6所示，图6为实施例垂直水面方向的测点布置图。第一层测点在水下3m处，第二层测点在水下10m处，每层三个测点，共布置6个测点，每两个压力传感器定位装置15之间通过一根牵引线16与水面上的浮标相连接，水平方向每两个压力传感器定位装置15之间通过一根穿过翼型结构上小孔7的牵引线16相连。每个压力传感器8的数据传输电缆2都通过水面上的浮标17的简单固定，然后连接至数据采集仪18。

使用上述压力传感器定位装置安装压力传感器8并进行水下压力测量。具体实施步骤如下：

步骤一，从包装盒中取出四棱柱体的柱体5、翼型固定架6和翼型牵引架12，将压力传感器8插入翼型固定架6的圆筒9中，使测量探头露出圆筒9，然后在压力传感器8及圆筒9之间空隙里加塞一些布条之类的柔性物体将其固定。在柱体5的每个四棱柱体上安装一片翼型固定架6和两片翼型牵引架12，所述两片翼型牵引架12对称安装在翼型固定架6两侧。将压力传感器8的数据传输电缆2穿过上圆环3，固定线1穿过上圆环3并系牢固定。

步骤二，将步骤一中安装完成的装置通过固定线1连接至水面上的浮标17。本实施例中，在同一浮标位置下的两个装置可共用一个浮标17，底部共用一个配重11。根据测量所需目标深度3m和10m分别调节固定线1的长度，并选择合适的配重11分别钩挂在装置的下圆环10上。压力传感器8的数据传输电缆2先与水面上的浮标17进行简单固定，然后连接至数据采集仪18。

步骤三，将步骤二中调整好的装置运送至进水口14前预定的测点处，投入水中进行安装固定。首先要准确定位水面上浮标17的位置，使用绳子或其他物体将浮标17固定在测点的正上方水面上。然后让潜水工人潜下水中，调整装有压力传感器8的翼型固定架6朝向爆源，并在水平同一层上每两个装置之间系上一根牵引线16。这样，每一层三个装置之间相互固定，在装置（包括配重11）的重力、顶部浮标17浮力及牵引线16的作用下，能够使压力传感器8的测量探头方向朝向爆源。

至此，水下压力传感器8安装及定位完成，即可进行水下压力监测。

以上所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，本发明所属技术领域的技术人员对所描述的具体实施例所做的各种各样修改、改进或采用类似的方法替代，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水下压力传感器定位装置，其特征在于：包括柱体（5）、设于柱体（5）下端的配重（11）、设于柱体（5）侧面的翼型固定架（6）、以及用于固定安装压力传感器（8）的圆筒（9），所述柱体（5）上端通过固定线（1）与浮于水面的浮标相连，所述圆筒（9）设于翼型固定架（6）上，圆筒（9）的轴线与柱体（5）轴线方向垂直，所述柱体（5）侧面其他方向设有多个与牵引线相连的翼型牵引架（12），所述圆筒（9）通过牵引线拉动翼型牵引架（12）来改变方向。

2.如权利要求1所述一种水下压力传感器定位装置，其特征在于：所述柱体（5）轴心处设有加强杆（4），所述加强杆（4）采用强度高和硬度大的金属材料制成，所述固定线（1）和配重（11）分别与加强杆（4）上下端相连。

3.如权利要求2所述一种水下压力传感器定位装置，其特征在于：所述配重（11）和加强杆（4）下端可拆卸相连，所述加强杆（4）上端和固定线（1）通过上圆环（3）相连，所述压力传感器（8）的数据传输电缆（2）也通过上圆环（3）固定，所述翼型固定架（6）和翼型牵引架（12）均与柱体（5）侧面可拆卸相连。

4.如权利要求3所述一种水下压力传感器定位装置，其特征在于：所述加强杆（4）通过设于其下端的下圆环（10）与配重（11）可拆卸相连，所述翼型固定架（6）和翼型牵引架（12）均与柱体（5）侧面通过卡环装置可拆卸的相连，所述卡环装置包括设于柱体（5）侧面的卡口和与卡口相配合的卡环，所述卡环设于翼型固定架（6）和翼型牵引架（12）的两端。

5.如权利要求1至4任意一项所述一种水下压力传感器定位装置，其特征在于：所述柱体（5）、翼型固定架（6）和翼型牵引架（12）的密度均比水的密度大，所述柱体（5）直径为1-10cm，高度为5-30cm。

6.如权利要求5所述一种水下压力传感器定位装置，其特征在于：所述翼型牵引架（12）有2-8个。

7.利用权利要求1至4或6任意一项所述一种水下压力传感器定位装置进行水下爆破压力监测的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、按照上述水下压力传感器定位装置结构，根据实际需要，选择合适数量的翼型牵引架（12），组装好水下压力传感器定位装置，将压力传感器（8）固定安装在圆筒（9）内，使压力传感器（8）的测量探头朝外露出圆筒（9）；

步骤二、在需要监测水下爆破压力的水域布置浮标，将步骤一中组装好的压力传感器定位装置通过固定线（1）与浮标相连，根据压力监测点的深度选择合适大小的配重（11），通过固定线（1）调整好水下压力传感器定位装置的深度；

步骤三、将步骤二中不同监测点的传感器定位装置通过牵引线固定相连，将牵引线与翼型牵引架（12）相连，通过牵引线拉动翼型牵引架（12）来旋转柱体（5），从而使压力传感器（8）的测量探头对准爆源；

步骤四、将压力传感器（8）的数据传输电缆（2）连接到数据采集仪，即可进行水下爆破压力的监测试验，试验结束后，将所述压力传感器定位装置拉出水面，拆卸回收。