CN108363062B - 一种桥墩冲刷坑探测装置 - Google Patents
一种桥墩冲刷坑探测装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种桥墩冲刷坑探测装置，主要包括水下测量装置、超声波发射接收器、控制处理系统、定位传输系统、供电系统，水下测量装置固定在水下桥墩上，超声波发射接收器固定在水下测量装置上，控制处理系统控制超声波发射接收器，测量超声波发射接收器的发射端与被测河床表面之间的距离。将测得数据汇总通过定位传输系统发送给桥梁监测部门的桥梁监测系统。本发明可以完全取代现有的人力船舶测量，并且利用太阳能自主供电，还可以实时测量传输数据，对冲刷坑的深度及分布范围进行数据模拟，以达到全天候不间断监测桥墩冲刷坑的深度及冲刷坑分布状况的目的，帮助桥梁监测部门在洪汛期间可以及时发出预警，避免不必要的生命财产损失。
Description
技术领域
本发明涉及一种桥墩冲刷坑探测装置，属于桥墩冲刷坑深度及冲刷范围探测技术领域。
背景技术
随着我国现代交通体系的迅猛发展，跨江跨河桥梁逐年增加，桥梁灾害事件时有发生。据资料统计，由桥墩周围发生过渡局部冲刷，从而使桥墩失稳和桥梁水毁，占桥梁失事原因的三分之一。而桥墩的局部冲刷形成的机理是由于桥墩阻流产生的水流冲击和涡流作用，在桥墩周围分离出三维边界层，从而具有高紊动和高流速特性的局部水流，引起漩涡并向下游传播和发展，产生很大的床面切力，在桥墩周围形成的局部河床。桥墩局部冲刷坑的形成则会导致桥墩基础等部位被冲刷脱空失稳，承载力不足，基础沉降或位移，桥梁损毁。因此对桥梁冲刷的发展状况进行实时监测是保证桥梁安全的手段之一。
为了测量桥墩周围河床的冲刷深度，现在常用的主要方法是船舶搭载全球定位系统（GPS）和超声波测距仪器,GPS用于桥墩周围的待测点坐标的定点定位，超声波测距仪则用于测量待测点的冲刷坑深度，船舶经过待测区域内各点，收集数据即可得到该区域的冲刷深度。与传统的测杆测量法相比，当前的测量方法及测量工具虽有明显优势，但还有较大的局限性。首先，当前的船舶搭载的测量方法，测量时依旧需要大量的人力物力，并且测量周期较长，无法实现实时测量。其次，在测量前为了保证测量工作的顺利进行，需确定当地的天气情况，风速，水流流速等情况，尤其在洪汛期间，待测桥墩周围水流湍急，前往该待测区域危险系数极大，甚至达不到通船条件，从而导致无法测量。最后，在实际测量过程中，船舶在波浪的作用下会发生颠簸，影响超声波测距仪的测量效果，致使测量结果大于实际深度。
发明内容
本发明的目的就是针对现有存在的不足，为了有效准确测量桥墩冲刷坑深度及发展状况，提供了一种桥墩冲刷坑探测装置，以实现实时监测桥墩冲刷坑的深度及冲刷坑分布状况的目的，不需要人为操作测量，利用太阳能自主供电，还可以实时传输数据，帮助桥梁监测部门在洪汛期间可以及时发出预警，避免不必要的生命财产损失。
本发明的目的是这样实现的，一种桥墩冲刷坑探测装置，其特征在于，包括水下测量装置、控制处理系统、定位传输系统、供电系统、若干超声波发射接收器；
所述水下测量装置安装在常水位水面以下的桥墩上，若干超声波发射接收器安装在水下测量装置上，且若干超声波发射接收器与控制处理系统电连接；
所述控制处理系统设置在桥梁上部结构以下、常水位以上的桥墩上，通过线缆和超声波发射接收器、定位传输系统、供电系统连接，控制处理系统控制水下测量装置上的超声波发射接收器、定位传输系统、供电系统的启动与停止；
所述超声波发射接收器的测量端向被测河床发射超声波信号，超声波遇到被测河床后产生返回信号，返回信号被超声波发射接收器测量端接收，通过控制处理系统监测发射信号与返回信号之间的时间间隔，时间间隔的一半再乘以超声波在水中的传播速度，即可求出超声波发射接收器的底端距被测河床的距离；所述控制处理系统将处理后的超声波发射接收器底端距被测河床距离减去设定的超声波发射接收器底端距未被冲刷河床距离所得到的冲刷深度数据传输给定位传输系统；
所述定位传输系统设置固定在桥梁上部结构上桥面护栏的外侧、供电系统的下侧，用于确定桥墩和水下测量装置的位置，接收控制处理系统传输的距离数据，并将桥墩和水下测量装置的位置数据、超声波发射接收器测得的冲刷深度数据传输发送至桥梁监测部门安装的桥梁监测系统；
所述的供电系统安装在桥墩上部结构上桥面护栏的外侧、定位传输系统的上侧，用于为水下测量装置、控制处理系统、定位传输系统、若干超声波发射接收器提供电能。
所述水下测量装置安装在常水位水面以下的桥墩上，水下测量装置包括桥墩上游装置、桥墩下游装置、第一防护网、第二防护网、第三防护网；
所述桥墩上游装置是由第一半圆弧型金属管、第一径向金属短管、第二径向金属短管、第三径向金属短管、第一固定金属片、第二固定金属片组合构成；所述第一径向金属短管、第二径向金属短管、第三径向金属短管分别依次固定布置连接在第一半圆弧型金属管的45度、90度、135度的上游方向一侧，且固定在第一半圆弧型金属管的90度处的第二径向金属短管与水流方向平行；所述第一固定金属片、第二固定金属片分别固定连接在第一半圆弧型金属管的两端；
所述桥墩下游装置是由第二半圆弧型金属管、第一径向金属长管、第二径向金属长管、第三径向金属长管、第三固定金属片、第四固定金属片组合构成；所述第一径向金属长管、第二径向金属长管、第三径向金属长管分别依次固定布置连接在第二半圆弧型金属管的60度、90度、120度的下游方向一侧，且固定在第二半圆弧型金属管的90度处的第二径向金属长管与水流方向平行；所述第三固定金属片、第四固定金属片分别固定连接在第二半圆弧型金属管的两端；
所述第一半圆弧型金属管、第二半圆弧型金属管的截面内半圆弧的半径尺寸与桥墩的截面平均半径相匹配；
所述第一径向金属短管、第二径向金属短管、第三径向金属短管、第一径向金属长管、第二径向金属长管、第三径向金属长管的下部均设置有若干小金属短管，即小金属短管固定在水下测量装置的下部，且小金属短管竖向垂直于未被冲刷的河床；
所述的第一防护网固定连接在第一径向金属短管、第二径向金属短管、第三径向金属短管的外端口处；所述第二防护网固定连接在第一径向金属短管和第一径向金属长管的外端口处；所述第三防护网固定连接在第三径向金属短管和第三径向金属长管的外端口处。
所述桥墩上游装置中，第一径向金属短管、第二径向金属短管、第三径向金属短管与第一半圆弧型金属管为焊接固定连接；第一固定金属片、第二固定金属片与第一半圆弧型金属管的两端焊接固定连接；
第一径向金属短管上，小金属短管以相邻间距1m的距离从第一径向金属短管内端等间距布置到外端；第二径向金属短管上，小金属短管以相邻间距1m的距离从第二径向金属短管内端等间距布置到外端；第三径向金属短管上，小金属短管以相邻间距1m的距离从第三径向金属短管内端等间距布置到外端；
所述桥墩下游装置中，第一径向金属长管、第二径向金属长管、第三径向金属长管与第二半圆弧型金属管为焊接固定连接；第三固定金属片、第四固定金属片与第二半圆弧型金属管为焊接固定连接；第一径向金属长管上，小金属短管以相邻间距1.5m的距离从第一径向金属长管内端口等间距布置到外端口；第二径向金属长管上，小金属短管以相邻间距1.5m的距离从第二径向金属长管内端口等间距布置到外端口；第三径向金属长管上，小金属短管以相邻间距1.5m的距离从第三径向金属长管内端口等间距布置到外端口；
所述小金属短管与第一径向金属短管、第二径向金属短管、第三径向金属短管、第一径向金属长管、第二径向金属长管、第三径向金属长管均为焊接固定连接；
所述第一固定金属片、第二固定金属片、第三固定金属片、第四固定金属片上都预留螺栓孔；
所述第一固定金属片与第三固定金属片通过螺栓连接固定桥墩上游装置和桥墩下游装置的一端，所述第二固定金属片与第四固定金属片通过螺栓连接固定桥墩上游装置和桥墩下游装置的另一端，将桥墩上游装置和桥墩下游装置固定在桥墩上，保证水下测量装置的稳定性及整体性；
所述第一防护网焊接固定连接在第一径向金属短管、第二径向金属短管、第三径向金属短管的外端口处；第二防护网焊接固定连接在第一径向金属短管和第一径向金属长管的外端口处；第三防护网焊接固定连接在第三径向金属短管和第三径向金属长管的外端口处；
所述第一径向金属短管、第二径向金属短管、第一径向金属长管、第三径向金属短管、第三径向金属长管、第一固定金属片、第二固定金属片、第三固定金属片、第四固定金属片的材料均均为哈式C-276合金，表面均匀光滑。
所述第一径向金属短管、第二径向金属短管、第三径向金属短管的长度均为4-6m；所述第一径向金属长管、第二径向金属长管、第三径向金属长管的长度均为8-10m；所述小金属短管的长度为70mm；所述第一固定金属片、第二固定金属片、第三固定金属片、第四固定金属片的尺寸均为长100mm、宽70mm、厚度4-8mm；所述第一防护网、第二防护网、第三防护网的网孔尺寸均为3cm×3cm的菱形四边形；所述第一径向金属短管、第二径向金属短管、第一径向金属长管、第三径向金属短管、第三径向金属长管的截面尺寸均为，内直径为65mm，厚为8-10mm。
所述控制处理系统包括控制处理终端机，控制处理终端机安装固定在常水位与桥梁上部结构之间的桥墩上，控制处理终端机控制定位传输系统、供电系统、超声波发射接收器的开启与关闭，读取超声波发射接收器测得数据；
所述超声波发射接收器安装固定于水下测量装置下部的小金属短管内，超声波发射接收器均通过第三线缆并联至控制处理终端机；超声波发射接收器的测量端向被测河床发射超声波信号，超声波遇到被测河床后产生返回信号，返回信号被超声波发射接收器测量端接收，通过控制处理机监测发射信号与返回信号之间的时间间隔，时间间隔的一半再乘以超声波在水中的传播速度，即可求出超声波发射接收器的底端距被测河床的距离。
所述定位传输系统由GPS定位站和GPRS传输站组成，GPS定位站用于将桥墩和水下测量装置的地点位置的定位数据记录，并将定位数据传输给GPRS传输站，控制处理终端机将被测河床的冲刷深度数据传输至GPRS传输站, 超声波发射接收器底端距被测河床距离减去设定的超声波发射接收器底端距未被冲刷河床距离即为被测河床的冲刷深度数据；GPRS传输站将控制处理终端机收集被测河床的冲刷数据与GPS定位站的定位数据打包传输发送给桥梁监测系统，GPS定位站和GPRS传输站安装固定在桥梁上部结构的桥面护栏外侧。
所述供电系统由太阳能电池板和充放电蓄电池组成，太阳能电池板将吸收到的太阳能转化为电能，传输给充放电蓄电池，充放电蓄电池则通过第一线缆、第二线缆为GPS定位站、GPRS传输站和控制处理终端机提供电能；太阳能电池板安装固定在充放电蓄电池的上部，充放电蓄电池安装固定在桥梁上部结构的桥面护栏的外侧、GPS定位站和GPRS传输站的上部。
所述超声波发射接收器采用的型号为DYM-75/200-N的超声水下测距传感探头。
本发明结构合理、生产制造容易、使用方便，为了实现上述的目的，通过本发明，一种桥墩冲刷坑探测装置，包括定位传输系统、水下测量装置、超声波发射接收器、控制处理系统、定位传输系统、供电系统；水下测量装置包括桥墩上游装置，桥墩下游装置，若干个小金属短管、第一防护网、第二防护网、第三防护网。桥墩上游装置包括第一径向金属短管、第二径向金属短管、第三径向金属短管、第一半圆弧型金属管及第一固定金属片、第二固定金属片组合构成。桥墩上游装置平行于水流方向固定在桥墩上，用于确定桥墩上游河床的冲刷范围。
进一步，所述第一径向金属短管、第二径向金属短管、第三径向金属短管固定布置连接在第一半圆弧型金属管的上游方向一侧，用于固定设置在所述的桥墩上游装置上的小金属短管。
进一步，所述第一固定金属片、第二固定金属片分别固定连接在第一半圆弧型金属管的两端。
所述桥墩下游装置包括第一径向金属长管、第二径向金属长管、第三径向金属长管、第二半圆弧型金属管、及第三固定金属片、第四固定金属片。所述桥墩下游装置平行于水流方向固定在桥墩上，用于确定桥墩下游河床的冲刷范围。
进一步，所述第一径向金属长管、第二径向金属长管、第三径向金属长管固定布置连接在第二半圆弧型金属管的下游方向一侧，用于固定设置在所述桥墩下游装置上的小金属短管。
进一步，所述的第三固定金属片，第四固定金属片，分别固定连接在第二半圆弧型金属管的两端。用于将桥墩上游装置固定于桥墩上游方向一侧。
所述小金属短管以等间距的方式固定布置在所述的第一径向金属短管、第二径向金属短管、第三径向金属短管、第一径向金属长管、第二径向金属长管、第三径向金属长管的下部。必须保证所述小金属短管竖向垂直于未被冲刷的河床表面，固定方式为焊接固定，用于确定所述超声波发射接收器的测量位置，且起到了保证所述超声波发射接收器正常准确测量的作用。
所述的第一固定金属片、第二固定金属片、第三固定金属片、第四固定金属片都预留螺栓孔，为了便于将水下测量装置固定在桥墩上。
所述第一径向金属短管、第二径向金属短管、第三径向金属短管、第一径向金属长管、第二径向金属长管、第三径向金属长管、第一半圆弧型金属管、第二半圆弧型金属管、第一固定金属片、第二固定金属片、第三固定金属片、第四固定金属片、小金属短管均为哈式C-276合金材料制成，表面均匀光滑，所有金属构件均可以工厂预制，施工现场焊接安装。
所述哈式C-276合金是一种含钨的镍-铬-钼合金，极低的硅碳含量，具有极强的抗腐蚀能力，还具有一定的刚度。保证水下测量装置在水下不发生锈蚀，可以长期使用，并且可以抵挡部分水下不明物体的撞击。
所述第一防护网固定连接在第一径向金属短管、第二径向金属短管、第三径向金属短管的外端口处；所述第二防护网固定连接在第一径向金属短管和第一径向金属长管的外端口处；所述第三防护网固定连接在第三径向金属短管和第三径向金属长管的外端口处，固定方式为焊接固定，用于保护水下测量装置，抵挡部分水下不明物体的撞击，提高整个水下测量装置抗冲击能力。
所述第一固定金属片与第三固定金属片通过螺栓连接固定上游装置和下游装置的一端，所述第二固定金属片与第四固定金属片通过螺栓连接固定上游装置和下游装置的另一端，将所述的上游装置和下游装置固定在桥墩上，保证水下测量装置的稳定性及整体性。
所述超声波发射接收器安装固定于水下测量装置下部的小金属短管内，所述超声波发射接收器的超声发射接收面必须与被测河床平行，以确保数据的准确性。所述超声波发射接收器通过线缆并联至控制处理处理系统。
所述控制处理系统包括控制处理终端机和线缆，所述控制处理终端机固定在常水位与上部结构之间的桥墩上。控制处理终端机控制定位传输系统、供电系统、超声波发射接收器的开启与关闭，读取超声波发射接收器测得数据，并加以处理计算各测点被测河床的冲刷坑深度，再通过线缆将相关数据传输给定位传输系统。
所述的定位传输系统包括GPS定位站和GPRS传输站。GPS定位站和GPRS传输站安装固定在桥梁上部结构的桥面护栏外侧、供电系统的下侧。所述GPS定位站将桥墩和水下测量装置的地点位置记录，并将定位数据传输给GPRS传输站，所述GPRS传输站将控制处理终端机收集的被测河床冲刷深度数据与GPS定位站的定位数据打包传输发送给桥梁监测部门的桥梁监测系统。
所述供电系统包括太阳能电池板和充放电蓄电池。所述太阳能电池板将吸收到的太阳能转化为电能，传输给所述的充放电蓄电池。所述充放电蓄电池则通过线缆为所述的GPS定位站，所述GPRS传输站所述的控制处理终端机和所述的超声波发生接收器提供电能。所述的太阳能电池板安装固定在充放电蓄电池的上部，确保其有充足日照。所述的充放电蓄电池安装固定在桥梁上结构桥面护栏的外侧，GPS定位站和GPRS传输站的上部。
本发明的实现过程：
所述供电系统向所述定位传输系统、控制处理系统、超声波发射接收器供电，控制处理终端机通过线缆向安装在水下测量装置上的各个超声波发射接收器发送指令，为了避免相互干扰，所有超声波发射接收器并不是同一时间全部开启的，而是每次仅开启一个，其余均关闭，且由按照由内向外的顺序启动，该超声波发射接收器将测得的数据回传给控制处理终端机后，关闭当前开启的超声波发射接收器，开启下一个超声波发射接收器进行测量，依次类推直至所有超声波发射接收器全部测完。以下以水下测量装置上的任意一个超声波发射接收器测量位置举例，若该超声波发射接收器测量位置测得的距被测河床表面的距离为h1。L0为超声波发射接收器的下端与未被冲刷的河床表面间的距离，则该超声波发射接收器测量位置的冲刷深度Z1:Z1=h1-L0。所述控制处理终端机收集被测河床的冲刷数据，将数据传输给所述的GPRS传输站，所述GPRS传输站将控制处理终端机收集的被测河床的冲刷深度数据与GPS定位站的定位数据打包传输发送给桥梁监测部门的桥梁监测系统，桥梁监测部门可以根据GPRS传输站传输的被测河床的冲刷深度数据进行数值计算或模拟，从而模拟出桥墩周围的冲刷深度及冲刷分布，完成桥墩冲刷探测。
由上述发明提供了一种桥墩冲刷探测装置，不需要人为操作测量，利用太阳能自主供电，还可以实时传输数据，对冲刷深度及分布范围进行数据模拟，实现实时监测桥墩冲刷坑的深度及冲刷坑的分布状况的目的，帮助桥梁监测部门在洪汛期间可以及时发出预警，避免不必要的生命财产损失。
附图说明
图1为一种桥墩冲刷探测装置的侧视示意图；
图2为一种桥墩冲刷探测装置的截面俯视示意图；
图3a为水下测量装置的桥墩上游装置截面俯视示意图；
图3b为水下测量装置的桥墩下游装置截面俯视示意图；
图4为一种桥墩冲刷探测装置的工作原理流程示意图。
图中：1水流方向、2桥墩、3桥梁上部结构、4桥面护栏、5太阳能电池板、6充发电蓄电池、7第一线缆、9第二线缆、10控制处理终端机、11常水位、12第三线缆、14超声波发射接收器、15小金属短管、16第一半圆弧型金属管、17第二半圆弧型金属管、18第一径向金属短管、19第二径向金属短管、20第三径向金属短管、22第一径向金属长管、23第二径向金属长管、24第三径向金属长管、25桥墩上游装置、26桥墩下游装置、27第一固定金属片、28第二固定金属片、29第三固定金属片、30第四固定金属片、31未被冲刷的河床、32被测河床、33GPS定位站、34GPRS传输站、35第一防护网、36第二防护网、37第三防护网。
具体实施方式
以下结合附图以及附图说明对本发明作进一步的说明。
一种桥墩冲刷探测装置，包括水下测量装置、超声波发射接收器、控制处理系统、定位传输系统、供电系统；
所述水下测量装置是由桥墩上游装置25、桥墩下游装置26、若干小金属短管15、第一防护网35、第二防护网36、第三防护网37组合构成。
桥墩上游装置25是由第一半圆弧型金属管16、第一径向金属短管18、第二径向金属短管19、第三径向金属短管20及第一固定金属片27、第二固定金属片28组合构成；如图3a所示。
所述第一径向金属短管18、第二径向金属短管19、第三径向金属短管20分别依次固定布置连接在第一半圆弧型金属管16的45度、90度、135度的上游方向一侧，且保证固定在第一半圆弧型金属管16的90度处的第二径向金属短管19与水流方向1平行，连接方式采用焊接固定。
所述第一固定金属片27、第二固定金属片28分别固定连接在第一半圆弧型金属管16的两端，连接方式为焊接固定。
桥墩下游装置26是由第二半圆弧型金属管17、第一径向金属长管22、第二径向金属长管23、 第三径向金属长管24及第三固定金属片29、第四固定金属片30组合构成；如图3b所示。
所述第一径向金属长管22、第二径向金属长管23、第三径向金属长管24分别依次固定布置连接在第二半圆弧型金属管17的60度、90度、120度的下游方向一侧，且保证固定在第二半圆弧型金属管17的90度处的第二径向金属长管23与水流方向1平行，连接方式采用焊接固定。
所述第三固定金属片29、第四固定金属片30分别固定连接在第二半圆弧型金属管17的两端，连接方式为焊接固定。
所述第一半圆弧型金属管16、第二半圆弧型金属管17的截面内半圆弧的半径尺寸与桥墩的截面平均半径相当，具体数值根据桥墩尺寸确定。
所述第一径向金属短管18、第二径向金属短管19、第三径向金属短管20的长度均为4-6m。
所述第一径向金属长管22、第二径向金属长管23、第三径向金属长管24的长度均为8-10m。
所述小金属短管15以相邻间距1m的距离从第一径向金属短管18内端等间距布置到外端，三个小金属短管15固定连接第一径向金属短管18下部；第二径向金属短管19第三径向金属短管20均执行类似操作。
所述小金属短管15以相邻间距1.5m的距离从第一径向金属长管22内端口等间距布置到外端口，五个小金属短管15固定连接第一径向金属长管22下部；第二径向金属长管23、第三径向金属长管24均执行类似操作。
所述小金属短管15长度为70mm，固定在水下测量装置的下部，必须保证小金属管15竖向垂直于未被冲刷的河床31，固定方式为焊接固定。
所述第一固定金属片27、第二固定金属片28、第三固定金属片29、第四固定金属片30上都预留螺栓孔，金属片的尺寸均为：长100mm、宽70mm、厚度为4-8mm，尺寸可根据实际需求作适当调整。
所述第一固定金属片27与第三固定金属片29通过螺栓连接固定桥墩上游装置25和桥墩下游装置26的一端，所述的第二固定金属片28与第四固定金属片30通过螺栓连接固定桥墩上游装置25和桥墩下游装置26的另一端，将桥墩上游装置25和桥墩下游装置26固定在桥墩2上，保证水下测量装置的稳定性及整体性。
所述的第一防护网35固定连接在第一径向金属短管18、第二径向金属短管19、第三径向金属短管20的外端口处；所述第二防护网36固定连接在第一径向金属短管18和第一径向金属长管22的外端口处；所述第三防护网37固定连接在第三径向金属短管20和第三径向金属长管24的外端口处；固定连接方式均为焊接固定。所述第一防护网35、第二防护网36、第三防护网37的网孔均为3cm×3cm的菱形四边形网孔。
设定水下测量装置的下端距未被冲刷的河床距31离为L0，L0根据桥梁工程要求，通航要求及地理环境等具体情况确定。
所述金属管的截面尺寸均为：内直径为65mm左右，厚为8-10mm，尺寸可根据实际需求作适当调整，接头与端口处均保持密封防水状态。
所述金属管和金属片的材料均为哈式C-276合金，表面均匀光滑。
所述超声波发射接收器14安装固定于水下测量装置下部的小金属短管15内，超声波发射接收器14拟采用型号为DYM-75/200-N的超声水下测距传感探头，可按照实际需求采用其它种类的超声波测距仪器。超声波发射接收器14的工作原理：超声波发生接收器14的测量端向被测河床发射信号，超声波遇到被测河床32后产生的返回信号，返回信号被测量端接收，通过控制处理机10监测发射信号与返回信号之间的时间间隔，时间间隔的一半再乘以超声波在水中的传播速度，即可求出超声波发射接收器的底端距被测河床32的距离h1。超声波发射接收器14均通过第三线缆12并联至控制处理终端机10；
所述控制处理系统包括控制处理终端机10和线缆。控制处理终端机10预装应用程序，控制定位传输系统、供电系统、超声波发射接收器14的开启与关闭，读取超声波发射接收器14测得数据，并加以处理计算各测点被测河床32的冲刷情况。再通过第二线缆9将冲刷深度数据传输给GPRS传输站34。控制处理终端机10固定在常水位11与上部结构3之间的桥墩2上；控制处理终端机10为工业控制计算机。
所述定位传输系统由GPS定位站33和GPRS传输站34组成。GPS定位站33将桥墩2和水下测量装置的地点位置记录，并将定位数据传输给GPRS传输站34，GPRS传输站34将控制处理终端机10收集被测河床32的冲刷深度数据与GPS定位站33的定位数据打包传输发送给桥梁检测部门的桥梁监测系统。GPS定位站33和GPRS传输站34安装固定在桥梁上部结构3的桥面护栏4外侧，太阳能电池板5和充放电蓄电池6的下侧。
所述的供电系统由太阳能电池板5和充放电蓄电池6组成。太阳能电池板5将吸收到的太阳能转化为电能，传输给充放电蓄电池6。充放电蓄电池6则通过第一线缆7、第二线缆9为GPS定位站33，GPRS传输站34和控制处理终端机10提供电能。太阳能电池板5安装固定在充放电蓄电池6的上部，确保其有充足日照。充放电蓄电池6安装固定在桥梁上结构桥面护栏4的外侧，GPS定位站33和GPRS传输站34的上部。
所述的控制处理终端机10、GPS定位站33、GPRS传输站34及充放电蓄电池6都外部机箱保护，所述线缆（包括第一线缆7、第二线缆9、第三线缆12）均为普通防水电缆。
本发明一种桥墩冲刷探测装置的工作原理：如图4所示，控制处理终端机10通过第三线缆12向安装在水下测量装置上的各个超声波发射接收器14发送指令，为了避免互相干扰，所有超声波发射接收器14并不是同一时间全部开启的，而是每次仅开启一个，其余均关闭，且由按照由内向外的顺序启动，该超声波发射接收器14将测得的数据回传给控制处理终端机10，关闭当前开启的超声波发射接收器14，开启下一个超声波发射接收器14进行测量，依次类推直至所有超声波发射接收器14全部测完。
以下以水下测量装置上的任意一个超声波发射接收器14测量位置举例，若该超声波发射接收器14测量位置测得的距被测河床32的距离为h1。则该超声波发射接收器14测量位置的冲刷深度Z1:
Z1=h1-L0
所述的控制处理终端机10收集被测河床32的冲刷深度数据，将数据传输给所述的GPRS传输站34，所述GPRS传输站34将控制处理终端机10收集被测河床32的冲刷深度数据与GPS定位站33的定位数据打包传输发送给桥梁监测部门的桥梁监测系统，桥梁监测部门可以根据GPRS传输站34传输的被测河床32的冲刷深度数据进行数值计算或模拟，结合水下测量装置上超声波发射接收器14的位置分布情况，从而模拟出桥墩2周围的冲刷深度及冲刷范围，完成桥墩2周围冲刷坑的探测，甚至是对冲刷坑的发展进行合理预测。
Claims (6)
1.一种桥墩冲刷坑探测装置，其特征在于，包括水下测量装置、控制处理系统、定位传输系统、供电系统、若干超声波发射接收器（14）；
所述水下测量装置安装在常水位（11）水面以下的桥墩（2）上，若干超声波发射接收器（14）安装在水下测量装置上，且若干超声波发射接收器（14）与控制处理系统电连接；
所述控制处理系统设置在桥梁上部结构（3）以下、常水位（11）以上的桥墩（2）上，通过线缆和超声波发射接收器（14）、定位传输系统、供电系统连接，控制处理系统控制水下测量装置上的超声波发射接收器（14）、定位传输系统、供电系统的启动与停止；
所述超声波发射接收器（14）的测量端向被测河床（32）发射超声波信号，超声波遇到被测河床（32）后产生返回信号，返回信号被超声波发射接收器（14）测量端接收，通过控制处理系统监测发射信号与返回信号之间的时间间隔，时间间隔的一半再乘以超声波在水中的传播速度，即可求出超声波发射接收器（14）的底端距被测河床（32）的距离；所述控制处理系统将处理后的超声波发射接收器（14）底端距被测河床（32）距离减去设定的超声波发射接收器（14）底端距未被冲刷河床（31）距离所得到的冲刷深度数据传输给定位传输系统；
所述定位传输系统设置固定在桥梁上部结构（3）上桥面护栏（4）的外侧、供电系统的下侧，用于确定桥墩（2）和水下测量装置的位置，接收控制处理系统传输的冲刷深度数据，并将桥墩（2）和水下测量装置的位置数据、被测河床（32）的冲刷深度数据传输发送至桥梁监测部门安装的桥梁监测系统；
所述的供电系统安装在桥墩上部结构（3）上桥面护栏（4）的外侧、定位传输系统的上侧，用于为控制处理系统、定位传输系统、若干超声波发射接收器（14）提供电能；
所述水下测量装置安装在常水位水面以下的桥墩（2）上，水下测量装置包括桥墩上游装置（25）、桥墩下游装置（26）、第一防护网（35）、第二防护网（36）、第三防护网（37）；
所述桥墩上游装置（25）是由第一半圆弧型金属管（16）、第一径向金属短管（18）、第二径向金属短管（19）、第三径向金属短管（20）、第一固定金属片（27）、第二固定金属片（28）组合构成；所述第一径向金属短管（18）、第二径向金属短管（19）、第三径向金属短管（20）分别依次固定布置连接在第一半圆弧型金属管（16）的45度、90度、135度的上游方向一侧，且固定在第一半圆弧型金属管（16）的90度处的第二径向金属短管（19）与水流方向（1）平行；所述第一固定金属片（27）、第二固定金属片（28）分别固定连接在第一半圆弧型金属管（16）的两端；
所述桥墩下游装置（26）是由第二半圆弧型金属管（17）、第一径向金属长管（22）、第二径向金属长管（23）、第三径向金属长管（24）、第三固定金属片（29）、第四固定金属片（30）组合构成；所述第一径向金属长管（22）、第二径向金属长管（23）、第三径向金属长管（24）分别依次固定布置连接在第二半圆弧型金属管（17）的60度、90度、120度的下游方向一侧，且固定在第二半圆弧型金属管（17）的90度处的第二径向金属长管（23）与水流方向（1）平行；所述第三固定金属片（29）、第四固定金属片（30）分别固定连接在第二半圆弧型金属管（17）的两端；
所述第一半圆弧型金属管（16）、第二半圆弧型金属管（17）的截面内半圆弧的半径尺寸与桥墩（2）的截面平均半径相匹配；
所述第一径向金属短管（18）、第二径向金属短管（19）、第三径向金属短管（20）、第一径向金属长管（22）、第二径向金属长管（23）、第三径向金属长管（24）的下部均设置有若干小金属短管（15），即小金属短管（15）固定在水下测量装置的下部，且小金属短管（15）竖向垂直于未被冲刷的河床（31）；
所述的第一防护网（35）固定连接在第一径向金属短管（18）、第二径向金属短管（19）、第三径向金属短管（20）的外端口处；所述第二防护网（36）固定连接在第一径向金属短管（18）和第一径向金属长管（22）的外端口处；所述第三防护网（37）固定连接在第三径向金属短管（20）和第三径向金属长管（24）的外端口处；
所述超声波发射接收器（14）采用的型号为DYM-75/200-N的超声水下测距传感探头。
2.根据权利要求1所述的一种桥墩冲刷坑探测装置，其特征在于，所述桥墩上游装置（25）中，第一径向金属短管（18）、第二径向金属短管（19）、第三径向金属短管（20）与第一半圆弧型金属管（16）为焊接固定连接；第一固定金属片（27）、第二固定金属片（28）与第一半圆弧型金属管（16）的两端焊接固定连接；
第一径向金属短管（18）上，小金属短管（15）以相邻间距1m的距离从第一径向金属短管（18）内端等间距布置到外端；第二径向金属短管（19）上，小金属短管（15）以相邻间距1m的距离从第二径向金属短管（19）内端等间距布置到外端；第三径向金属短管（20）上，小金属短管（15）以相邻间距1m的距离从第三径向金属短管（20）内端等间距布置到外端；
所述桥墩下游装置（26）中，第一径向金属长管（22）、第二径向金属长管（23）、第三径向金属长管（24）与第二半圆弧型金属管（17）为焊接固定连接；第三固定金属片（29）、第四固定金属片（30）与第二半圆弧型金属管（17）为焊接固定连接；第一径向金属长管（22）上，小金属短管（15）以相邻间距1.5m的距离从第一径向金属长管（22）内端口等间距布置到外端口；第二径向金属长管（23）上，小金属短管（15）以相邻间距1.5m的距离从第二径向金属长管（23）内端口等间距布置到外端口；第三径向金属长管（24）上，小金属短管（15）以相邻间距1.5m的距离从第三径向金属长管（24）内端口等间距布置到外端口；
所述小金属短管（15）与第一径向金属短管（18）、第二径向金属短管（19）、第三径向金属短管（20）、第一径向金属长管（22）、第二径向金属长管（23）、第三径向金属长管（24）均为焊接固定连接；
所述第一固定金属片（27）、第二固定金属片（28）、第三固定金属片（29）、第四固定金属片（30）上都预留螺栓孔；
所述第一固定金属片（27）与第三固定金属片（29）通过螺栓连接固定桥墩上游装置（25）和桥墩下游装置（26）的一端，所述第二固定金属片（28）与第四固定金属片（30）通过螺栓连接固定桥墩上游装置（25）和桥墩下游装置（26）的另一端，将桥墩上游装置（25）和桥墩下游装置（26）固定在桥墩（2）上，保证水下测量装置的稳定性及整体性；
所述第一防护网（35）焊接固定连接在第一径向金属短管（18）、第二径向金属短管（19）、第三径向金属短管（20）的外端口处；第二防护网（36）焊接固定连接在第一径向金属短管（18）和第一径向金属长管（22）的外端口处；第三防护网（37）焊接固定连接在第三径向金属短管（20）和第三径向金属长管（24）的外端口处；
所述第一半圆弧型金属管（16）、第二半圆弧型金属管（17）、第一径向金属短管（18）、第二径向金属短管（19）、第三径向金属短管（20）、第一径向金属长管（22）、第二径向金属长管（23）、第三径向金属长管（24）、小金属短管（15）、第一固定金属片（27）、第二固定金属片（28）、第三固定金属片（29）、第四固定金属片（30）的材料均均为哈式C-276合金，表面均匀光滑。
3.根据权利要求1所述的一种桥墩冲刷坑探测装置，其特征在于，所述第一径向金属短管（18）、第二径向金属短管（19）、第三径向金属短管（20）的长度均为4-6m；所述第一径向金属长管（22）、第二径向金属长管（23）、第三径向金属长管（24）的长度均为8-10m；所述小金属短管（15）的长度为70mm；所述第一固定金属片（27）、第二固定金属片（28）、第三固定金属片（29）、第四固定金属片（30）的尺寸均为长100mm、宽70mm、厚度4-8mm；所述第一防护网（35）、第二防护网（36）、第三防护网（37）的网孔尺寸均为3cm×3cm的菱形四边形；所述第一半圆弧型金属管（16）、第二半圆弧型金属管（17）、第一径向金属短管（18）、第二径向金属短管（19）、第三径向金属短管（20）、第一径向金属长管（22）、第二径向金属长管（23）、第三径向金属长管（24）的截面尺寸均为，内直径为65mm，厚为8-10mm。
4.根据权利要求1所述的一种桥墩冲刷坑探测装置，其特征在于，所述控制处理系统包括控制处理终端机（10），控制处理终端机（10）安装固定在常水位（11）与桥梁上部结构（3）之间的桥墩（2）上，控制处理终端机（10）控制定位传输系统、供电系统、超声波发射接收器（14）的开启与关闭，读取超声波发射接收器（14）测得的数据；
所述超声波发射接收器（14）安装固定于水下测量装置下部的小金属短管（15）内，超声波发射接收器（14）均通过第三线缆（12）并联至控制处理终端机（10）；超声波发射接收器（14）的测量端向被测河床（32）发射超声波信号，超声波遇到被测河床（32）后产生返回信号，返回信号被超声波发射接收器（14）测量端接收，通过控制处理机（10）监测发射信号与返回信号之间的时间间隔，时间间隔的一半再乘以超声波在水中的传播速度，即可求出超声波发射接收器（14）的底端距被测河床（32）的距离。
5. 根据权利要求4所述的一种桥墩冲刷坑探测装置，其特征在于，所述定位传输系统由GPS定位站（33）和GPRS传输站（34）组成，GPS定位站（33）用于将桥墩（2）和水下测量装置的地点位置的定位数据记录，并将定位数据传输给GPRS传输站（34），控制处理终端机（10）将被测河床的冲刷深度数据传输至GPRS传输站（34）, 超声波发射接收器（14）底端距被测河床（32）距离减去设定的超声波发射接收器（14）底端距未被冲刷河床（31）距离即为被测河床（32）的冲刷深度数据；GPRS传输站（34）将控制处理终端机（10）收集被测河床（32）的冲刷深度数据与GPS定位站（33）的定位数据打包传输发送给桥梁监测系统，GPS定位站（33）和GPRS传输站（34）安装固定在桥梁上部结构（3）的桥面护栏（4）外侧。
6.根据权利要求5所述的一种桥墩冲刷坑探测装置，其特征在于，所述供电系统由太阳能电池板（5）和充放电蓄电池（6）组成，太阳能电池板（5）将吸收到的太阳能转化为电能，传输给充放电蓄电池（6），充放电蓄电池（6）则通过第一线缆（7）、第二线缆（9）为GPS定位站（33）、GPRS传输站（34）和控制处理终端机（10）提供电能；太阳能电池板（5）安装固定在充放电蓄电池（6）的上部，充放电蓄电池（6）安装固定在桥梁上部结构（3）的桥面护栏（4）的外侧、GPS定位站（33）和GPRS传输站（34）的上部。
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