CN112797953B - 一种移位辅助测量机构及其水库大坝监测预警装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种移位辅助测量机构及其水库大坝监测预警装置，该机构包括支撑板和电动机，电动机固定在水库大坝上，其输出轴与支撑板的中心位置固定连接，带动支撑板转动，且电动机的旋转轴垂直于水库大坝的竖直面，支撑板竖直设置时，其上各个挡板位于支撑板中心位置的上端且位于支撑板的左侧，从支撑板的中心位置开始的各个挡板与支撑板上端之间的夹角逐渐增大且长度逐渐增大；以第一激光传感器发射出的水平激光信号所在直线为X轴，上下方向为Y轴方向，设可检测到的单位沉降移位量为M，当水库大坝沉降带动电动机下移M*j，电动机带动支撑板转动，使该第j个挡板竖直向上设置时，第j个挡板的自由端与X轴对齐，第j‑1个挡板的自由端位于X轴之下。

Description

一种移位辅助测量机构及其水库大坝监测预警装置

技术领域

本发明属于水库大坝监测领域，具体涉及一种移位辅助测量机构及其水库大坝监测预警装置。

背景技术

水库大坝在使用过程中很容易出现沉降等问题，为了提高水库大坝的使用寿命，避免出现险情，在出现沉降时需要及时对水库大坝进行修复。目前，在对水库大坝的沉降进行监测时，通常采用激光检测的方式，如图1所示，将阶梯状的移位辅助测量机构1，当水库大坝出现沉降时，第一激光传感器检测到的距离将减小，由此来反映沉降量。但是，这种阶梯状的移位辅助测量机构存在体积较大的问题。

发明内容

本发明提供一种移位辅助测量机构及其水库大坝监测预警装置，以解决目前水库大坝沉降监测装置中移位辅助测量机构体积较大的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种移位辅助测量机构，其特征在于包括支撑板和电动机，所述电动机的底座固定在水库大坝上，其输出轴与所述支撑板的中心位置固定连接，用于带动所述支撑板转动，且所述电动机的旋转轴垂直于水库大坝的竖直面，在所述支撑板上设置有多个挡板，所述支撑板竖直设置时，各个挡板位于以所述支撑板的中心位置为分界线的上端且位于所述支撑板的左侧，从所述支撑板的中心位置开始的各个挡板与支撑板上端之间的夹角逐渐增大且长度逐渐增大；以第一激光传感器的位置为原点，以发射出的水平第一激光信号所在直线为X轴，上下方向为Y轴方向，建立二维坐标系，设可检测到的单位沉降移位量为M，M为大于0的任意数值，对于从所述支撑板的中心位置开始的第j个挡板，当所述水库大坝沉降带动电动机下移M*j，所述电动机带动所述支撑板绕其中心位置顺时针转动，使得该第j个挡板竖直向上设置时，该第j个挡板的自由端与X轴对齐，且第j-1个挡板的自由端位于X轴之下，j为大于0且小于N的整数，N表示挡板的总个数。

在一种可选的实现方式中，在进行沉降移位量监测时，所述电动机带动所述支撑板转动，以使从所述支撑板的中心位置开始的各个挡板依次竖直向上设置，在对应挡板开始依次竖直向上设置后，根据所述第一激光传感器测量到的其与移位辅助测量机构之间的第一距离，确定水库大坝的沉降移位量。

在另一种可选的实现方式中，初始状态下，所述X轴通过所述支撑板的中心位置，所述水库大坝未发生移位前，所述电动机带动支撑板顺时针转动，使得支撑板上各个挡板分别竖直向上设置时，各个挡板对应的X坐标参考值；所述第一激光传感器还与第一处理器连接，用于将其检测到的第一距离发送给所述第一处理器，在使从所述支撑板的中心位置开始的各个挡板依次竖直向上设置的过程中，在每一挡板竖直向上设置后，所述第一处理器都将该第一距离与竖直向上设置的挡板对应的X坐标参考值进行比较，若相等，则确定该竖直向上设置的挡板为从该支撑板的中心位置开始的第j个挡板，从而确定水库大坝的沉降移位量等于M*j，否则，等待所述电动机带动支撑板转动，使下一挡板竖直向上设置。

在另一种可选的实现方式中，所述电动机与第三处理器连接，所述第一处理器和第三处理器内设置有同步时钟，所述第三处理器定时控制所述电动机带动所述支撑板转动，以使从所述支撑板的中心位置开始的各个挡板依次竖直向上设置，所述第一处理器在本地预存有所述电动机带动所述支撑板转动，使从所述支撑板的中心位置开始的各个挡板依次竖直向上设置的时刻；所述第一处理器根据预存的各个时刻，判断各个挡板是否已经竖直向上设置，在确定对应挡板竖直向上设置后，可查找与之对应的X坐标参考值。

本发明还提供一种水库大坝监测预警装置，其特征在于，包括上述移位辅助测量机构，还包括与所述第一处理器连接的第一通信单元，所述第一处理器通过所述第一通信单元将所述水库大坝的沉降移位量发送给远程监测预警平台。

本发明的有益效果是：

本发明通过对移位辅助测量机构进行设计，在支撑板上设置多个挡板，利用电动机的转动，使各个挡板依次竖直向上设置，同样可以实现水库大坝沉降移位量的监测，同时相比于现有的移位辅助测量机构，体积更小。

附图说明

图1是现有水库大坝监测预警装置的一个实施例结构示意图；

图2是本发明移位辅助测量机构的一个实施例结构示意图；

图3是本发明移位辅助测量机构的测量原理图；

图4是本发明水库大坝监测预警装置的一个实施例结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例中技术方案作进一步详细的说明。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参见图2，为本发明移位辅助测量机构的一个实施例结构示意图。该移位辅助测量机构可以包括支撑板20和电动机10，所述电动机10的底座固定在水库大坝上，其输出轴与所述支撑板20的中心位置固定连接，用于带动所述支撑板20转动，且所述电动机10的旋转轴垂直于水库大坝的竖直面，在所述支撑板20上设置有多个挡板30，所述支撑板20竖直设置时，各个挡板30位于以所述支撑板20的中心位置为分界线的上端且位于所述支撑板20的左侧，从所述支撑板20的中心位置开始的各个挡板30与支撑板20上端之间的夹角逐渐增大且长度逐渐增大；以第一激光传感器的位置为原点，以发射出的水平第一激光信号所在直线为X轴，上下方向为Y轴方向，建立二维坐标系，设可检测到的单位沉降移位量为M，M为大于0的任意数值，对于从所述支撑板的中心位置开始的第j个挡板，当所述水库大坝沉降带动电动机下移M*j，所述电动机带动所述支撑板绕其中心位置顺时针转动，使得该第j个挡板竖直向上设置时，该第j个挡板的自由端与X轴对齐，且第j-1个挡板的自由端位于X轴之下，j为大于0且小于N的整数，N表示挡板的总个数。例如，当所述水库大坝沉降带动电动机下移M*2(即支撑杆20的中心位置下移M*2)，所述电动机10带动所述支撑板20绕其中心位置顺时针转动，使得该第2个挡板竖直向上设置时，如图3(a)中状态S3所示，该第2个挡板的自由端与X轴对齐，且第1个挡板的自由端位于X轴之下，由此可以避免第一激光传感器利用第j个挡板进行距离测量时，第j-1个挡板将激光信号挡住，从而导致距离测量不准确。

本实施例中，在进行沉降移位量监测时，所述电动机带动所述支撑板转动，以使从所述支撑板的中心位置开始的各个挡板依次竖直向上设置，在对应挡板开始依次竖直向上设置后，根据所述第一激光传感器测量到的其与移位辅助测量机构之间的第一距离，确定水库大坝的沉降移位量。

初始状态下，所述X轴通过所述支撑板的中心位置，所述水库大坝未发生移位前，所述电动机带动支撑板顺时针转动，使得支撑板上各个挡板分别竖直向上设置时，各个挡板对应的X坐标参考值；所述第一激光传感器还与第一处理器连接，用于将其检测到的第一距离发送给所述第一处理器，在使从所述支撑板的中心位置开始的各个挡板依次竖直向上设置的过程中，在每一挡板竖直向上设置后，所述第一处理器都将该第一距离与竖直向上设置的挡板对应的X坐标参考值进行比较，若相等，则确定该竖直向上设置的挡板为从该支撑板的中心位置开始的第j个挡板，从而确定水库大坝的沉降移位量等于M*j，否则，等待所述电动机带动支撑板转动，使下一挡板竖直向上设置。所述电动机与第三处理器连接，所述第一处理器和第三处理器内设置有同步时钟，所述第三处理器定时控制所述电动机带动所述支撑板转动，以使从所述支撑板的中心位置开始的各个挡板依次竖直向上设置，所述第一处理器在本地预存有所述电动机带动所述支撑板转动，使从所述支撑板的中心位置开始的各个挡板依次竖直向上设置的时刻；所述第一处理器根据预存的各个时刻，判断各个挡板是否已经竖直向上设置，在确定对应挡板竖直向上设置后，可查找与之对应的X坐标参考值。

本实施例中，在进行沉降监测时，首先第三处理器控制电动机带动支撑板转动，使得从支撑板的中心位置开始的第1个挡板竖直向上设置，如图3(b)所示，由于在支撑板的中心位置下移M，即水库大坝沉降位移量等于M时，第1个挡板的自由端与X轴对齐，从支撑板的中心位置通过X轴到下移至距离X轴M位置处，第一激光传感器检测到的第一距离都是其与第1个挡板之间的距离，因而当第1个挡板竖直向上设置时，若第一激光传感器检测到的第一距离等于修正后的第1个挡板对应的X坐标参考值，则可以确定水库大坝的沉降移位量等于M；此后若支撑板的中心位置进一步下移，即水库大坝进一步沉降，则第1个挡板将位于X轴之下，此时第一激光传感器检测到的第一距离将不再等于修正后的第1个挡板对应的X坐标参考值，表示水库大坝的沉降移位量大于M。

当水库大坝的沉降移位量大于M时，第三处理器控制电动机带动支撑板转动，使得从支撑板的中心位置开始的第2个挡板竖直向上设置，如图3(c)所示，由于在支撑板的中心位置下移2M，即水库大坝沉降位移量等于2M时，第2个挡板的自由端与X轴对齐，支撑板的中心位置从X轴M位置处下移到X轴下2M位置处，第一激光传感器检测到的第一距离都是其与第2个挡板之间的距离，因而当第2个挡板竖直向上设置时，若第一激光传感器检测到的第一距离等于修正后的第2个挡板对应的X坐标参考值，则可以确定水库大坝的沉降移位量等于2M；此后若支撑板的中心位置进一步下移，即水库大坝进一步沉降，则第2个挡板将位于X轴之下，此时第一激光传感器检测到的第一距离将不再等于修正后的第2个挡板对应的X坐标参考值，表示水库大坝的沉降移位量大于2M。

同样地，当水库大坝的沉降移位量大于2M时，第三处理器控制电动机带动支撑板转动，使得从支撑板的中心位置开始的第3个挡板竖直向上设置，如图3(d)所示，由于在支撑板的中心位置下移3M，即水库大坝沉降位移量等于3M时，第3个挡板的自由端与X轴对齐，支撑板的中心位置从X轴2M位置处下移到X轴下3M位置处，第一激光传感器检测到的第一距离都是其与第3个挡板之间的距离，因而当第3个挡板竖直向上设置时，若第一激光传感器检测到的第一距离等于修正后的第3个挡板对应的X坐标参考值，则可以确定水库大坝的沉降移位量等于3M；此后若支撑板的中心位置进一步下移，即水库大坝进一步沉降，则第3个挡板将位于X轴之下，此时第一激光传感器检测到的第一距离将不再等于修正后的第3个挡板对应的X坐标参考值，表示水库大坝的沉降移位量大于3M。

由上述实施例可见，本发明通过对移位辅助测量机构进行设计，在支撑板上设置多个挡板，利用电动机的转动，使各个挡板依次竖直向上设置，同样可以实现水库大坝沉降移位量的监测，同时相比于现有的移位辅助测量机构，体积更小。另外，本发明还提供一种水库大坝监测预警装置，其包括上述移位辅助测量机构，且还包括与所述第一处理器连接的第一通信单元，所述第一处理器通过所述第一通信单元将所述水库大坝的沉降移位量发送给远程监测预警平台，以便对沉降移位量进行远程监测。

虽然上述装置可以实现水库大坝沉降移位量的监测，但是，这种方式来监测沉降量，并未考虑水库大坝的水平移位，如图1所示，虚线移位辅助测量机构是实线移位辅助测量机构右移后下沉的示意图，从图中可以看出实线移位辅助测量机构中从下到上的第一个阶梯竖直面与虚线移位辅助测量机构中从下到上的第三个阶梯竖直面重叠，此时激光传感器检测到的距离信息相同，同一距离可以反映出移位辅助测量机构的两种状态。可见，现有的水库大坝沉降监测装置没有考虑水库大坝的水平移位，存在沉降监测准确度较低的问题。为此，本发明对水库大坝监测预警装置做了进一步改进。

参见图4，为本发明水库大坝监测预警装置的一个实施例结构示意图。该装置可以包括设置在水库大坝左侧的第一处理器以及分别与该第一处理器连接的第一激光传感器和第一通信单元、设置在该水库大坝右侧的第二处理器以及分别与该第二处理器连接的第二激光传感器和第二通信单元，所述第一处理器和第二处理器通过所述第一通信单元、第二通信单元进行通信，且所述第一处理器通过所述第一通信单元与远程监测预警平台通信，在该水库大坝上设置有移位辅助测量机构，所述移位辅助测量机构处还设有与其相连的第三处理器，所述第三处理器还与第三通信单元连接，所述第一处理器与第三处理器通过所述第一通信单元、第三通信单元进行通信。

结合图2所示，所述移位辅助测量机构包括支撑板20和电动机10，所述电动机10的底座固定在所述水库大坝上，其输出轴与所述支撑板20的中心位置固定连接，用于带动所述支撑板20转动，且所述电动机10的旋转轴垂直于水库大坝的竖直面，在所述支撑板20上设置有多个挡板30，所述支撑板20竖直设置时，各个挡板30位于以所述支撑板20的中心位置为分界线的上端且位于所述支撑板20的左侧，从所述支撑板20的中心位置开始的各个挡板30与支撑板20上端之间的夹角逐渐增大且长度逐渐增大。以所述第一激光传感器的位置为原点，以发射出的水平第一激光信号所在直线为X轴，上下方向为Y轴方向，建立二维坐标系，设可检测到的单位沉降移位量为M，结合图3所示，对于从所述支撑板的中心位置开始的第j个挡板，当所述水库大坝沉降带动电动机下移M*j，所述电动机带动所述支撑板绕其中心位置顺时针转动，使得该第j个挡板竖直向上设置时，该第j个挡板的自由端与X轴对齐，且第j-1个挡板的自由端位于X轴之下，j为大于0且小于N的整数，N表示挡板的总个数。例如，当所述水库大坝沉降带动电动机下移M*2(即支撑杆20的中心位置下移M*2)，所述电动机10带动所述支撑板20绕其中心位置顺时针转动，使得该第2个挡板竖直向上设置时，如图3(a)中状态S3所示，该第2个挡板的自由端与X轴对齐，且第1个挡板的自由端位于X轴之下，由此可以避免第一激光传感器利用第j个挡板进行距离测量时，第j-1个挡板将激光信号挡住，从而导致距离测量不准确。

所述第二激光传感器用于测量所述支撑板竖直设置时，其与所述支撑板的右侧之间的第二距离，并将所述第二距离发送给所述第二处理器，所述第二处理器将所述第二距离发送给所述第一处理器；所述第一处理器在接收到所述第二距离后，向所述第三处理器发送沉降监测指令，所述第三处理器在接收到沉降监测指令后，控制所述电动机带动所述支撑板转动，以使从所述支撑板的中心位置开始的各个挡板依次竖直向上设置，在对应挡板开始依次竖直向上设置后，所述第一激光传感器用于测量其与移位辅助测量机构之间的第一距离，并将所述第一距离发送给所述第一处理器；所述第一处理器根据所述第一距离和第二距离，确定水库大坝的沉降移位量，此后将所述沉降移位量和所述第二距离发送给所述远程监测预警平台，所述远程监测预警平台根据所述第二距离，确定所述水库大坝的水平移位量。对于所述支撑板上从其中心位置开始的第1个挡板，该第1个挡板与所述支撑板的连接线通过所述支撑板的中心位置。

具体地，初始状态下，所述X轴通过所述支撑板20的中心位置，所述第一处理器在本地存储有所述水库大坝未发生移位前，所述电动机带动支撑板顺时针转动，使得支撑板上各个挡板分别竖直向上设置时，各个挡板对应的X坐标参考值，如图3(a)所示，三个挡板竖直向上设置时对应的X坐标参考值分别为X1、X2和X3；所述第一处理器、第二处理器、第三处理器和远程监测预警平台按照以下步骤进行交互，以对水库大坝的水平移位量和沉降移位量进行监测：

步骤S201、所述第一处理器在获得监测开始指令后，分别向所述第二处理器和第三处理器发送监测开始指令，所述第三处理器在接收到监测开始指令后，控制该移位辅助测量机构中的电动机带动支撑板转动，使得所述支撑板竖直设置且其设置有挡板的一侧面向所述第一激光传感器，所述第二处理器在接收到监测开始指令后，控制所述第二激光传感器工作，对所述第二激光传感器与竖直设置的所述支撑板右侧之间的距离进行测量，获得第二距离，并将所述第二距离发送给所述第一处理器；

步骤S202、所述第一处理器利用所述第二距离，对各个挡板对应的X坐标参考值进行修正，此后所述第一处理器向所述第三处理器发送沉降检测指令；

步骤S203、所述第三处理器在接收到沉降监测指令后，统计接收到沉降检测指令的次数为j，控制所述电动机带动支撑板顺时针转动，使得所述支撑板上从其中心位置开始的第j个挡板竖直向上设置，j的初始值为1，并且在所述支撑板转动到位后，所述第三处理器将用于表示所述第j个挡板竖直向上设置的到位信号发送给所述第一处理器；

步骤S204、所述第一处理器在接收到所述到位信号后，控制所述第一激光传感器工作，对所述第一激光传感器与所述移位辅助测量机构之间的距离进行测量，获得第一距离，判断所述第一距离是否等于该第j个挡板对应的X坐标参考值，若是，则将确定水库大坝的沉降移位量等于M*j，将所述第二距离和沉降移位量发送给所述远程监测预警平台，执行步骤S206，否则，执行步骤S205；

步骤S205、所述第一处理器向所述第三处理器发送沉降检测指令，返回执行步骤S203；

步骤S206、所述远程监测预警平台在接收到所述第二距离后，将所述第二距离减去水库大坝未移位前所述第二激光传感器与竖直设置的支撑板右侧之间的初始第二距离，获得水库大坝的水平移位量。

其中，所述第一处理器在本地存储有水库大坝未移位前所述第二激光传感器与竖直设置的支撑板右侧之间的初始第二距离，所述步骤S202中所述第一处理器利用所述第二距离，对各个挡板对应的X坐标参考值进行修正包括：步骤S301、将所述第二距离减去所述初始第二距离，获得水库大坝的水平移位量，判断所述水平移位量是否为0，若是，则表示水库大坝未出现水平移位，不对各个挡板对应的X坐标参考值进行修正，否则，执行步骤S302；

步骤S302、判断所述水平移位量是否为正，若是，则表示大坝水平向左移，执行步骤S303，否则，表示大坝水平向右移，执行步骤S304；

步骤S303、将各个挡板对应的X坐标参考值减去该水平移位量；

步骤S304、将各个挡板对应的X坐标参考值加上该水平移位量。

由上述实施例可见，本发明通过将第一激光器设置在移位辅助测量机构的左侧，在移位辅助测量机构的右侧增设第二激光传感器，根据第一激光传感器检测到的第二距离，可以对水库大坝的水平移位进行监测，并且根据第二激光传感器检测到的第二距离和第一距离来确定水库大坝的沉降移位量，即本发明在监测水库大坝的沉降移位量时考虑到了水库大坝的水平移位，因而沉降监测准确度更高。此外，本发明设计出的移位辅助测量机构体积较小。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来管制。

Claims (3)

1.一种移位辅助测量机构，其特征在于，包括支撑板和电动机，所述电动机的底座固定在水库大坝上，其输出轴与所述支撑板的中心位置固定连接，用于带动所述支撑板转动，且所述电动机的旋转轴垂直于水库大坝的竖直面，在所述支撑板上设置有多个挡板，所述支撑板竖直设置时，各个挡板位于以所述支撑板的中心位置为分界线的上端且位于所述支撑板的左侧，从所述支撑板的中心位置开始的各个挡板与支撑板上端之间的夹角逐渐增大且长度逐渐增大；以第一激光传感器的位置为原点，以发射出的水平第一激光信号所在直线为X轴，上下方向为Y轴方向，建立二维坐标系，设可检测到的单位沉降移位量为M，M为大于0的任意数值，对于从所述支撑板的中心位置开始的第j个挡板，当所述水库大坝沉降带动电动机下移M*j，所述电动机带动所述支撑板绕其中心位置顺时针转动，使得该第j个挡板竖直向上设置时，该第j个挡板的自由端与X轴对齐，且第j-1个挡板的自由端位于X轴之下，j为大于0且小于N的整数，N表示挡板的总个数；

在进行沉降移位量监测时，所述电动机带动所述支撑板转动，以使从所述支撑板的中心位置开始的各个挡板依次竖直向上设置，在对应挡板开始依次竖直向上设置后，根据所述第一激光传感器测量到的其与移位辅助测量机构之间的第一距离，确定水库大坝的沉降移位量；

初始状态下，所述X轴通过所述支撑板的中心位置，所述水库大坝未发生移位前，所述电动机带动支撑板顺时针转动，使得支撑板上各个挡板分别竖直向上设置时，各个挡板对应的X坐标参考值；所述第一激光传感器还与第一处理器连接，用于将其检测到的第一距离发送给所述第一处理器，在使从所述支撑板的中心位置开始的各个挡板依次竖直向上设置的过程中，在每一挡板竖直向上设置后，所述第一处理器都将该第一距离与竖直向上设置的挡板对应的X坐标参考值进行比较，若相等，则确定该竖直向上设置的挡板为从该支撑板的中心位置开始的第j个挡板，从而确定水库大坝的沉降移位量等于M*j，否则，等待所述电动机带动支撑板转动，使下一挡板竖直向上设置。

2.根据权利要求1所述的移位辅助测量机构，其特征在于，所述电动机与第三处理器连接，所述第一处理器和第三处理器内设置有同步时钟，所述第三处理器定时控制所述电动机带动所述支撑板转动，以使从所述支撑板的中心位置开始的各个挡板依次竖直向上设置，所述第一处理器在本地预存有所述电动机带动所述支撑板转动，使从所述支撑板的中心位置开始的各个挡板依次竖直向上设置的时刻；所述第一处理器根据预存的各个时刻，判断各个挡板是否已经竖直向上设置，在确定对应挡板竖直向上设置后，可查找与之对应的X坐标参考值。

3.一种水库大坝监测预警装置，其特征在于，包括权利要求1或2所述的移位辅助测量机构，还包括与第一处理器连接的第一通信单元，所述第一处理器通过所述第一通信单元将所述水库大坝的沉降移位量发送给远程监测预警平台。

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