CN207408072U - 一种便携式水下动态冲击压力监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式水下动态冲击压力监测装置，其包括壳体、与壳体连接的浮动定位设施以及安装在壳体内的储能电源、压力传感器、数据采集存储模块和通讯传输模块以及在壳体后端内置的通讯天线；壳体一侧设计有可拆卸的盖板；浮动定位设施主要由第一锚索配重、第二锚索配重和气囊组成；第一锚索配重数量为偶数个，沿壳体轴向均匀分布在壳体两侧，并与壳体连接；第二锚索配重与壳体前端连接；气囊套装于壳体外安装在位于壳体尾端的支座上。该装置具有结构简单，安装、携带方便、维护成本低、防水性好等技术特点，实现高坝泄流过程中的冲击水压力测量，可广泛应用于高坝泄洪水力学研究中，为我国水力学行业中消力池特性研究提供数据依据。

Description

一种便携式水下动态冲击压力监测装置

技术领域

本实用新型属于水利水电工程中的水体动态压力测试技术领域，涉及一种可实现水利水电工程泄洪消能结构中动态水流冲击激励特性测试的便携式动态冲击压力监测装置。

背景技术

中国水能资源居世界首位，重大水利工程项目的泄洪流量、水头和功率居世界领先水平。虽然我国水利水电工程建设已经趋于世界先进水平，但是高坝泄洪消能安全问题仍是水利水电工程需要解决的关键技术难题。为了保障泄洪消能结构安全，优化消能结构设计及研究泄洪消能振动传播规律，需要深入研究泄洪消能过程中动态水流激励荷载激振特性。

近年来在距离人类生活区较近的区域开发了一些大型水利水电枢纽工程，引起了周围环境中的微振动现象，对人类的生活环境产生一定影响，该问题属于泄洪消能工程技术中新兴技术问题，亟需对消力池动态水流激励荷载特性开展深入研究。

对水下动态冲击力的动态特性进行监测分析是研究动水荷载激振特性的一个重要方面。目前泄洪水流激励力的常规研究方式是通过安装在坝体内部的压力传感器实现，但此方法仅能实现对水流冲击力的静态监测；而对于具有高频响应激振特性的汛期泄洪冲击力的监测，现有测试条件无法满足工程需要。

为了深入研究泄洪消能动水荷载对坝体结构安全和周围环境等方面的影响规律，设计一种可实现水下动态冲击力监测的便携式监测装置是工程实际中丞待解决的技术问题。

实用新型内容

针对目前缺少水下动态冲击力监测的技术现状，为了解决高坝泄流时水流冲击激励特性的测量问题，本实用新型提供一种便携式压力监测装置，实现对水利水电枢纽工程中水下动态冲击力的监测，为深入研究泄洪消能动水载荷对坝体结构安全和周围环境等方面的影响规律提供参考数据。

本实用新型提供的便携式水下动态冲击压力监测装置，其包括壳体、与壳体连接的浮动定位设施以及安装在壳体内的储能电源、压力传感器、数据采集存储模块和通讯传输模块以及在壳体后端内置的通讯天线；所述壳体一侧设计有可拆卸的盖板；所述浮动定位设施主要由第一锚索配重、第二锚索配重和气囊组成；所述第一锚索配重数量为偶数个，沿壳体轴向均匀分布在壳体两侧，并与壳体连接；所述第二锚索配重与壳体前端连接；所述气囊套装于壳体外安装在位于壳体尾端的支座上。

上述便携式水下动态冲击压力监测装置，所述壳体与盖板组装后整体为柱形结构，其截面为椭圆形，前端呈球冠形，这样可以实现垂直方向上4个深度冲击压力的测量问题，同时椭圆形截面避免了水流冲击作用引起的紊流效应，从而确保所测数据的准确性。所述壳体后端设置的通讯天线，用于将监测装置采集的数据传输到地面监管工作站。

上述便携式水下动态冲击压力监测装置，所述壳体上设计有贯穿壳体的传感器安装孔，壳体内设计有安装储能电源的安装槽、安装数据采集存储模块的安装槽、安装通讯传输模块的安装槽，以安装压力传感器、储能电源、数据采集存储模块和通讯传输模块；压力传感器安装孔可以根据实际需求设置多个。所述壳体一侧具有可拆卸的盖板，为了实现防水密封作用，壳体与盖板相接触的部位开设有具有柔齿密封结构特性的凹槽，在优选的实施方式中，壳体与盖板相接触的部位开设有相互平行的两条凹槽；两条凹槽之间的位置开设有若干均压孔，壳体和盖板上的凹槽与均压孔位置相对称。利用凹槽结构配合均压孔中存储气体调节密封压力，使四周均匀受力，同时该区域内的气体介质随温度变化膨胀或者收缩，实现二次密封作用，消除温度变化导致壳体内外压差改变所引起的密封不良的问题。

上述便携式水下动态冲击压力监测装置，所述第一锚索配重和第二锚索配重均由锚索以及与锚索一端连接的重物构成，锚索另一端与壳体连接；所述第一锚索配重和第二锚索配重均通过壳体上设置的耳环与壳体连接。

上述便携式水下动态冲击压力监测装置，所述第一锚索配重数量为两个，并通过锚索对称连接于壳体中部与后端之间的位置上。

上述便携式水下动态冲击压力监测装置，所述气囊为环形结构；所述支座安装气囊的安装面为弧形面，弧形面的弧度不小于π/4，以确保支座可以对气囊起到限位作用，避免气囊受水流冲击作用，脱离壳体。

上述便携式水下动态冲击压力监测装置，构成第二锚索配重的重物与待测坝体固连，与两个第一锚索配重配合，实现监测装置在坝体内的精确定位。

上述便携式水下动态冲击压力监测装置，储能电源可以采用蓄能电池；压力传感器可以为硅压阻类型或者mems型动态压力传感器中的一种，将消力池内水流压力信号转换为电信号；所述数据采集存储模块可以采用工业上常用的数据存储器，例如对INV3062分布式采集仪进行功能裁剪，主要使用其中的采集单元、AD转换单元和传输控制单元；所述通讯传输模块为3G/4G网络通讯模块，以利用无线网络技术将采集的压力信号传输至地面工作站的数据管理服务器系统；同时数据采集存储模块自身设计有自动休眠功能，有效降低整个监测装置的能耗。

上述便携式水下动态冲击压力监测装置的工作原理为：监测装置的第一锚索配重在坝体水流中自由下垂，第二锚索配重与待测坝体导墙或围栏固定连接，第一锚索配重配合气囊结构，可以将监测装置在垂直深度方向调整到合适高度，待监测装置在水流中位置调整好后，便可以对动态水流冲击力进行实时监测。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型便携式水下动态冲击压力监测装置，通过第一锚索配重和第二锚索配重，可以实现监测装置在水流中设定位置的精确定位，同时利用气囊配合，可以实现在垂直方向的高度调整，利用压力传感器、数据采集存储模块和通讯传输模块进行数据采集和传输，从而可以实现动态水流冲击压力的高精度测量，为坝体结构防护提供安全监测，并为泄洪消能激振规律研究提供有效的参考数据；

2、本实用新型便携式水下动态冲击压力监测装置，采用内部功能模块化设计，并在盖板与壳体接触部位设计配合均压孔的柔齿密封结构，从而使监测装置具有良好的高压防水性及较强的抗电磁干扰性，确保监测装置在水流中正常运行；

3、本实用新型便携式水下动态冲击压力监测装置，壳体采用柱状结构和椭圆形截面设计结构，能够避免紊流效应对测量结果的影响，确保水流动态压力测量精度；

4、本实用新型便携式水下动态冲击压力监测装置，具有结构简单，安装、携带方便、维护成本低、防水性好等技术特点，实现高坝泄流过程中的水力学测量，可广泛应用于高坝泄洪水力学研究中，为我国水力学行业中消力池特性深入研究提供数据依据。

附图说明

图1为便携式水下动态冲击压力监测装置去掉盖板后的结构示意图。

图2为图1中壳体沿A-A线的剖视图，左侧部分为盖板。

图3为图1中壳体沿C-C线的剖视图，左侧部分为盖板。

图4为便携式水下动态冲击压力监测装置中盖板结构示意图。

图5为图4沿B-B线的剖视图。

其中，1-耳环，2-壳体，21、31-第一凹槽，21′、31′-第二凹槽，22、32-均压孔，23-盲孔，24-传感器安装孔，25-储能电源的安装槽，3-盖板，33-通孔，4-通讯天线，5-储能电源，6-压力传感器，7-数据采集存储模块，8-通讯传输模块，9-支座，10-第一锚索配重，11-气囊，12-第二锚索配重。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

实施例

本实施例提供的便携式水下动态冲击压力监测装置，结构如图1及图4所示，该监测装置包括壳体2、与壳体连接的浮动定位设施以及安装在壳体内的储能电源5、四个压力传感器6、数据采集存储模块7和通讯传输模块8以及在壳体后端内置的通讯天线4；壳体一侧设计有可拆卸的盖板3，壳体2与盖板3组织后整体为柱形结构，其截面为椭圆形，前端呈球冠形，

如图1至图3所示，壳体2上设计有四个贯穿壳体的传感器安装孔24，壳体内设计有安装储能电源的安装槽25、安装数据采集存储模块的安装槽、安装通讯传输模块的安装槽；壳体开口端边缘沿其周向开设有内外两条矩形凹槽：第一凹槽21和第二凹槽21′，两条凹槽之间的部位开设有若干均压孔22。

如图4、图5所示，所述盖板3边缘沿其周向开设有内外两条矩形凹槽：第一凹槽31和第二凹槽31′，两条凹槽之间的部位开设有若干均压孔32。

所述壳体和盖板上的凹槽与均压孔位置相对称，且所述壳体与盖板上设置有配套的螺纹盲孔23和通孔33，两者组装后，通过穿过通孔和螺纹盲孔的螺栓固定连接。

上述浮动定位设施主要由两个第一锚索配重10、第二锚索配重12和气囊11组成。第一锚索配重10由锚索以及与锚索一端连接的重物(这里为铁球)构成，两个第一锚索配重10沿壳体轴向均匀分布在壳体两侧，并通过锚索与壳体上设置的耳环1连接，这里的耳环1设置于壳体中部与后端之间的位置上。第二锚索配重12由锚索以及与锚索一端连接的重物(这里为矩形铁块)连接，并通过锚索与壳体前端设置的耳环1连接；气囊套装于壳体2外安装在位于壳体尾端的支座9上，支座9呈环形结构，其外侧面具有与气囊11外侧面匹配的弧形安装面，弧形面的弧度为π/2，从而对气囊起到限位作用，避免气囊受水流影响而脱离壳体。支座9通过螺栓与壳体2进行固定。上述储能电源5为工业中常用的12V-2A锂电池，具有30天续航能力；上述压力传感器6型号为CYG1102，该压力传感器6的探测部位穿过壳体，并延伸到壳体外侧，由于其具有M20螺纹结构配合的橡胶密封圈，从而实现传感器卡口部位密封，该部件实现冲击压力信号测量及信号转换；上述数据采集存储模块7，采用了型号为INV3062的24位AD高精度数据采集模块，同时其内部具有32GB数据存储功能，能够实现数据传输异常情况下的数据备份工作；上述通讯传输模块8型号为InRouter791的3G/4G网络通讯模块，采用无线传输的方式，将采集的压力信号数据传输至地面工作站的数据管理服务器系统。上述储能电源5、压力传感器6、数据采集存储模块7、通讯传输模块8之间的连接关系为：储能电源5分别与压力传感器6、数据采集存储模块7和通讯传输模块8的电源输入端相连接，为其提供工作储能电源；压力传感器6的信号输出端(用引脚Sig代表)与数据采集存储模块7的信号输入端(用引脚CH代表)连接(Sig01→CH01、Sig02→CH02、Sig03→CH03、Sig04→CH04、Gnd→CH05)；数据采集存储模块7的信号输出端LAN接口与通讯传输模块的信号输入端LAN接口连接通讯传输模块输出端SMA接头与壳体内置的通讯天线SMA接头连接。

上述便携式水下动态冲击压力监测装置的使用方法为：将储能电源5、压力传感器6、数据采集存储模块7和通讯传输模块8装入壳体2，并用盖板进行封装；再依据监测需求，选择合适重量的铁球、矩形铁块、合适长度的锚索和气囊11，并将它们组成第一锚索配重10和第二锚索配重12，并将第一锚索配重和第二锚索配重连接到壳体上，将气囊套装在壳体后端。之后将监测装置放入被监测的高坝消力池内，第一锚索配重10在水流中自由下垂，第二锚索配重12与消力池导墙或围栏固定连接，第一锚索配重配合气囊结构，在垂直深度方向将监测装置调整到合适高度，待监测装置在水流中位置调整好后，便可以对动态水流冲击力进行实时监测。

Claims (9)

1.一种便携式水下动态冲击压力监测装置，其特征在于包括壳体(2)、与壳体连接的浮动定位设施、安装在壳体内的储能电源(5)、压力传感器(6)、数据采集存储模块(7)和通讯传输模块(8)以及在壳体后端内置的通讯天线(4)；所述壳体一侧设计有可拆卸的盖板(3)；所述浮动定位设施主要由第一锚索配重(10)、第二锚索配重(12)和气囊(11)组成；所述第一锚索配重(10)数量为偶数个，沿壳体轴向均匀分布在外壳两侧，并与壳体连接；所述第二锚索配重(12)与壳体前端连接；所述气囊套装于壳体外安装在位于壳体尾端的支座(9)上。

2.根据权利要求1所述便携式水下动态冲击压力监测装置，其特征在于所述壳体与盖板组装后整体为柱形结构，其截面为椭圆形，前端呈球冠形。

3.根据权利要求1或2所述便携式水下动态冲击压力监测装置，其特征在于所述壳体上设计有贯穿壳体的传感器安装孔(24)，壳体内设计有安装储能电源的安装槽、安装数据采集存储模块的安装槽、安装通讯传输模块的安装槽。

4.根据权利要求3所述便携式水下动态冲击压力监测装置，其特征在于所述壳体(2)和盖板(3)接触的部位设计有两条平行凹槽(21，21′，31，31′)，两条凹槽之间开设有若干均压孔(22,32)；所述壳体和盖板上的凹槽与均压孔位置相对称。

5.根据权利要求3所述便携式水下动态冲击压力监测装置，其特征在于所述第一锚索配重和第二锚索配重均由锚索以及与锚索一端连接的重物构成，锚索另一端与壳体连接。

6.根据权利要求5所述便携式水下动态冲击压力监测装置，其特征在于所述第一锚索配重和第二锚索配重均通过壳体上设置的耳环(1)与壳体连接。

7.根据权利要求5所述便携式水下动态冲击压力监测装置，其特征在于所述第一锚索配重数量为两个，并通过锚索对称连接于壳体中部与后端之间的位置上。

8.根据权利要求5所述便携式水下动态冲击压力监测装置，其特征在于所述支座安装气囊的安装面为弧形面，弧形面的弧度不小于π/4。

9.根据权利要求5所述便携式水下动态冲击压力监测装置，其特征在于构成第二锚索配重的重物与待测坝体固连。