CN211452735U

CN211452735U - 一种堤防漏水口探测装置

Info

Publication number: CN211452735U
Application number: CN201921909060.XU
Authority: CN
Inventors: 肖国强; 周华敏; 邬爱清; 周黎明; 宋俊磊; 杨勇; 王典洪; 唐鑫达; 张敏; 张杨
Original assignee: China University of Geosciences; Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Current assignee: China University of Geosciences; Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2029-11-06

Abstract

本实用新型提供一种堤防漏水口探测装置，所述装置包括放置在堤防内侧的供电电极、放置在堤防外侧的N个供电电极、信号发送机、磁场测量仪；其中，所述信号发送机与所述两种供电电极之间均通过导线连接，所述信号发送机用于产生一定频率和幅值的激励电流，并通过导线输送至供电电极，所述供电电极用于将所述激励电流传输至水中；所述磁场测量仪用于在各测点处测量水中电流产生的磁场以及所在测点的位置。本实用新型的有益效果：提供一种不危害环境、成本低、操作简单快速的漏水口探测装置，为堤防应急抢险提供技术支撑。

Description

一种堤防漏水口探测装置

技术领域

本实用新型涉及堤防隐患探测领域，尤其涉及一种堤防漏水口探测装置。

背景技术

堤防是沿江河、水库、水渠和海岸等修筑的挡水建筑物，堤防有水的一侧称为外侧，另一侧称为内侧。在实际中往往会在堤防内侧观察到有渗漏出水口(简称渗出口)，却难以确定堤防外侧渗漏入水口(简称漏水口)的位置情况。当遭遇洪水时，存在隐患的堤防极易诱发管涌、漏洞和堤防崩塌等险情，及时探查堤防质量状况，消除堤防隐患，是现代水利工程需要迫切解决的技术难题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种堤防漏水口探测装置，以解决现有技术中堤防漏水口探测装置操作复杂、探测效果较差的问题。

本实用新型提供一种堤防漏水口探测装置，包括放置在堤防内侧的第一供电电极、放置在堤防外侧的N个第二供电电极、信号发送机、磁场测量仪，N为自然数；其中，所述信号发送机与所述第一供电电极、所述N个第二供电电极之间均通过导线连接，所述信号发送机用于产生一定频率和幅值的激励电流，并通过导线输送至第二供电电极，所述第二供电电极将所述激励电流传输至水中，所述激励电流流经漏水口、渗漏通道、第一供电电极后回到所述信号发送机，形成电流回路；所述磁场测量仪用于在各测点处测量水中电流产生的磁场以及所在测点的位置。

进一步地，所述第一供电电极可以是单个电极，也可以是由多个电极构成的电极系，所述电极采用导电性能良好的金属材料制成。

进一步地，所述堤防漏水口探测装置还包括静态磁场测量仪和便携式计算机系统，其中，所述静态磁场测量仪用于测量背景磁场数据，所述背景磁场数据用于对所述磁场测量仪的测量结果进行校正；所述便携式计算机系统用于运行漏水口探测的应用程序，获取所述磁场测量仪以及静态磁场测量仪的测量数据，进行噪声滤除、数据校正、反演、结果存储与显示、人机交互；所述便携式计算机系统与所述磁场测量仪、所述静态磁场测量仪通信连接。

进一步地，所述信号发送机包括信号发生器、信号调理及功率放大电路、电极导通控制装置、微控制器、以及电流监测电路，其中，所述微控制器用于设置所述第二供电电极输出的激励电流的大小和频率，所述微控制器根据所述激励电流的大小和频率控制所述信号发生器产生对应频率的正弦波信号，所述正弦波信号经所述信号调理及功率放大电路进行滤波、电压放大和功率放大后，由电极导通控制装置输送至对应的第二供电电极；所述微控制器通过电极导通控制装置控制激励电流输送至不同的第二供电电极，所述电流监测电路连接所述微控制器，用于实时监测激励电流的大小变化，所述微控制器接收激励电流的变化数据并记录，根据所述激励电流的变化数据对所述信号调理及功率放大装置进行增益调节，使得激励电流满足设置要求并保持稳定。

进一步地，所述磁场测量仪包括磁场传感器、信号调理电路、锁相放大电路、模数转换电路、数字信号处理电路、以及GPS定位装置，其中，所述磁场传感器用于测量所处测点的三维磁场信号，所述磁场信号经信号调理电路进行放大、滤波后，由锁相放大电路进行相敏检测、进一步提高磁场信号的信噪比，再经模数转换电路转换成数字化的磁场信号；所述GPS定位装置用于测量所在测点的位置信息；所述数字信号处理电路对数字化的磁场信号以及所在测点的位置信息进行分析、处理后传送给所述便携式计算机系统。

进一步地，所述静态磁场测量仪包括磁场传感器、信号调理电路、模数转换电路、以及数字信号处理电路，其中，所述静态磁场测量仪固定放置在堤防上，所述磁场传感器用于测量所在位置的三维磁场数据，得到背景磁场随时间的变化数据；所述磁场传感器测量得到的数据经信号调理电路进行放大、滤波后，由模数转换电路进行数字化处理，所述数字信号处理电路对数字化后的磁场数据进行分析、处理后传送给所述便携式计算机系统。

进一步地，所述便携式计算机系统可以是笔记本电脑、平板电脑、掌上电脑或自行设计的上位机。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：在不危害环境的情况下，提供一种成本低、操作简单快速的漏水口探测装置，为堤防应急抢险提供技术支撑。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的堤防漏水口探测装置的使用示意图一；

图2是本实用新型实施例提供的堤防漏水口探测装置的使用示意图二；

图3是本实用新型实施例提供的堤防漏水口探测装置的信号发送机的结构图；

图4是本实用新型实施例提供的堤防漏水口探测装置的磁场测量仪的结构图；

图5是本实用新型实施例提供的堤防漏水口探测装置的静态磁场测量仪的结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

请参阅图1、图2，本实用新型的实施例提供了一种堤防漏水口探测装置，包括放置在堤防外侧的供电电极1-4、放置在堤防内侧的供电电极5、信号发送机12、磁场测量仪18；其中，所述供电电极1-5采用铜、铝等导电性能良好的金属材料制成；当堤防内侧出现多个渗出口时，供电电极5可以采用多个电极，每个渗出口均放置一个电极，组成电极系；所述信号发送机12与上述供电电极1-5之间均通过导线连接，所述信号发送机12产生一定频率和幅值的激励电流，并通过导线13输送至供电电极1-5，供电电极1-5用于将所述激励电流传输至水中；所述磁场测量仪18在各测点处测量水中电流产生的磁场以及所在测点的位置。

所述堤防漏水口探测装置还包括静态磁场测量仪19和便携式计算机系统20，其中，所述静态磁场测量仪19用于测量背景磁场数据，对所述磁场测量仪18的测量结果进行校正；所述便携式计算机系统20用于运行漏水口探测的应用程序，获取所述磁场测量仪18以及静态磁场测量仪19的测量数据，进行噪声滤除、数据校正、反演、结果存储与显示、人机交互。

请参阅图3，所述信号发送机12包括信号发生器12.1、信号调理及功率放大电路12.2、电极导通控制装置12.3、微控制器12.4、以及电流监测电路12.5，其中，微控制器12.4用于设置所述供电电极输出的激励电流的大小和频率，微控制器12.4根据所述激励电流的大小和频率控制信号发生器12.1产生对应频率的正弦波信号，所述正弦波信号经过信号调理及功率放大电路12.2进行滤波、电压放大和功率放大后，由电极导通控制装置12.3输送至对应的供电电极；微控制器12.4通过电极导通控制装置12.3控制电流输送至不同的供电电极，电流监测电路12.5连接微控制器12.4，用于实时监测激励电流的大小变化，微控制器12.4接收激励电流的变化数据并记录，根据所述激励电流的变化数据对信号调理及功率放大装置12.2进行增益调节，使得电流满足设置要求并保持稳定。

请参阅图4，磁场测量仪18包括磁场传感器18.1、信号调理电路18.2、锁相放大电路18.3、模数转换电路18.4、数字信号处理电路18.5、以及GPS定位装置18.6，其中，磁场传感器18.1用于测量所处测点的三维磁场信号，所述磁场信号经信号调理电路18.2进行放大、滤波后，由锁相放大电路18.3进行相敏检测，进一步提高磁场信号的信噪比，再经模数转换电路18.4转换成数字化的磁场信号；GPS定位装置18.6用于测量所在测点的位置信息；数字信号处理电路18.5对数字化的磁场信号以及所在测点的位置信息进行分析、处理后传送给便携式计算机系统20。

请参阅图5，静态磁场测量仪19包括磁场传感器19.1、信号调理电路19.2、模数转换电路19.3、以及数字信号处理电路19.4，静态磁场测量仪19放置在堤防上某一固定位置，磁场传感器19.1用于测量所在位置的三维磁场数据，得到背景磁场随时间的变化数据；磁场传感器19.1测量得到的数据经信号调理电路19.2进行放大、滤波后，由模数转换电路19.3进行数字化处理，数字信号处理电路19.4对数字化后的磁场数据进行分析、处理后传送给便携式计算机系统20。

便携式计算机系统20可以是笔记本电脑、平板电脑、掌上电脑或自行设计的上位机等设备。

使用时，首先进行粗测：请参阅图1,所述堤防内侧的供电电极5放置在渗出口17处，所述堤防外侧的供电电极1-4等间距、平行于堤防外侧表面放置在远离堤防外侧表面一定距离的水中，一般漏水口距离堤防不会太远，本实施例供电电极1-4放置在堤防外侧100m处的水中；在堤防与供电电极1-4之间的水面上选取6个粗测点6-11，所述6个粗测点6-11沿堤防外侧表面均匀等间隔分布，且与供电电极1-4平行，本实施例中粗测点6-11距离堤防外侧50m；利用所述信号发送机12产生激励电流，并通过电极导通控制装置12.3依次导通所述供电电极1-4，每次导通一个供电电极时利用磁场测量仪18分别在各粗测点处测量并记录磁场数据；利用便携式计算机接收磁场数据并进行校正，比较导通不同供电电极时所测得的磁场数据，确定磁场数据最大值所对应的堤防外侧的供电电极与粗测点的位置。

具体地，首先通过信号发送机12控制供电电极1与供电电极5导通，同时关闭供电电极2-4，信号发送机12产生激励电流，磁场测量仪18依次在粗测点6-11处测量水中电流产生的磁场并记录；然后改变导通电极，通过信号发送机12控制供电电极2和供电电极5导通，同时关闭供电电极1、3、4，信号发送机12再次产生激励电路，磁场测量仪18在粗测点6-11处依次测量水中电流产生的磁场并记录，重复上述过程，直至供电电极1-4均与供电电极5导通，并得到导通时在各测点处的磁场数据；磁场测量仪18上的GPS定位装置18.6测量得到粗测点6-11处的位置信息。

需要说明的是，信号发送机12产生的激励电流经堤防外侧的供电电极输送至水中，经过漏水口14、渗漏通道、渗出口17最后回到供电电极5，形成电流回路，其中如图1所示，会在漏水口14与堤防外侧的电极1-4中形成一个主要的电流通路，比如主要电流通路15，在该电流通路15上的电流密度要高于堤防外侧其他位置的电流密度。较高的电流密度的区域会形成较高的磁场强度。基于这一规律，请参阅图1，当供电电极1与供电电极5导通时，分别在粗测点6-11处测量磁场强度，得到6组磁场数据，比较6组数据的大小，得到最大值，图中粗测点7位于漏水口14与供电电极1之间的主要电流通路15上，因此在所述6组磁场数据中，粗测点7处的磁场强度最高，记该最大值为1-7-c，其中c表示测量得到的磁场强度；同理，当供电电极2与供电电极5导通时，会在粗测点8处得到最大磁场强度，记为2-8-d，其中d表示测量得到的磁场强度；当供电电极3与供电电极5导通时，会在粗测点9处得到最大磁场强度，记为3-9-e，其中e表示测量得到的磁场强度；当供电电极4与供电电极5导通时，会在粗测点9得到最大磁场强度，记为4-9-f，其中f表示测量得到的磁场强度；比较以上各最大磁场数据，得到1-7-c为最大值，4-9-f为最小值，因此可以推断出漏水口更接近供电电极1，而距离供电电极2、3较远，距离供电电极4最远。通过以上分析确定漏水口在水平面上的大致位置。

在实际工程应用中，待测水域的面积往往较大，为了提高探测效率，各测点之间必然存在一定间隔，导致上述测量过程仅能确定漏水口的大致的水平面上的位置，还需要进行精测准确定位漏水口。

精测的过程为：请参阅图2，根据上面的分析，漏水口距离供电电极1最近，且在粗测点7处测得最大磁场强度，分别连接供电电极1与粗测点8、供电电极1与粗测点6，形成V字形区域21，所述V字形区域21将确定出漏水口的水平位置；在V字形区域21中等间距地划分出若干精测点22，将供电电极1与供电电极5导通，依次记录各个精测点处的磁场数据。所述精测点22划分得越密集，漏水口的定位越准确，但探测时间也会随之增加，实际工程应用时，根据定位精度要求、工程周期、经费预算等确定精测点个数，本实施例中，间距选择为2m。

便携式计算机20获取磁场测量仪18测得的精测点22处的磁场数据，以及静态磁场测量仪19测得的背景磁场数据，首先进行数据预处理：从测量得到的磁场数据中减去激励电流幅度变化引起的测点磁场变化，减去背景磁场变化引起的测点磁场变化，减去堤防内部存在的人文设施引起的干扰，减去传输激励电流的导线和电极产生的干扰磁场，减去测点地形变化引入的误差，其中，静态磁场测量仪19提供背景磁场变化的校正数据；然后，比较各个精测点处的磁场强度，可以确定漏水口在水面上的准确投影，再根据水深，即可得到漏水口的准确位置。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种堤防漏水口探测装置，其特征在于，包括放置在堤防内侧的第一供电电极、放置在堤防外侧的N个第二供电电极、信号发送机、磁场测量仪，N为自然数；其中，所述信号发送机与所述第一供电电极、所述N个第二供电电极之间均通过导线连接，所述信号发送机用于产生一定频率和幅值的激励电流，并通过导线输送至第二供电电极，所述第二供电电极将所述激励电流传输至水中，所述激励电流流经漏水口、渗漏通道、第一供电电极后回到所述信号发送机，形成电流回路；所述磁场测量仪用于在各测点处测量水中电流产生的磁场以及所在测点的位置。

2.根据权利要求1所述的堤防漏水口探测装置，其特征在于，所述第一供电电极可以是单个电极，也可以是由多个电极构成的电极系，所述电极采用导电性能良好的金属材料制成。

3.根据权利要求1所述的堤防漏水口探测装置，其特征在于，所述堤防漏水口探测装置还包括静态磁场测量仪和便携式计算机系统，其中，所述静态磁场测量仪用于测量背景磁场数据，所述背景磁场数据用于对所述磁场测量仪的测量结果进行校正；所述便携式计算机系统用于运行漏水口探测的应用程序，获取所述磁场测量仪以及静态磁场测量仪的测量数据，进行噪声滤除、数据校正、反演、结果存储与显示、人机交互；所述便携式计算机系统与所述磁场测量仪、所述静态磁场测量仪通信连接。

4.根据权利要求1所述的堤防漏水口探测装置，其特征在于，所述信号发送机包括信号发生器、信号调理及功率放大电路、电极导通控制装置、微控制器、以及电流监测电路，其中，所述微控制器用于设置所述第二供电电极输出的激励电流的大小和频率，所述微控制器根据所述激励电流的大小和频率控制所述信号发生器产生对应频率的正弦波信号，所述正弦波信号经所述信号调理及功率放大电路进行滤波、电压放大和功率放大后，由电极导通控制装置输送至对应的第二供电电极；所述微控制器通过电极导通控制装置控制激励电流输送至不同的第二供电电极，所述电流监测电路连接所述微控制器，用于实时监测激励电流的大小变化，所述微控制器接收激励电流的变化数据并记录，根据所述激励电流的变化数据对所述信号调理及功率放大装置进行增益调节，使得激励电流满足设置要求并保持稳定。

5.根据权利要求3所述的堤防漏水口探测装置，其特征在于，所述磁场测量仪包括磁场传感器、信号调理电路、锁相放大电路、模数转换电路、数字信号处理电路、以及GPS定位装置，其中，所述磁场传感器用于测量所处测点的三维磁场信号，所述磁场信号经信号调理电路进行放大、滤波后，由锁相放大电路进行相敏检测、进一步提高磁场信号的信噪比，再经模数转换电路转换成数字化的磁场信号；所述GPS定位装置用于测量所在测点的位置信息；所述数字信号处理电路对数字化的磁场信号以及所在测点的位置信息进行分析、处理后传送给所述便携式计算机系统。

6.根据权利要求3所述的堤防漏水口探测装置，其特征在于，所述静态磁场测量仪包括磁场传感器、信号调理电路、模数转换电路、以及数字信号处理电路，其中，所述静态磁场测量仪固定放置在堤防上，所述磁场传感器用于测量所在位置的三维磁场数据，得到背景磁场随时间的变化数据；所述磁场传感器测量得到的数据经信号调理电路进行放大、滤波后，由模数转换电路进行数字化处理，所述数字信号处理电路对数字化后的磁场数据进行分析、处理后传送给所述便携式计算机系统。

7.根据权利要求3所述的堤防漏水口探测装置，其特征在于，所述便携式计算机系统可以是笔记本电脑、平板电脑、掌上电脑或自行设计的上位机。