CN215217888U

CN215217888U - 一种河库中部冰层断面压力监测系统

Info

Publication number: CN215217888U
Application number: CN202121311723.5U
Authority: CN
Inventors: 周永红; 方卫华; 杜旭东; 王秋鹏; 武蓉蓉; 高菲
Original assignee: Shanxi Fenhe Second Reservoir Management Co ltd
Current assignee: Shanxi Fenhe Second Reservoir Management Co ltd
Priority date: 2021-06-11
Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2031-06-11

Abstract

本实用新型公开一种河库中部冰层断面压力监测系统，包括河库中间测点装置、岸上补偿装置、移动终端和中心站，所述装置包括电源模块、定位模块、压力感应模块、信号处理模块和信号发送模块，所述定位模块用于确定监测装置监测位置；所述压力感应模块通过力学原理将测点冰层断面压力转化为电信号，并传递到所述信号处理模块；所述信号处理模块用于将压力感应模块传输过来的电信号进行采集、存储计算，最后将处理后的电信号转化为无线信号，传输到所述信号发送模块；所述信号发送模块用于将无线信号传输到移动终端和中心站。本实用新型所述的冰层断面压力监测系统能定点检测水库河库中部任意位置的冰层断面压力，具有测值精确和布设方便等特点。

Description

一种河库中部冰层断面压力监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种河库中部冰层断面压力监测系统，属于水文、气象和水工程监测领域。

背景技术

在河道和水库中，冰层压力是冰厚及冰稳定性评估、冰层反射和冰推力的重要参数，对气象、水文研究和水工程安全运行具有十分重要的意义。

目前已有公开的冰层断面压力监测装置和系统主要针对冰对岸之间的推力，一般是直接采用界面土压力盒进行监测，而对水库中间冰层断面压力的监测系统尚未见公开。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种可定点监测河道或水库中部冰层断面压力的监测系统。

为解决上述技术问题，本实用新型是采用下述技术方案实现的：

一种冰层断面压力监测系统，包括河库中间测点装置、岸上补偿装置、移动终端和中心站，所述装置包括电源模块、定位模块、压力感应模块、信号处理模块和信号发送模块；

装置结构布置，电源模块和信号处理模块位于装置下部，所述定位模块和信号发送模块位于装置上部，所述压力感应模块在信号处理模块和信号发送模块之间；

所述电源模块包括蓄电池、充电及整流以及供电接口，为监测装置提供直流供电；

所述定位模块用于确定监测装置监测位置，并将定位信号传递到所述信号处理模块；

所述压力感应模块用于对所定位的冰进行压力感应，将压力信号转化为电信号，并传递到所述信号处理模块；

所述信号处理模块用于将压力感应模块传输过来的电信号和定位模块传输过来的位置信号进行采集、存储及计算，最后将位置信号和冰层断面压力信息转化为无线信号，传输到所述信号发送模块；

所述信号发送模块用于将位置和冰层断面压力信号传输到移动终端和中心站；

所述移动终端用于异地随时实时对冰层断面压力进行读取、查询和浏览，中心站用于对冰层断面压力情况进行统计分析。

进一步的，所述定位模块为GNSS定位天线，能对所有测点位置进行三维定位。

进一步的，所述信号发送模块通过4G、LoRa和NB中的任意一种方式的方式将无线信号传输到移动终端或中心站。

进一步的，所述压力感应模块为铝合金制作的圆柱状的空心桶状，内部水平截面内均匀布置8个环向高精度应变片。

进一步的，所述压力感应模块内侧沿着环向安装应变片带，用于测量环向应变，并将压力信号传递到所述信号处理模块。

进一步的，所述应变片带由8片应变片组成，所述8片应变片等间隔安装在所述压力感应模块内侧面。

进一步的，所述信号处理模块和电源安装在一个密封箱内部，所述密封箱由轻质铝合金制成。

进一步的，所述密封箱内安装有配重，所述密封箱内部的配重、电源模块和信号处理模块从底到上按照密度从高到低的顺序放置，保持检测装置在工作时垂直于待测面。

进一步的，所述信号发送模块和压力感应模块之间安装结头密封环，所述压力感应模块和密封箱之间安装结头密封环，两个结头密封环都由柔性橡胶制成，用于保证密封箱和信号发送模块不影响压力感应模块的环向应变并其受力对称。

进一步的，所述定位模块以及信号发送模块上部还安装有指示灯，所述指示灯能闪烁，用于夜间、大雾或模糊环境下的指示定位。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：

(1)采用定位模块、压力感应模块、信号处理模块和信号发送模块对冰面经行定位、压力感应及感应数据的采集与处理，可实时同步并多位点对水库冰面的压力进行监测；

(2)压力感应模块采用圆柱空心桶状以及在压力感应模块内部安装8片应变片组成的应变片带，使得压力感应模块延水平界面方向各个部分的受力均匀，使所监测得到的压力信息更为准确；

(3)将电源以及信号处理模块安装在密封箱内，在工作时安装在待测冰面下部，同时密封箱内部各个模块部件从底到上根据密度从高到低分别放置，使得在测量待测面时整个监测装置保持竖直，以保证压力感应模块延水平界面方向各个部分的受力均匀，使所监测得到的压力信息更为准确；

(4)在信号发送模块和压力感应模块之间以及压力感应模块和密封箱之间都安装结头密封环，且两个结头密封环都由柔性橡胶制成，能保证密封箱和信号发送模块不影响压力感应模块的环向应变而使其受力对称。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的装置结构图；

图2是本实用新型实施例1中压力感应模块内部水平横截面结构图。

图中：1、指示灯；2、GNSS定位天线及无线信号发送天线；3、压力传感器；31、应变片带；311、应变片；4、结头密封环；5、密封箱；6、电源模块；7、信号处理模块；8、移动终端；9、中心站。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的模块或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

一种冰层断面压力监测系统，包括电源、定位模块、压力感应模块、信号处理模块、信号发送模块及移动终端和中心站，其中在一种实施方式中，如图1所示，按照工作状态，包括指示灯1，所述定位模块和信号发送模块为一体式的GNSS定位天线及无线信号发送天线2，压力感应模块为压力传感器3，电源模块6包括蓄电池、充电及整流以及供电接口，为监测装置提供直流供电；，用于信息数据处理的信号处理模块7以及接受处理后的信息进行汇总的中心站8和移动终端9。其中，指示灯1能够闪烁亮起，在夜间用于夜间、大雾或模糊环境下的指示定位，，并能够人工判断监测装置是否正常工作，指示灯1下部安装有GNSS定位天线及无线信号发送天线2，用于确定监测装置监测位置，通过4G、LoRa和/或NB的任意一种方式将位置信号传递到所述信号处理模块7，同时也能将处理后的无线信号传输到移动终端和中心站8；压力传感器3安装在GNSS定位天线及无线信号发送天线2的下方，在工作时压力传感器3全部安装在待测面中，高度与冰厚相等，垂直切割待测面，根据冰面厚度的实际情况选取压力传感器3的高度，所述压力传感器3是圆柱状的空心桶状，采用铝合金制作，其内侧沿着环向安装有应变片带31，应变片带31由8片结构大小均相同的应变片311组成，应变片311等间隔安装在所述压力传感器3的内侧面，由8片应变片311组成的应变片带31配合压力传感器3，能准确的感应冰面的环向压力，并将压力信号转化为电信号，传输到信号处理模块7进行数据分析处理；所述蓄电池6以及信号处理模块7安装在由铝合金制成的密封箱5内，在工作时因为需要保持监测装置整体垂直于冰面保持稳定，所以将密封箱5安装于压力传感器3下方，其中信号处理模块7从底到上分别放置密度从高到低的蓄电池、元器件及电路板、显示设备键盘和接口；电路采用嵌入式ARM，具有数据采集、存储、计算及无线通讯管理及Linux操作系统，电路采用低功耗设计，工业级元器件，直接输出冰层断面压力值；无线通讯优先采用4G通讯，也可以采用其他无线通讯方式；此外所述密封箱5内还安装有配重，使得整个装置的圆柱管直立向上，圆柱体中轴线垂直冰面，可以浸没不同深度。

中心站8对多个测点传输过来的数据进行整理、分析和编制分析报告，移动终端9可以实现对测点位置的冰层断面压力进行实时显示、浏览和查询。

为了保证压力传感器3感应冰层断面压力的准确性，本实施例还在GNSS定位天线及无线信号发送天线2和压力传感器3之间以及压力传感器3和密封箱5之间安装结头密封环4，两个结头密封环4都由柔性橡胶制成，用于保证密封箱和信号发送模块不影响压力感应模块的环向应变而使其受力对称。

工作方法及原理：

按照实施例1组装号冰层断面压力监测装置后，根据冰面厚度H选定压力传感器3的高度与冰面厚度相等，也为H，压力传感器3的外径为R，内径为r。将压力传感器3全部置于冰面中，并选择合适的配重系统，使得整个装置处于漂浮状态，其中压力传感器3的上沿及下沿分别对应着冰面的上沿和下沿，与之等高。

确定要测量的区域，在结冰前分散投入多个装置并检查相关设备的工作状态，没有问题后设置相关参数，开启电源，指示灯1闪烁为启动工作状态，在相同温度的水面或岸上，同时放置一台监测装置，用于温度和元器件的补偿修正，同时开始采集冰层断面压力并进行汇总。

所涉及到的计算公式为：

其中P为冰层断面压力；R为压力传感器3的外径；r为压力传感器3的内径；E为压力传感器3材料的弹性模量；ε_i(t)为t时刻第i只环向应变计测量冰压引起的环向应变。

ε_i(t)＝ε′_i(t)-ε_0i(t) (2)

ε′_i(t)为t时刻第i只环向应变计测量的环向应变，ε_0i(t)为对应温度条件下未受到冰层断面压力的对应环向应变计测得到的补偿应变。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种河库中部冰层断面压力监测系统，其特征在于包括河库中间测点装置、岸上补偿装置、移动终端和中心站，所述装置由电源模块、定位模块、压力感应模块、信号处理模块和信号发送模块组成；

所述电源模块和信号处理模块位于系统下部、定位模块和信号发送模块位于装置上部，所述压力感应模块安装在信号处理模块和信号发送模块之间；

所述定位模块用于确定监测系统监测位置，并将位置信号传递到所述信号处理模块；

所述压力感应模块用于对冰层断面压力进行感应，将压力信号转化为电信号，并传递到所述信号处理模块；

所述信号处理模块用于将压力感应模块传输过来的电信号和定位模块传输过来的位置信号进行采集、存储及计算，最后将位置信号和冰层断面压力转化为无线信号，传输到所述信号发送模块；

所述信号发送模块用于将无线信号传输到移动终端或中心站。

2.根据权利要求1所述的河库中部冰层断面压力监测系统，其特征在于，所述定位模块为GNSS定位天线，能对所有测点位置进行三维定位。

3.根据权利要求1所述的河库中部冰层断面压力监测系统，其特征在于，所述信号发送模块通过4G、LoRa和 NB中的任意一种方式将无线信号传输到移动终端或中心站。

4.根据权利要求1所述的河库中部冰层断面压力监测系统，其特征在于，所述压力感应模块为铝合金材质的圆柱空心桶状结构。

5.根据权利要求4所述的河库中部冰层断面压力监测系统，其特征在于，所述压力感应模块内侧沿着环向水平安装应变片带，用于测量环向应变，并将压力信号传递到所述信号处理模块。

6.根据权利要求5所述的河库中部冰层断面压力监测系统，其特征在于，所述应变片带由8片应变片组成，所述8片应变片等间隔安装在所述压力感应模块内侧面。

7.根据权利要求1所述的河库中部冰层断面压力监测系统，其特征在于，所述信号处理模块和电源模块安装在系统下部的密封箱内部，所述密封箱的材质为轻质铝合金。

8.根据权利要求7所述的河库中部冰层断面压力监测系统，其特征在于，所述密封箱内安装有配重，所述密封箱内部的配重、电源模块和信号处理模块从底到上按照密度从高到低的顺序放置。

9.根据权利要求1所述的河库中部冰层断面压力监测系统，其特征在于，所述信号发送模块和压力感应模块之间安装结头密封环，所述压力感应模块和密封箱之间安装结头密封环，两个结头密封环的材质为柔性橡胶。

10.根据权利要求1所述的河库中部冰层断面压力监测系统，其特征在于，所述定位模块以及信号发送模块上部还安装有指示灯。