CN217358675U - 橡胶坝坝高遥测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种橡胶坝坝高遥测装置，该遥测装置包括压力差测量组件、电源适配器、双输入模拟量转数字量模块和无线传输与数据处理模块；无线传输与数据处理模块包括无线发射电台、无线接收电台和PLC数据处理单元；压力差测量组件与双输入模拟量转数字量模块连接；压力差测量组件包括坝顶压力测量单元和坝底压力测量单元；无线发射电台将双输入模拟量转数字量模块输出的信号发送至无线接收电台，无线接收电台与PLC数据处理单元中的输入端口连接。本实用新型采用两个压力传感器分别精确测量坝袋内最低点压力与最高点压力来测得坝高，并采用双输入模拟量转数字量模块和无线传输与数据处理模块，测量精度高，且使用条件不受限制。

Description

橡胶坝坝高遥测装置

技术领域

本实用新型涉及水利工程中的橡胶坝，尤其涉及一种橡胶坝坝高遥测装置。

背景技术

橡胶坝工程以其结构简单、运行安全、施工方便、投资较省等优点，在河道上得到越来越多的应用。在工程实践中，超过橡胶坝设计坝高运行则极可能导致坝袋损坏，从而造成重大事故，因此准确测量橡胶坝坝高并对橡胶坝进行自动化控制尤为重要。

目前坝高测量的方式有两种：一种是通过安装在坝上游的水尺肉眼进行估读；二是采用超声波水位仪测量坝高。但这两种测量方法都存在较大的缺点与不足。河道行洪或橡胶坝放水时，由于坝袋淹没在水下，受水流、水中泥砂或夜间视线影响，肉眼很难看清坝袋顶部所处的准确位置，其坝高也很难用肉眼估读准确。超声波水位仪在坝顶有溢流时则只能测出坝顶水位高度，无法扣除溢流水深影响测算出坝袋高度，因此超声波水位仪使用条件受限。

另外人工肉眼观测还受恶劣天气影响，在暴雨等恶劣天气下，观测人员必须到现场进行观测读数，对观测人员存在一定安全隐患。

同时，随着水利行业自动化运行管理水平的日益提高，传统的读数方式自动化程度低，难以满足水利行业标准化管理的要求；超声波水位仪则受使用条件限制，同样难以为其自动化运行提供保证。目前坝高测量方式大都存在精确度差、自动化程度低、造价高、使用条件受限的问题。

因此，如何提供一种精确测量橡胶坝坝高，并对橡胶坝进行控制的遥测设备成为亟需解决的技术问题。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种精确测量坝高并进行自动化控制的橡胶坝坝高遥测装置。

技术方案：本实用新型橡胶坝坝高遥测装置包括压力差测量组件、电源适配器、双输入模拟量转数字量模块和无线传输与数据处理模块；

无线传输与数据处理模块包括无线发射电台、无线接收电台和PLC数据处理单元；

压力差测量组件与所述双输入模拟量转数字量模块连接；压力差测量组件包括坝顶压力测量单元和坝底压力测量单元；

无线发射电台将双输入模拟量转数字量模块输出的信号发送至无线接收电台，无线接收电台与PLC数据处理单元中的输入端口连接。

坝顶压力测量单元包括坝顶压力传感器和浮漂，该坝顶压力传感器位于浮漂顶部。

坝顶压力传感器一端设有与双输入模拟量转数字量模块连接的信号线。

坝顶压力传感器包括探头，所述探头固定在浮漂顶部，并漂浮在坝袋内最高位置。

浮漂为球形浮漂或弧形浮漂，其中球形浮漂形状为圆球形、椭球形、橄榄球形、半圆形，其球形表面保证浮漂与坝袋内的接触形式为点状接触，从而使浮漂带动顶部传感器迅速在所承受的三个力的作用下准确地定位停留在坝袋内最高点位置。

坝底压力测量单元包括坝底压力传感器，该坝底压力传感器位于橡胶坝底部。

双输入模拟量转数字量模块包括电源适配器及转换模块，电源适配器与压力差测量组件连接，转换模块与无线发射电台连接。

无线发射电台与无线接收电台通过点对点的方式来传输数据。

双输入模拟量转数字量模块设有输入端单元以及与无线接收电台连接的数字信号输出端单元。

输入端单元包括与坝顶压力传感器连接的第一输入端，以及与坝底压力传感器连接的第二输入端。

工作原理：本实用新型使压力传感器准确地定位于橡胶坝的最高位置和最低位置，并分别测得橡胶坝内顶部与底部的压力数值，通过无线传输与数据处理模块对两个压力值进行减法运算，具体为，将两个压力传感器测得的压力值相减，消除外部压力，如风浪压力、溢流水深压力或者漂浮物压力和坝袋自重影响；即将压力信号作为双输入模拟量转数字量信号，通过无线传输发送给PLC数据处理单元计算出坝袋内水深，进而得出橡胶坝坝体高度实测值。其中压力传感器电流值与水深按公式H＝(I_max-I_min)/H_max*(I-I_min)换算，其中I_max、I_min为压力传感器电流值量程的最大值与最小值(单位mA)，H_max为压力传感器的最大测量水深量程(单位为：m水柱)，H为测得水压力(单位为：m水柱)，I为水深H时,压力传感器输出的电流值(单位mA)。

本实用新型采用的基本原理为：浮漂以及连同顶部传感器在坝袋内受三个力的作用，分别为重力G、浮力F、坝袋内壁对浮漂的压力P，其中重力垂直向下，浮力垂直向上，压力垂直于坝袋与浮漂接触点的切线。根据力的平衡原理，压力P在垂直方向的分量等于F-G,压力P在水平方向的分量为0。此时球形浮漂与橡胶坝袋接触点位置的切线为水平线，即坝袋的最高点位置。若某一时刻浮漂位置发生了变动，即接触点不在最高点位置，则接触点位置的切线不水平，则坝袋对浮漂的压力在水平方向上的分力不为0，此时浮漂以及顶部传感器在水平分力的作用下发生位置变化，直至停留并稳定保持在坝袋内最高点为止。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型采用两个压力传感器分别精确测量坝袋内最低点压力与最高点压力来测得坝高，并采用双输入模拟量转数字量模块，将测得顶部压力传感器与底部压力传感器测得的两组压力信号模拟量转成满足485通讯协议的数字量信号，方便压力信号的远程传输与处理，测量精度达到厘米级，测量精度高、能够实时准确测量出坝袋高度，实现自动化、全天候测量。

(2)本实用新型使用条件不受限制，使用时不受视线影响，避免了读数产生误差；且夜间、大雾天气下均可全天候正常使用，且保证其精确度；不受恶劣天气影响，暴雨天气仍可安全运行；不受水深影响，坝袋上方是否溢流、河道是否行洪均可使用；不受泥沙、水流、风浪影响，在恶劣天气、河道行洪、坝顶溢流、泥沙风浪等多种条件下均可使用。

(3)本实用新型安装便捷，造价低，后期运行费用低，尤其对于已建成的橡胶坝仍较方便地安装使用。

(4)本实用新型采用两个无线电台点对点远程传输、接收压力信号，解决了远程布线难题，避免了远程布线费用，同时避免了使用传统GPRS远程传输数据所产生的数据流量费用，提高了系统的稳定性；同时将转化后的485协议数字信号，采用无线数传电台传输至远端，利用远端无线电台将接收到的信号传输到控制室内PLC输入端口，解决了远距离布设带来的施工难度。

(5)采用无线传输与数据处理模块计算出坝高实测值，与通过人机界面输入坝高预设值进行对比。当实测值高于输入的预设值时，在PLC数据处理单元控制下开启水泵阀门自坝袋内向外排水以降低坝高至预设值；当实测值低于输入的预设值时，在PLC控制下开启水泵阀门向坝袋内充水以提升坝高至预设值，从而实现橡胶坝自动化控制。

(6)本实用新型也可用于测量水利工程两个部位水位差，或管道内不同部位的液体液位差、流体压力差的测量装置。

附图说明

图1为本实用新型在坝袋内安装示意图；

图2为坝顶球形浮漂结构示意图；

图3为双输入模拟量转数字量模块接线示意图；

图4为数字量信号无线传输与接收流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，该橡胶坝坝高遥测装置包括压力差测量组件、电源适配器、双输入模拟量转数字量模块和无线传输与数据处理模块。

其中，无线传输与数据处理模块包括无线发射电台、无线接收电台和PLC数据处理单元。压力差测量组件与双输入模拟量转数字量模块连接；压力差测量组件包括坝顶压力测量单元和坝底压力测量单元。无线发射电台通过双输入模拟量转数字量模块与无线接收电台传输信号，无线接收电台与PLC数据处理单元中的输入端口连接。

如图2所示，其中，坝顶压力测量单元包括坝顶压力传感器1、坝顶球形浮漂2、坝顶配重体3和第一信号传输线4。坝顶压力传感器1安装在坝顶球形浮漂2内顶部开口处，该浮漂内底部开口处安装配重体3，使坝顶球形浮漂2自动漂浮在坝袋内最高位置，进而使得坝顶压力传感器1在坝顶球形浮漂2和配重体3的作用下停留在弧形橡胶坝坝袋内最高点位置；该坝顶压力传感器1通过第一信号线4将测得的橡胶坝坝袋内最高点的压力实时传递到坝袋外部。

坝顶压力传感器的探头固定在浮漂内顶部并漂浮在坝袋内部液面上，并随橡胶坝坝袋的起落同步起落。

坝底压力测量单元包括坝底压力传感器6和第二信号传输线5，该坝底压力传感器6位于该橡胶坝底部。该坝底压力传感器6停留在橡胶坝坝袋内最低点位置。同时该坝底压力传感器6通过第二信号线5将所测得的橡胶坝坝袋内最低点的压力实时传递到坝袋外部。

本实施例中所采用的球形浮漂形状为圆球形、椭球形、橄榄球形、半圆形和表面弧形浮漂，其球形表面可保证浮漂与坝袋内的接触形式为点状接触，从而能使浮漂带动顶部传感器迅速在所承受的三个力的作用下准确地定位停留在坝袋内最高点位置。

如图3所示，双输入模拟量转数字量模块中，第一输入端9的信号来自坝顶压力传感器1，第二输入端10的信号来自橡胶坝坝底压力传感器6，第三输入端11接电源适配器正极端，第四输入端12接电源适配器负极端。该电源适配器正极端同时接第一传感器正极端、第二传感器正极端，该电源适配器负极端同时接第一传感器负极端、第二传感器负极端。

第一电源输出端15和第二电源输出端16分别接无线发射电台的正极端与负极端；第一485协议数字信号输出端13和第二485协议数字信号输出端14分别接无线发射电台对应485协议数字信号输入端。

如图4所示，坝袋内两个压力传感器测得的模拟量信号数据经转化后，接入无线发射电台17输入端，通过无线发射电台的天线发送到空中；空中的无线信号经无线接收电台20的接收端接收，经过数据处理后通过输出端口输出满足485通讯协议的数字信号19；将数字信号通过数据线自无线接收电台的输出端口接至PLC数据处理单元的输入端口，实现数据的远程传输与接收流程，最终进入PLC内部进行信号数据的运算处理，即将压力信号作为双输入模拟量转485信号，通过无线传输供PLC数据处理单元18使用，其中压力传感器电流值与水深按公式H＝(I_max-I_min)/H_max*(I-I_min)换算，其中I_max、I_min为压力传感器电流值量程的最大值与最小值(单位mA)，H_max为压力传感器的最大测量水深量程(单位为：m水柱)，H为测得水压力(单位为：m水柱)，I为水深H时,压力传感器输出的电流值(单位mA)。

双输入模拟量转数字量模块包括电源适配器及转换模块，该电源适配器与压力差测量组件连接。

坝底压力传感器6通过重力作用停留在坝袋内最低点位置；坝顶压力传感器1与坝底压力传感器6通过数据信号传输线将压力信号传递至双输入模拟量转数字量的转换模块输入端，电源适配器通过数据信号传输线给坝顶压力传感器和坝底压力传感器供电，同时给转换模块供电；转换模块输出的数字信号接入无线发射电台输入端，将信号通过天线发送到空中；无线接收电台通过天线接收到信号，并将接收到的信号经处理后输出；利用数据线将无线接收电台输出的信号接入PLC数据处理单元的输入端口，实现压力信号由采集、转换、发送、接收，到输入PLC数据处理单元的全过程。

Claims (10)

1.一种橡胶坝坝高遥测装置，其特征在于：包括压力差测量组件、电源适配器、双输入模拟量转数字量模块和无线传输与数据处理模块；

所述无线传输与数据处理模块包括无线发射电台、无线接收电台和PLC数据处理单元；

所述压力差测量组件与所述双输入模拟量转数字量模块连接；所述压力差测量组件包括坝顶压力测量单元和坝底压力测量单元；

所述无线发射电台将双输入模拟量转数字量模块输出的信号发送至无线接收电台，所述无线接收电台与PLC数据处理单元中的输入端口连接。

2.根据权利要求1所述的橡胶坝坝高遥测装置，其特征在于：所述坝顶压力测量单元包括坝顶压力传感器和浮漂，所述坝顶压力传感器位于浮漂顶部。

3.根据权利要求2所述的橡胶坝坝高遥测装置，其特征在于：所述坝顶压力传感器一端设有与双输入模拟量转数字量模块连接的信号线。

4.根据权利要求2所述的橡胶坝坝高遥测装置，其特征在于：所述坝顶压力传感器包括探头，所述探头固定安装在所述浮漂顶部。

5.根据权利要求2所述的橡胶坝坝高遥测装置，其特征在于：所述浮漂为球形浮漂或弧形浮漂。

6.根据权利要求1所述的橡胶坝坝高遥测装置，其特征在于：所述坝底压力测量单元包括坝底压力传感器，所述坝底压力传感器位于所述橡胶坝底部。

7.根据权利要求1所述的橡胶坝坝高遥测装置，其特征在于：所述双输入模拟量转数字量模块包括电源适配器及转换模块，所述电源适配器与压力差测量组件连接，所述转换模块与无线发射电台连接。

8.根据权利要求1所述的橡胶坝坝高遥测装置，其特征在于：所述无线发射电台与无线接收电台通过点对点的方式来传输数据。

9.根据权利要求1所述的橡胶坝坝高遥测装置，其特征在于：所述双输入模拟量转数字量模块设有输入端单元以及与无线接收电台连接的数字信号输出端单元。

10.根据权利要求8所述的橡胶坝坝高遥测装置，其特征在于：所述输入端单元包括与坝顶压力传感器连接的第一输入端，以及与坝底压力传感器连接的第二输入端。

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