RU2653566C1 - System of the water level in piezometric wells automated measurement - Google Patents
System of the water level in piezometric wells automated measurement Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653566C1 RU2653566C1 RU2017125640A RU2017125640A RU2653566C1 RU 2653566 C1 RU2653566 C1 RU 2653566C1 RU 2017125640 A RU2017125640 A RU 2017125640A RU 2017125640 A RU2017125640 A RU 2017125640A RU 2653566 C1 RU2653566 C1 RU 2653566C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- piezometric
- channel
- water
- wells
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B47/00—Survey of boreholes or wells
- E21B47/04—Measuring depth or liquid level
- E21B47/047—Liquid level
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
- G01F23/14—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measurement of pressure
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C19/00—Electric signal transmission systems
- G08C19/16—Electric signal transmission systems in which transmission is by pulses
Abstract
Description
Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к автоматизированным средствам контроля технического состояния протяженных объектов, таких как гидротехнические сооружения (ГТС) - грунтовые плотины, дамбы с большим количеством разнесенных измерительных точек, и может быть использовано, в частности, в системах дистанционного контроля фильтрации воды, уровня воды в напорных и ненапорных пьезометрических скважинах и уровня воды в гидронивелирах гидроэлектростанций. Автоматизация мониторинга требуется для обеспечения безопасности окружающих территорий при нарушении целостности плотины и предупреждения чрезвычайных ситуаций.The invention relates to hydropower, in particular to automated means for monitoring the technical condition of extended facilities, such as hydraulic structures (hydraulic structures) - soil dams, dams with a large number of spaced measuring points, and can be used, in particular, in remote control systems for water filtration, water level in pressure and non-pressure piezometric wells and water level in hydraulic levels of hydroelectric power stations. Monitoring automation is required to ensure the safety of the surrounding areas in case of dam integrity and to prevent emergency situations.
Проблема мониторинга фильтрационных потоков в грунтовых плотинах появилась с созданием таких плотин и аварий с ними. Основным способом уменьшить фильтрационные потоки в грунтовой плотине является применение противофильтрационного ядра или экрана при строительстве плотины и организация дренажа фильтрационного потока из тела грунтовой плотины в нижний бьеф.The problem of monitoring filtration flows in soil dams has arisen with the creation of such dams and accidents with them. The main way to reduce filtration flows in a soil dam is to use an anti-filtration core or screen during the construction of the dam and organize the drainage of the filtration flow from the body of the soil dam to the downstream.
Оба эти способа очень эффективны, однако каждый из этих элементов грунтовой плотины имеет свой ограниченный срок службы: ядро и экран разрушаются под напором воды, а дренаж заиливается и снижает свою пропускную способность со временем.Both of these methods are very effective, however, each of these elements of the soil dam has its own limited service life: the core and the screen are destroyed under the pressure of water, and the drainage is silted and reduces its throughput over time.
Поэтому, несмотря на наличие этих конструктивных элементов, требуется мониторинг уровня депрессионной кривой в теле плотины и сопоставление его с уровнем депрессионной кривой соответствующему безопасному фильтрационному расходу.Therefore, despite the presence of these structural elements, monitoring of the level of the depression curve in the dam body and its comparison with the level of the depression curve for the corresponding safe filtration flow rate is required.
Для измерения депрессионной кривой в теле плотины, при строительстве обустраиваются пьезометрические скважины. Мониторинг уровня воды в пьезометрических скважинах позволяет оценить фильтрационный поток в плотине. Сравнение фильтрационного потока с безопасным уровнем и подача сигнала о превышении в кратчайшие сроки позволяет повысить безопасность эксплуатации ГТС.To measure the depression curve in the body of the dam, piezometric wells are arranged during construction. Monitoring the water level in piezometric wells allows you to evaluate the filtration flow in the dam. Comparison of the filtration flow with a safe level and signaling of an excess in the shortest possible time allows to increase the safety of operation of hydraulic structures.
Известны следующие способы измерения уровня воды в пьезометрической скважине:The following methods are known for measuring the water level in a piezometric well:
• Устройство для определения динамического уровня воды в пьезометрической скважине электроуровнемером при спуске наконечника уровнемера на изолированном проводе. При этом опускается наконечник уровнемера в специально установленной для этой цели металлических пьезометрических трубках (Справочное руководство гидрогеолога, том 2, под редакцией В.М. Максимова, Л.: Недра, 1967).• A device for determining the dynamic level of water in a piezometric well with an electric level meter when lowering the tip of the level gauge on an insulated wire. In this case, the tip of the level gauge is lowered in metal piezometric tubes specially installed for this purpose (Hydrogeologist Reference Guide,
• Емкостный уровнемер, позволяющий измерить уровень жидкости в одном пьезометре.• A capacitive level gauge that allows you to measure the liquid level in one piezometer.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩЕЙ ЖИДКОСТИ (Г.Я Шайдуров, А.с. №2332643 от М Кл. G01F 23/26 от 18.01.2007. Бюл. изобр. №24, 2008).DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL OF ELECTRICALLY CONDUCTING LIQUID (G. Ya. Shaidurov, AS No. 2332643 from M Cl. G01F 23/26 from 01/18/2007. Bull. INV. No. 24, 2008).
• Измерения уровня воды акустическим методом, патент США 7178396.• Acoustic Water Level Measurement, US Pat. No. 7,178,396.
• Измерение высоты столба воды гидростатическим методом Патент США 4142411.• Measurement of the height of a water column by the hydrostatic method. US Pat. No. 4,142,411.
Известны автоматизированные системы сбора данных с нескольких измерительных точек и передача их на управляющий компьютер:Known automated systems for collecting data from several measuring points and transferring them to a control computer:
• Система мониторинга уровня воды в скважине акустическим методом, с накапливанием информации в датчике и передачей накопленных данных на компьютер за одну сессию связи. Заявка на патент США US 20140009302 А1.• The system of monitoring the water level in the well by the acoustic method, with the accumulation of information in the sensor and the transfer of accumulated data to the computer in one communication session. U.S. Patent Application US 20140009302 A1.
• Беспроводная система опроса нескольких датчиков находящихся на расстоянии до 150 м. Система состоит из устройства опроса, соединяющегося с помощью беспроводного канала связи с несколькими датчиками, расположенными не более чем в 150 м от устройства и нескольких датчиков, расположенных в скважинах. Каждый датчик состоит из антенны, радиочастотного приемопередатчика, процессора, электрохимической ячейки и сенсорного модуля. Заявка на патент US 20090066536 A1.• A wireless interrogation system for several sensors located at a distance of up to 150 m. The system consists of a polling device connected via a wireless communication channel to several sensors located no more than 150 m from the device and several sensors located in the wells. Each sensor consists of an antenna, an RF transceiver, a processor, an electrochemical cell, and a sensor module. Patent Application US 20090066536 A1.
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.By the greatest number of similar features and achieved by using the result, this technical solution is selected as a prototype of the claimed invention.
В системе-прототипе имеются следующие недостатки:The prototype system has the following disadvantages:
a) Энергозависимость измерительного оборудования, и следующая из этого необходимость в обеспечении электропитанием каждой измерительной точки или обслуживании источников автономного питания каждого датчика.a) The volatility of the measuring equipment, and the consequent need for providing power to each measuring point or servicing the autonomous power supply of each sensor.
b) Возможность измерения одним устройством, уровня воды только в одной пьезометрической скважине.b) The ability to measure with a single device the water level in only one piezometric well.
c) Отсутствие режима передачи данных об уровне воды в пьезометрах сразу после измерения.c) Lack of transmission of water level data in piezometers immediately after measurement.
d) Размещение дорогостоящего оборудования в оголовке скважины, в свободном доступе.d) Placing expensive equipment in the well head, in the public domain.
Задача изобретенияObject of the invention
Создание более эффективной и энергонезависимой, системы измерения уровня водяного столба в пьезометрических скважинах грунтовой плотины ГЭС, в которой автоматизирован процесс получения измеряемых величин и передачи данных на пульт управления ГЭС, а также процесс сравнения полученных показаний с допустимыми значениями, минимизировано обслуживание измерительных устройств и обеспечена их вандалоустойчивость.Creation of a more efficient and non-volatile system for measuring the level of water column in piezometric wells of a hydroelectric dam of a hydroelectric power station, in which the process of obtaining measured values and transmitting data to a hydroelectric station control panel is automated, as well as the process of comparing the readings with acceptable values, the measurement devices are minimized and maintained vandal resistance.
Поставленная задача достигается тем, что система состоит из устройства опроса оптоволоконных датчиков давления (интеррогатора), мультиплексора-переключателя измерительных каналов, пассивных волоконных деполяризаторов в каждом измерительном канале, оптоволоконных кабелей и оптоволоконных датчиков давления на основе брэгговских решеток.The task is achieved in that the system consists of a device for interrogating fiber-optic pressure sensors (interrogator), a multiplexer-switch for measuring channels, passive fiber depolarizers in each measuring channel, fiber-optic cables and fiber-optic pressure sensors based on Bragg gratings.
Отличительной особенностью данной системы является использование пассивных волоконных деполяризаторов в каждом измерительном канале и мультиплексирование датчиков, находящихся в разных пьезометрических скважинах в один измерительный канал.A distinctive feature of this system is the use of passive fiber depolarizers in each measuring channel and the multiplexing of sensors located in different piezometric wells into one measuring channel.
В качестве источников данных для системы используются волоконно-оптические датчики давления на основе волоконных брэгговских решеток, расположенные на фиксированной глубине в пьезометрических скважинах. Датчики закреплены на оголовке скважины с помощью металлического троса.Fiber-optic pressure sensors based on fiber Bragg gratings located at a fixed depth in piezometric wells are used as data sources for the system. The sensors are mounted on the head of the well with a metal cable.
Описание системы поясняется рис. 1, 2 и 3.Description of the system is illustrated in Fig. 1, 2 and 3.
Рис 1 иллюстрирует положение датчика в пьезометрической скважине. Figure 1 illustrates the position of the sensor in a piezometric well.
На рисунке:On the image:
1 - волоконно-оптический датчик давления на основе волоконной брэгговской решетки,1 - fiber optic pressure sensor based on a fiber Bragg grating,
2 - трос крепления,2 - mounting cable,
3 - тело плотины,3 - the body of the dam,
4 - оптоволоконный кабель,4 - fiber optic cable
5 - место крепления троса,5 - place of attachment of the cable,
6 - пьезометрическая скважина,6 - piezometric well,
7 - водяной столб.7 - water column.
Основными преимуществами волоконно-оптических датчиков давления перед традиционными тензометрическими, кондуктометрическими и емкостными является их энергонезависимость, возможность мультиплексирования, нечувствительность к электромагнитным помехам и изменению электропроводности измеряемой среды, отсутствие необходимости периодических поверок, длительный срок эксплуатации.The main advantages of fiber-optic pressure sensors over traditional strain-gauge, conductometric and capacitive ones are their non-volatility, the possibility of multiplexing, insensitivity to electromagnetic interference and changes in the electrical conductivity of the measured medium, the absence of the need for periodic verification, and a long service life.
На рисунке 2 приведена структура одного измерительного канала, где:Figure 2 shows the structure of one measuring channel, where:
1 - волоконно-оптические датчики давления,1 - fiber optic pressure sensors,
4 - оптоволоконный кабель,4 - fiber optic cable
6 - пьезометрические скважины,6 - piezometric wells,
8 - здание ГЭС.8 - hydroelectric power station building.
При изменении уровня воды, изменяется давление водяного столба на датчик и вследствие этого, изменяется резонансная длина волны встроенной в датчик волоконной брэгговской решетки.When the water level changes, the pressure of the water column on the sensor changes, and as a result, the resonant wavelength of the fiber Bragg grating integrated in the sensor changes.
На Рис 3 приведена схема подключений измерительных каналов, где:Figure 3 shows the connection diagram of the measuring channels, where:
1 - волоконно-оптические датчики давления,1 - fiber optic pressure sensors,
4 - оптоволоконные кабели,4 - fiber optic cables,
8 - здание ГЭС,8 - hydroelectric building,
9 - пассивные волоконные деполяризаторы,9 - passive fiber depolarizers,
10 - мультиплексор10 - multiplexer
11 - устройство опроса.11 is a polling device.
В измерительных каналах датчики давления последовательно соединены оптоволоконными кабелями друг с другом и с пассивным волоконным деполяризатором, который введен в каждый измерительный канал. Через пассивный волоконный деполяризатор канал подключен к мультиплексору, который по определенной программе подключает поочередно каналы к устройству опроса.In the measuring channels, pressure sensors are connected in series with each other and with a passive fiber depolarizer, which is inserted into each measuring channel, with fiber optic cables. Through a passive fiber depolarizer, the channel is connected to the multiplexer, which according to a certain program connects the channels in turn to the polling device.
Введение пассивного волоконного деполяризатора в измерительный канал обеспечивает устойчивость системы к внешним воздействиям на оптоволоконный кабель, за счет устранения поляризационных эффектов.The introduction of a passive fiber depolarizer into the measuring channel ensures the stability of the system to external influences on the fiber optic cable, due to the elimination of polarization effects.
Введение мультиплексора позволяет использовать устройство опроса с одним оптическим входом.The introduction of the multiplexer allows the use of a polling device with one optical input.
Работа системыSystem operation
При изменении уровня воды, изменяется давление водяного столба на датчик и вследствие этого, изменяется резонансная длина волны встроенной в датчик волоконной брэгговской решетки. Мультиплексор подключает измерительный канал к устройству опроса.When the water level changes, the pressure of the water column on the sensor changes, and as a result, the resonant wavelength of the fiber Bragg grating integrated in the sensor changes. The multiplexer connects the measuring channel to the polling device.
Далее программное обеспечение устройства опроса регистрирует изменение резонансной длины волны, из которого с помощью калибровочных данных датчика вычисляет давление водяного столба на каждый датчик измерительного канала и высоту данного столба воды в каждой пьезометрической скважине, передает вычисленные значения на пульт управления ГЭС для визуализации, а затем автоматически сравнивает вычисленные значения высоты водяного столба с допустимыми и выдает сигнал тревоги на пульт управления ГЭС при превышении допустимых значений.Further, the polling device software registers a change in the resonant wavelength, from which, using the calibration data of the sensor, it calculates the pressure of the water column for each sensor of the measuring channel and the height of the water column in each piezometric well, transfers the calculated values to the control panel for visualization, and then automatically compares the calculated values of the height of the water column with the permissible values and generates an alarm signal to the control panel of the hydroelectric station when the permissible values are exceeded.
Использование устройства опроса с одним измерительным каналом, к которому поочередно, по команде программного обеспечения, подключается с помощью мультиплексора определенный измерительный канал, позволяет уменьшить стоимости всей системы.Using a polling device with one measuring channel, to which a certain measuring channel is connected using a multiplexer in turn, using a software command, can reduce the cost of the entire system.
Использование в системе всех измерительных устройств и линий за пределами мультиплексора, выполненных пассивными - работающими без подключения электроэнергии, обеспечивает ее энергонезависимость и вандалоустойчивость. Кроме того, данные устройства и линии связи не требуют обслуживания и замены, что позволяет снизить текущие расходы на обслуживание ГТС.The use in the system of all measuring devices and lines outside the multiplexer, made passive - working without connecting electricity, ensures its non-volatility and vandal resistance. In addition, these devices and communication lines do not require maintenance and replacement, which reduces the current costs of servicing the GTS.
Для обеспечения достаточной устойчивости измерительной системы к внешним воздействиям и обеспечении требуемой точности в 0,5% от максимального диапазона измерений, в каждый канал включен пассивный волоконный деполяризатор. Он нивелирует влияние воздействий на подводящее волокно и позволяет обеспечить требуемый уровень точности измерений при использовании стандартного телекоммуникационного волокна.To ensure sufficient stability of the measuring system to external influences and ensure the required accuracy of 0.5% of the maximum measurement range, a passive fiber depolarizer is included in each channel. It eliminates the effect of influences on the supply fiber and allows to provide the required level of measurement accuracy when using standard telecommunication fiber.
Таким образом, предлагаемая система измерения уровня воды в пьезометрических скважинах протяженных объектов эффективна экономически и технически, позволяет минимизировать обслуживание измерительных устройств и обеспечить их вандалоустойчивость и энергонезависимость, автоматизировать процесс сравнения полученных показаний с допустимыми значениями.Thus, the proposed system for measuring the water level in piezometric wells of extended objects is economically and technically effective, minimizes the maintenance of measuring devices and ensures their vandal resistance and non-volatility, and automates the process of comparing the readings with acceptable values.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017125640A RU2653566C1 (en) | 2017-07-17 | 2017-07-17 | System of the water level in piezometric wells automated measurement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017125640A RU2653566C1 (en) | 2017-07-17 | 2017-07-17 | System of the water level in piezometric wells automated measurement |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2653566C1 true RU2653566C1 (en) | 2018-05-11 |
Family
ID=62152707
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017125640A RU2653566C1 (en) | 2017-07-17 | 2017-07-17 | System of the water level in piezometric wells automated measurement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2653566C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109781631A (en) * | 2019-02-15 | 2019-05-21 | 曾万诚 | Guard dam with warning function |
RU2815243C1 (en) * | 2023-07-28 | 2024-03-12 | Общество с ограниченной ответственностью "НК "Роснефть" - Научно-Технический Центр" | Method for geotechnical monitoring using integrated system for automated monitoring of technical state of structures in real time |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4934866A (en) * | 1989-03-10 | 1990-06-19 | Secondary Containment, Inc. | Secondary fluid containment method and apparatus |
US20090066536A1 (en) * | 2007-09-12 | 2009-03-12 | Schlumberger Technology Corp. | Groundwater monitoring system |
WO2010056353A2 (en) * | 2008-11-17 | 2010-05-20 | SensorTran, Inc | High spatial resolution fiber optic temperature sensor |
US20140009302A1 (en) * | 2012-06-29 | 2014-01-09 | Wellintel, Inc. | Wellhead water level sensor |
-
2017
- 2017-07-17 RU RU2017125640A patent/RU2653566C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4934866A (en) * | 1989-03-10 | 1990-06-19 | Secondary Containment, Inc. | Secondary fluid containment method and apparatus |
US20090066536A1 (en) * | 2007-09-12 | 2009-03-12 | Schlumberger Technology Corp. | Groundwater monitoring system |
WO2010056353A2 (en) * | 2008-11-17 | 2010-05-20 | SensorTran, Inc | High spatial resolution fiber optic temperature sensor |
US20140009302A1 (en) * | 2012-06-29 | 2014-01-09 | Wellintel, Inc. | Wellhead water level sensor |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109781631A (en) * | 2019-02-15 | 2019-05-21 | 曾万诚 | Guard dam with warning function |
RU2815243C1 (en) * | 2023-07-28 | 2024-03-12 | Общество с ограниченной ответственностью "НК "Роснефть" - Научно-Технический Центр" | Method for geotechnical monitoring using integrated system for automated monitoring of technical state of structures in real time |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101667324B (en) | Method and system for monitoring and warning pipeline landslide and method for constructing system | |
CN107460898B (en) | Real-time monitoring system and monitoring method for submerged bridge pile foundation scouring | |
CN100494918C (en) | Monitoring method of reservoir level | |
CN104613318B (en) | A kind of tunnel interior conduit on-line monitoring method | |
CN203066091U (en) | Monitoring system of foundation pit dewatering and pumping test | |
CN106706029B (en) | Soil body performance monitoring device for underground structure construction and working method thereof | |
CN202582505U (en) | Pipeline optical fiber grating remote automatic early warning device | |
AU2018101029A4 (en) | Method and apparatus for monitoring elevation | |
CN103257009A (en) | Working face mine pressure on-line monitoring system based on fiber grating sensing | |
CN205300634U (en) | Middle -size and small -size embankment dam safety precaution monitoring system | |
CN110749304A (en) | Transformer substation ground settlement monitoring device and method based on weak grating | |
CN102288147A (en) | Device for measuring scouring depth monitored based on active temperature control distributed temperature | |
JP4569999B2 (en) | Submerged water level gauge | |
CN112504336A (en) | Landslide area pipeline deformation monitoring system | |
CN103528749B (en) | Based on coal mine tunnel top board hydraulic pressure on-line monitoring system and the method for fiber grating | |
CN203347844U (en) | Hydrological dynamic monitoring and alarming system for coal mine | |
CN110501471A (en) | System for long-range groundwater monitoring | |
RU2653566C1 (en) | System of the water level in piezometric wells automated measurement | |
CN104535134A (en) | Millimeter-level digital type water level sensor detecting method | |
CN203177924U (en) | Water level monitoring device based on three optical fiber grating structures | |
CN207147550U (en) | A kind of new Dam Safety Monitoring Automation measure and control device | |
CN107065018B (en) | A kind of electrical method observation method for dykes and dams dynamic monitoring | |
KR20170106097A (en) | Monitoring systemt for a buried pipe | |
CN210833509U (en) | Transformer substation ground settlement monitoring device based on weak grating | |
CN104457690A (en) | Sensing rod for monitoring building settlement and monitoring method using the same |