大坝的微形变监测系统设计研究.pdfVIP

维普资讯 第 17卷第 6期 机 电产品开笈与 新 VOI．17．NO．6 2004年 11月 Development＆ Innovation ofmachinery ＆ electricalproducts NOV．．2OO4 大坝的微形变监测系统设计研究 孟令启，张洛明，陈立乾 (郑州大学 机械工程学院 ，河南 郑州 450052) 摘 要：采用高精密激光传感器，运用屏蔽系统和位置补偿使精度提高到几百纳米级，可将其运用于超级高 坝坝体形变监测。不受湿度、温度和 电磁场的干扰 ，能在恶劣环境 中正常工作。对作为测试平台 的精密x—Y工作台进行了重点设计，提出了误差补偿的方案，使测量方法的原理误差降低到微 米级的程度。 关键词 ：形变 ；监测 ；激光传感器；GPS定位仪 ；x—Y工作 台 中图分类号：TH71 文献标识码 ：A 文章编号 ：1002—6673(2004)06一O01—05 设大坝宽 300m，每隔 15m安装一个激光传感器。 0 引言 图 1中的2为激光发射系统；3为坝基 ；4为激光线 ；5 随着水力资源的开发利用，大坝的重要作用 日益突 为 20个激光传感器；6为坝体；7为山体；8以激光接 出，必须对大坝进行安全监测 ，防止灾难事故的发生。实 收机为中心的定位系统。 际监测现场环境条件恶劣，存在温差，湿度差，强电磁干 在整个监测系统中，关键的技术是保证激光发射与 扰等问题，因此有必要寻找一种更为有效的监测手段 111。 接收装置不随山体的振动而振动 ，位置始终保持不变。 由于垂直振动对监测结果影响微小 ，这里只考虑对山体 1 监测原理 水平方向的位移影响进行补偿。把激光发射器和GPS定 像任何有质量的物体一样，大坝也以自己的固有频 位仪作为一个整体安装在精密X—Y工作台上 。X—Y工 率在不停的振动，对大坝的振动进行监视，发现振动异常 作台固定在山体上的混凝土测试台上，利用GPS定位仪 时即可判定为大坝出现险情 的前兆 。在大坝两侧的山体 j测试出激光发射器的位置，并把位置信息传递给单片机处 上安装激光发射与接收装置，使激光位置保持不变；在坝 f理，由单片机给x—Y工作台的两个步进电机发出指令进 体的基石上安装激光传感器，使传感器与大坝的相对位置 行位置补偿 ，确保激光线在整个检测过程中的位置不发 保持不变，且所有传感器的感应区在激光线上。当大坝振 生变化。 动时，传感器接受到激光的坐标就会发生变化，这些变化 2 GPS定位仪 通过信号一数字转换后传递给计算机系统处理，就能对大 坝的振动进行监视，对形变进行预知。 2．1 GPS定位仪工作原理 12] GPS接收机可接收到用于授时的准确至纳秒级的时 间信息；用于预报未来几个月 内卫星所处概略位置 的预 报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精 度为几米至几十米 (各个卫星不同，随时变化)；以及 GPS系统信息，如卫星状况等。