基于？PSD？的大坝变形监测仪关键技术研究.pdfVIP

第 3期 水 利 信 息 化 N0．3 2016年 6月 腑 terResourcesInformatization June．，2016 DOI：10．19364j／．1674—9405．2016．03．009 基于PSD的大坝变形监测仪关键技术研究 梁永荣 ，吴健琨 ，王春树 (1．水利部南京水利水文 自动化研究所，江苏 南京 210012； 2．水利部水文水资源监控工程技术研究中心，江苏 南京 210012) 摘 要：为解决现有大坝变形监测仪器可靠性不高等问题 ，基于半导体位置传感器PSD，以静力水准仪为例， 在优化设计 电路的基础上，设计新型变形监测仪器系统 。通过系统一致性、稳定性和温度适应性实验，分析监 测仪器的测量精度 、温度适应性和测量 时间3个关键技术指标：测量精度 高迭 0．002mm，温度稳定性达到 0．001mm，测量时间短到 1S。实验证明，PSD式新型监测仪器优于现有的变形监测仪器。 关键词：PSD；大坝变形监测；静力水准仪；关键技术 中图分类号：TV698．2 文献标识码：B 文章编号：1674—9405r2016)03—0040—04 0 引言 由P衬底、PIN光电二极管及表面电阻组成，结构如 图 1所示。 变形监测是我国工程安全信息智能感知体系的 重要方式 。精确 的变形测量直接影响到堤坝 、高边 坡、地铁、高层建筑等基础设施 的监管，如果这些 工程失事 ，不仅意味着投资的损失和功能的失去， 而且将导致人 民生命财产的巨大损失和重大的生态 灾难，甚至影响社会的稳定。 目前 ，变形监测主要采用垂线坐标仪、引张线 仪、静力水准仪等实现 自动化测量 ”【。这些仪器在工 图 1 PSD结构 图 程应用中存在光源干扰严重、测量时问长、温度影 响大等缺点。针对这些 问题，研究了一种新型位置 当入射光斑照射到 PSD感光面上某一位置时， 相应于光能量的电荷在入射点产生，电荷通过 P型 传感器 PSD，其感光区域只与光源重心位置有关， 电阻层被电极收集 _3J。P型电阻层是均匀一体的电阻 响应时问短达 5US，分辨率高达 1um，光谱响应范 层，被电极收集到的光电流与入射点和电极间距成 围广达 380～1100nm。以静力水准仪为例，设计简 反 比。假设产生的总光 电流为 ，，2个信号电极上的 易测量电路，通过系统一致性、稳定性和温度适应 光 电流为 ，，L，忽略电极上的极小电阻，则 和 性试验，进行测量精度、温度适用性和测量时间3个 之和等于总光 电流 ，即 关键技术的研究，结果满足 电力行业标准要求，且 = + 。 (1) 优于同行业的监测仪器。