一种水流诱发场地振动的监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种水流诱发场地振动的监测系统，属于水利水电工程、土木工程技术领域。本发明专利技术监测系统利用合理布置的传感器采集水流脉动和场地振动信号，通过对信号进行实时分析，判断场地振动是否由水流引起、得出场地振动传播路径、预测场地振动量级等信息，并根据分析结果，自动判断水流对场地的影响，发布预警信息和控制方式信息，有效控制场地振动现象。该监测系统通过对振动输入、输出以及传播路径的全过程监测，达到及时预测场地振动量级、有效控制场地振动大小、减少场地振动造成的破坏。

Monitoring system for vibration of field induced by water flow

The invention relates to a monitoring system for water flow induced site vibration, belonging to the technical field of water conservancy and Hydropower Engineering and civil engineering. The monitoring system by the arrangement of the sensor to collect the current ripple and the ground vibration signal, through the real-time analysis of the ground vibration signal, judging by water, whether caused by playing vibration propagation path, prediction of ground vibration magnitude information, and according to the analysis results, automatically determine the effect of flow on the site, warning information and release information control, effective control of ground vibration phenomenon. Through monitoring the whole process of vibration input, output and propagation path, the monitoring system can predict the magnitude of the vibration in time, effectively control the vibration of the site and reduce the damage caused by the vibration of the site.

【技术实现步骤摘要】
一种水流诱发场地振动的监测系统
本专利技术涉及一种水流诱发场地振动的监测系统，属于水利水电工程、土木工程

技术介绍
高坝大库工程是水资源综合利用和水能资源开发的需要，一直倍受世界各国重视。由于高坝大库泄洪落差大，高坝泄洪水流引起的水流脉动荷载，作用在泄流结构上，会诱发泄流结构和地基产生振动，这种振动会由地基向周边场地传递，遇到特殊的场地条件，会对振动产生“放大效应”，而场地上的房屋或其他建筑物又可能会对场地上的振动进行“二次放大”，经“多次放大”的场地振动会造成一定的环境危害，即对建筑物的结构安全和人的身体心理产生的不利影响。国外，俄罗斯Zhigulevskaya水电站1979年宣泄洪水时，曾引起了左岸陶里亚蒂市的场地和房屋强烈振动，甚至在距大坝左岸3km远处的居民楼也产生了可感的振动，振动使人出现焦虑，头晕，恶心等现象。国内，金沙江溪洛渡水电站曾在主汛期坝身4个深孔开启泄洪，坝区下游右岸混凝土拌合系统的制冰楼(为一栋5层钢结构建筑)发生了明显的振动。雅砻江二滩水电站也出现过泄洪引起的下游电厂管理用房明显振动的现象。金沙江向家坝水电站2012年10月首次下闸蓄水，距离其1.5km的县城出现了明显的振动，在较远处的局部场地振动甚至强于近坝区的地面振动，振动造成居民楼晃动，引起坝区和城区民众的不安。然而，水流诱发场地振动涉及振动输入(泄洪水流)和振动输出(场地)，振动传播路径复杂，目前对于水流诱发场地振动的监测方法手段未见报道，因此，需要建立一种有效地监测泄洪水流诱发场地振动监测系统，通过对振动输入、输出以及传播路径的全过程监测，达到及时预测场地振动量级、有效控制场地振动大小、减少场地振动造成的破坏。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种水流诱发场地振动的监测系统，利用合理布置的传感器采集水流脉动和场地振动信号，通过对信号进行实时分析，判断场地振动是否由水流引起、得出场地振动传播路径、预测场地振动量级等信息，并根据分析结果，自动判断水流对场地的影响，发布预警信息和控制方式信息，以有效控制场地振动现象。本专利技术提出的水流诱发场地振动的监测系统，包括：多个脉动压力传感器、多个振动传感器、多个数据无线发射装置和控制机房；所述的控制机房置于下游河道一侧的下游场地上，控制机房内设置有数据采集控制终端、数据分析处理终端和报警器；所述的多个脉动压力传感器分别置于坝体下方的泄洪结构中，用于采集不同泄流结构处的水流脉动压力随时间变化信号；所述的多个振动传感器，分别置于下游河道一侧的下游场地的各处，用于采集场地振动随时间变化信号，并将该信号通过无线装置发送至数据采集控制终端；所述的多个数据无线发射装置，分别置于坝体和下游场地上，用于通过无线网络接收脉动压力传感器和振动传感器采集的信号，并将该信号通过无线网络发送至机房内的数据分析采集终端；所述的数据采集控制终端，置于控制机房内，用于通过无线网络控制采集脉动压力传感器和振动传感器的数据，并控制数据采集时间和数据采集方式，数据采集方式为设定时间周期自动采集或人工手动采集；所述的数据分析处理终端，置于控制机房内，用于对采集信号进行实时分析，得到场地振动强度、场地振动主要振动频率、泄流结构方式与场地振动关系、泄流结构的合理性和泄流结构的泄流方式合理性，并将分析结果进行显示和保存；所述的报警器，置于下有场地控制机房内，用于接收数据分析处理终端发出的报警信号，并进行语音提示和动态仿真图形显示，或将语音提示和动态仿真图形通过数据无线发射装置发送至监测人员的手机上。本专利技术提出的水流诱发场地振动的监测系统，其优点是：本专利技术的监测系统，首次通过监测振动传播全过程，即振动输入端、输出端以及传播路径，建立振源与场地振动的联系，实现对场地振动振源进行分析、得出场地振动传播路径、预测场地振动量级等信息，并根据分析结果，自动判断水流对场地的影响，发布预警信息和控制方式信息，有效控制场地振动现象。附图说明图1是本专利技术提出的水流诱发场地振动智能监测系统的示意图。图2是本专利技术监测系统监测到的水流脉动压力和场地测点振动信号时间-小波能量谱示意图。图3是本专利技术监测系统监测到的水流脉动压力和场地测点振动信号交叉小波变换谱示意图。图1中，图1中，1坝体，2脉动压力传感器，3是泄洪结构，4是数据无线发射装置，5是下游河道，6是下游场地，7是振动传感器，8是控制机房，9是山体，10是水库。具体实施方式本专利技术提出的水流诱发场地振动的监测系统，其结构如图1所示，包括：多个脉动压力传感器2、多个振动传感器7、多个数据无线发射装置4和控制机房8。控制机房8置于下游河道5一侧的下游场地6上，控制机房8内设置有数据采集控制终端、数据分析处理终端和报警器；所述的多个脉动压力传感器2分别置于坝体下方的泄洪结构3中，用于采集不同泄流结构处的水流脉动压力随时间变化信号；所述的多个振动传感器7，分别置于下游河道5一侧的下游场地6的各处，用于采集场地振动随时间变化信号，并将该信号通过数据无线装置4发送至控制机房8内数据采集控制终端；所述的多个数据无线发射装置4，分别置于坝体1和下游场地6上，用于通过无线网络接收脉动压力传感器和振动传感器采集的信号，并将该信号通过无线网络发送至机房内的数据分析采集终端；所述的数据采集控制终端，置于控制机房内，用于通过无线网络控制采集脉动多个压力传感器和多个振动传感器的数据，并控制数据采集时间和数据采集方式，数据采集方式为设定时间周期自动采集或人工手动采集；所述的数据分析处理终端，置于控制机房内，用于对采集信号进行实时分析，得到场地振动强度、场地振动主要振动频率、泄流结构方式与场地振动关系、泄流结构的合理性和泄流结构的泄流方式合理性，并将分析结果进行显示和保存；所述的报警器，置于下有场地控制机房内，用于接收数据分析处理终端发出的报警信号，并进行语音提示和动态仿真图形显示，或将语音提示和动态仿真图形通过数据无线发射装置发送至监测人员的手机上。本专利技术的监测系统中，用于采集相关数据的多个脉动压力传感器2、多个振动传感器7合理排列布置在水流处的泄洪结构和下游场地，采集水流脉动以及场地振动信息，本专利技术的监测系统中，使用的脉动压力传感器可以是由航天部701研究所生产的型号为固化硅AK—3型的水压脉动传感器，振动传感器可以是由清华大学科教仪器厂生产的DP型地震式低频振动传感器。控制机房8内设置的数据采集控制终端将传感器上传的信号实时传输，至数据分析处理终端，实现远程实时动态监测。数据分析处理终端可实现数据的实时显示、采集、保存，各项指标的分析、提取和预警等。进行信号的时域分析、幅值域分析、频域分析以及时-频域分析等功能，通过分析，可判断场地振动是否由水流引起、得出场地振动传播路径、预测场地振动量级等信息。本专利技术的监测系统中，使用的报警器可以是天津大学提供的型号为ZF-1动态监测报警装置。下面结合附图详细说明本专利技术的检测系统，但应当说明的是，这些实施方式并非对本专利技术的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本专利技术的保护范围之内。以一个水电站泄洪水流诱发场地为例，介绍该系统应用情况。在本实施方式中，一种水流诱发场地振动智能监测系统，应用某水电站泄洪水流诱发场地振动现场，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水流诱发场地振动的监测系统，其特征在于包括：多个脉动压力传感器、多个振动传感器、多个数据无线发射装置和控制机房；所述的控制机房置于下游河道一侧的下游场地上，控制机房内设置有数据采集控制终端、数据分析处理终端和报警器；所述的多个脉动压力传感器分别置于坝体下方的泄洪结构中，用于采集不同泄流结构处的水流脉动压力随时间变化信号；所述的多个振动传感器，分别置于下游河道一侧的下游场地的各处，用于采集场地振动随时间变化信号，并将该信号通过无线装置发送至数据采集控制终端；所述的多个数据无线发射装置，分别置于坝体和下游场地上，用于通过无线网络接收脉动压力传感器和振动传感器采集的信号，并将该信号通过无线网络发送至机房内的数据分析采集终端；所述的数据采集控制终端，置于控制机房内，用于通过无线网络控制采集脉动压力传感器和振动传感器的数据，并控制数据采集时间和数据采集方式，数据采集方式为设定时间周期自动采集或人工手动采集；所述的数据分析处理终端，置于控制机房内，用于对采集信号进行实时分析，得到场地振动强度、场地振动主要振动频率、泄流结构方式与场地振动关系、泄流结构的合理性和泄流结构的泄流方式合理性，并将分析结果进行显示和保存；所述的报警器，置于下有场地控制机房内，用于接收数据分析处理终端发出的报警信号，并进行语音提示和动态仿真图形显示，或将语音提示和动态仿真图形通过数据无线发射装置发送至监测人员的手机上。...

【技术特征摘要】
1.一种水流诱发场地振动的监测系统，其特征在于包括：多个脉动压力传感器、多个振动传感器、多个数据无线发射装置和控制机房；所述的控制机房置于下游河道一侧的下游场地上，控制机房内设置有数据采集控制终端、数据分析处理终端和报警器；所述的多个脉动压力传感器分别置于坝体下方的泄洪结构中，用于采集不同泄流结构处的水流脉动压力随时间变化信号；所述的多个振动传感器，分别置于下游河道一侧的下游场地的各处，用于采集场地振动随时间变化信号，并将该信号通过无线装置发送至数据采集控制终端；所述的多个数据无线发射装置，分别置于坝体和下游场地上，用于通过无线网络接收脉动压力传感器和振动传感器采集的信号，并将该信号通过无线网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：张梦婕，张龑，秦韬，权锦，王丽珍，杨明祥，蔡思宇，马真臻，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11