一种河床冲刷深度实时监测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及测量仪器技术领域，公开了一种河床冲刷深度实时监测系统，包括桥墩、测量弦、激振装置和振动检测装置，桥墩的底端伸入河床中，使桥墩具有位于河床土层中的部分、位于水中的部分以及位于水面上的部分，测量弦的顶端与桥墩位于水中的部分固定连接，测量弦的底端伸入河床土层中并固定，使测量弦具有位于水中的部分以及位于河床土层中的部分，激振装置与测量弦位于水中的部分连接，激振装置用于产生激励以使测量弦发生振动，振动检测装置用于检测测量弦的振动频率，测量精度高，稳定可靠，且实时性强。本发明专利技术还提供一种基于上述河床冲刷深度实时监测系统的监测方法。深度实时监测系统的监测方法。深度实时监测系统的监测方法。

【技术实现步骤摘要】
一种河床冲刷深度实时监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及测量仪器
，特别是涉及一种河床冲刷深度实时监测系统及方法。

技术介绍

[0002]冲刷深度是指由于大流量和高流速水流对河床造成的侵蚀深度，一般在墩台与河床结合处会因局部冲刷形成较大的冲刷坑，会对墩台建筑物寿命造成较大损害。因此，在面对高速水流冲刷或洪涝灾害造成的短时间内的超高速冲刷时，对于河床的冲刷深度的实时监测有着重大的意义。而现目前国内外对于河床深度的监测主要采用人工监测方法，并采用声呐、雷达等仪器探测方法作为辅助。但上述方法都会耗费较长时间，在遭遇洪涝灾害等极端条件时，由于其方法的局限性，几乎无法进行有效的实时监控。并且，雷达、声呐等工程常用河床冲刷深度测量仪器，测精度不够，无法稳定使用，成本高，安装、调试和操作不易。
[0003]中国专利技术专利CN112082527B公开了一种河床冲刷深度实时监测系统，包括河床，河床及其两岸围成河道，河道上方具有固定结构，固定结构向下连接有若干红色的连接丝，各连接丝均沿竖向方向设置；连接丝采用碳纤维丝，各连接丝的下端均固定连接有浮球，浮球的密度小于等于0.2克/立方厘米；各浮球分别预埋在河床内的预定深度；各连接丝顶部分别连接有指示牌，指示牌用于指示相应浮球的预埋深度。本专利技术避免了重力探杆因阻挡水流而带来的偏差，也避免了声纳系统的高昂成本以及无法直接观察等缺陷。本专利技术利用浮力原理，实现在结果准确的同时能够使工作人员方便而直观地看到河床冲刷的变化情况，同时工作人员也可在显示屏上观察并随时查看记录的河床冲刷情况。该专利需要在河床中预埋多个不同深度的浮球，只要冲刷深度达到浮球所在的埋藏深度，浮球浮起，才能通过相应的深度指示牌得到冲刷深度，但是浮球与浮球之间是间隔设置的，当冲刷深度位于上一个浮球和下一个浮球之间，是无法得到此时的冲刷深度的，因此，该专利的冲刷深度测量实时性差，并且该专利需要摄像头来捕捉指示牌、浮球和连接丝的影像，但是浮球浮起后，其飘荡的方向是任意的，难以看清，并且当河床较宽时，摄像头捕捉的影像模糊，影响监测结果，另外摄像头也容易被遮挡，使用不方便。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种测量精度高、实时性强、稳定可靠的河床冲刷深度实施监测系统及方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种河床冲刷深度实时监测系统，包括桥墩、测量弦、激振装置和振动检测装置，所述桥墩的底端伸入河床中，使所述桥墩具有位于所述河床土层中的部分、位于水中的部分以及位于水面上的部分，所述测量弦的顶端与所述桥墩位于水中的部分固定连接，所述测量弦的底端伸入所述河床土层中并固定，使所述测量弦具有位于水中的部分以及位于河床土层中的部分，所述激振装置与所述测量弦位于水中的部分连接，所述激振装置用于产生激励以使所述测量弦发生振动，所述振动检测装置用于
检测所述测量弦的振动频率。
[0006]作为优选方案，所述振动检测装置包括振幅检测器和分析器，所述振幅检测器与所述分析器通信连接，所述振幅检测器连接在所述测量弦位于水中的部分上，所述振幅检测器用于检测所述测量弦的振幅，所述分析器用于根据所述振幅检测器检测到的所述测量弦的振幅随时间的变化计算所述测量弦的振动频率。
[0007]作为优选方案，所述振幅检测器为振动加速度传感器。
[0008]作为优选方案，所述分析器为频谱分析仪。
[0009]作为优选方案，所述激振装置包括壳体、电磁铁、衔铁和电源，所述电磁铁和电源安装于所述壳体内，所述电源与所述电磁铁电连接，所述衔铁安装在所述测量弦上。
[0010]作为优选方案，所述测量弦的底端与所述桥墩固定。
[0011]作为优选方案，所述测量弦的底端设有桩体，所述桩体用于插入河床土层。
[0012]本专利技术还提供一种河床冲刷深度实时监测方法，包括：将测量弦的两端固定，使测量弦具有位于河床土层中的部分以及位于水中的部分；通过激振装置使测量弦发生振动；检测测量弦振动的频率；根据测量弦的振动频率计算测量弦位于水中的长度；根据计算得到的测量弦位于水中部分的长度减去测量弦位于水中的长度初始值，得到河床冲刷深度。
[0013]作为优选方案，设河床冲刷深度为，测量弦位于水中的长度初始值为，测量弦位于水中部分的长度为，测量弦的振动频率为，则：其中，m为测量弦单位长度的质量，p为测量弦所受张力。
[0014]作为优选方案，检测测量弦的振幅，获得测量弦的振幅随时间的变化，通过频谱分析获得测量弦的振动频率。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过将测量弦的两端固定，使测量弦具有位于水中的部分和位于河床土层中的部分，当测量弦的两端固定，根据测量弦的材料、总长度、直径、弹性等，即可得到该测量弦的张力，在使用时，通过激振装置，使测量弦发生振动，此时，测量弦位于水中的部分振动，而测量弦位于河床土层中的部分不振动，采集测量弦此时的振动频率，根据弹性体的振动原理，测量弦此时的振动频率与其此时的有效振动长度有关，根据测量弦此时的振动频率可求测量弦此时的有效振动长度，即可求测量弦此时位于水中的部分的长度，用测量弦此时位于水中的部分的长度减去测量弦初始位于水中的长度值即可求得河床此时的冲刷深度。本专利技术求出的是此时确切的河床冲刷深度值，实时性强，并且不受电阻、温度等的影响，测量精度高，稳定可靠，成本低。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例的河床冲刷深度实时监测系统的第一结构示意图。
[0017]图2是本专利技术实施例的河床冲刷深度实时监测系统的第二结构示意图。
[0018]图3是本专利技术实施例的河床冲刷深度实时监测方法的流程图。
[0019]图中，100
‑
桥墩；200
‑
测量弦；300
‑
激振装置；310
‑
壳体；320
‑
电磁铁；330
‑
衔铁；400
‑
振动检测装置；410
‑
振幅检测器；420
‑
分析器；500
‑
桩体。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0021]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0022]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种河床冲刷深度实时监测系统，其特征在于，包括桥墩（100）、测量弦（200）、激振装置（300）和振动检测装置（400），所述桥墩（100）的底端伸入河床中，使所述桥墩（100）具有位于所述河床土层中的部分、位于水中的部分以及位于水面上的部分，所述测量弦（200）的顶端与所述桥墩（100）位于水中的部分固定连接，所述测量弦（200）的底端伸入所述河床土层中并固定，使所述测量弦（200）具有位于水中的部分以及位于河床土层中的部分，所述激振装置（300）与所述测量弦（200）位于水中的部分连接，所述激振装置（300）用于产生激励以使所述测量弦（200）发生振动，所述振动检测装置（400）用于检测所述测量弦（200）的振动频率。2.根据权利要求1所述的河床冲刷深度实时监测系统，其特征在于，所述振动检测装置（400）包括振幅检测器（410）和分析器（420），所述振幅检测器（410）与所述分析器（420）通信连接，所述振幅检测器连接在所述测量弦（200）位于水中的部分上，所述振幅检测器用于检测所述测量弦（200）的振幅，所述分析器（420）用于根据所述振幅检测器检测到的所述测量弦（200）的振幅随时间的变化计算所述测量弦（200）的振动频率。3.根据权利要求2所述的河床冲刷深度实时监测系统，其特征在于，所述振幅检测器（410）为振动加速度传感器。4.根据权利要求2所述的河床冲刷深度实时监测系统，其特征在于，所述分析器（420）为频谱分析仪。5.根据权利要求1所述的河床冲刷深度实时监测系统，其特征在于，所述激振装置（...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭源，肖劲卿，王响，杨义晨，杨加豪，陈鹏锦，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：