以温度为示踪剂探测堤坝渗漏通道位置的系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种探测堤坝渗漏通道位置的系统，属于水利水电工程技术领域。该实用新型专利技术的系统包括Ｎ个温度传感器、信号获取装置、信号融合处理装置、控制系统以及数据终端装置，Ｎ为自然数；其中Ｎ个温度传感器均匀分布设置在堤坝的坝体内，分别与信号获取装置连接，信号获取装置、信号融合处理装置、控制系统以及数据终端装置依次串接。采用铂电阻ＰＴ１０００作为感温元件，由控制系统控制网络节点切换，实施温度传感器的循环监测，从而实现整个堤坝断面的温度探测。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种探测提坝渗漏通道位置的系统，属于水利水电工程技术领 域。技术背景我国先后研制了基于时间域电磁法、自然电场法、电阻率法、地震波、雷达波等方 法的提坝隐患探测仪器。同时河海大学研究的同位素测井技术、天然示踪技术和中南大学 提出的“流场法”经工程实践验证，能有效发现提坝隐患。传统的地球物理勘探法探测渗漏 通道，不仅成本高，而且探测精度低；同位素示踪法探测提坝渗漏精度虽高，但属于有损探 测，且国内外对放射性元素使用限制较多；温度示踪法探测提坝渗漏有着简便易行，探测精 度高且无污染的特点。温度探测提坝渗漏隐患的研究，是由地温研究发展而来的。我国温 度示踪探测提坝渗漏隐患的研究，经历了定性分析判断和初步理论探索阶段。在定性分析 判断阶段，主要利用钻孔中水的温度判断坝体的温度分布情况。根据温度异常点，判断坝体 渗漏隐患埋深和规模等参数。初步理论探索阶段，主要是依据热传导理论结合坝体的情况， 建立了理想情况下的温度场探测模型，并初步尝试了应用理论模型解决工程实际问题。然 而，由于提坝边界条件的复杂性以及渗漏情况的多样性，该理论目前仍处于探索阶段。以温 度探测提坝渗漏隐患不会造成环境污染，亦可以达到良好的效果，但是目前还未有一套完 整的系统来进行温度的探测分析，对于等温线绘制大部分也以手工绘制为主，本技术 设计了硬件软件，自成了一套完整的探测系统，依靠软件可自动绘制等温线图，对判断提坝 的渗漏通道位置给出了很好的依据。
技术实现思路
技术目的本技术的所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种以温度为示 踪剂的探测提坝渗漏通道位置的系统。技术方案本技术为实现上述技术目的采用如下技术方案一种以温度为示踪剂探测提坝渗漏通道位置的系统，包括N个温度传感器、信号 获取装置、信号处理装置、控制系统、数据传送装置以及数据终端装置，N为自然数；其中N 个温度传感器均勻分布设置在提坝的坝体内，分别与信号获取装置连接，信号获取装置、信 号处理装置、控制系统、数据传送装置以及数据终端装置依次串接。进一步，本技术以温度为示踪剂探测提坝渗漏通道位置的系统中温度传感器 为 PTIOOOo进一步，本技术以温度为示踪剂探测提坝渗漏通道位置的系统中信号获取装 置为可调零的电桥电路。进一步，本技术以温度为示踪剂探测提坝渗漏通道位置的系统中信号处理装置为差分放大电路、一阶有源低通滤波电路和高精度模数转换电路，其中差分放大电路依 次连接一阶有源低通滤波电路和高精度模数转换电路。进一步，本技术以温度为示踪剂探测提坝渗漏通道位置的系统中数据终端装 置为计算机系统。进一步，本技术以温度为示踪剂探测提坝渗漏通道位置的系统中控制系统为 以单片机4051。本技术的基本原理是鉴于库水的温度往往与坝体的温度存在差异，若坝体存在渗漏通道，在渗流的作 用下，会打破原有的温度分布，形成渗流作用下的温度分布。在此结合图形技术及软件技 术，研制渗流作用下，提坝温度分布曲线，即绘制提坝温度场的等温线。鉴于坝体的纵剖面的形状及温度传感器网络节点的分布，本方法采用矩形网格法 绘制温度等值线。即将坝体的纵剖面划分成若干个小网格，且尽量不要使网格点与温度传 感器网络节点重合。先读入原始数据，进而进行数据网格化，然后进行等温点搜寻及等温线 追踪，最后进行等温线的绘制。有益效果1、本技术利用温度为示踪剂的提坝智能测渗仪器，不会对环境造成污染，也 不会对操作人员的健康产生危害，且造价低廉，容易实现；2、利用本技术的探测方法进行参数探测时，不需要进行钻孔等操作，具有更 广泛的适用性；3、本技术基于地下水流速的对流传热模型，温度分布具有很好的规律性与稳 定性，使探测结果准确，且重复性好；4、本技术采用高精度温度传感探头，温度测量准确，测量结果精度有很好的 保证。本技术操作简单，便于工作人员所掌握；5、本技术实用性高，有很高的使用价值；6、本技术所绘制的等温线较为精确，能够较为准确的判定渗漏通道的位置， 可以在工程中得到广泛的应用。附图说明图1是本技术的提坝渗漏通道位置探测的方法框图。图2为提坝渗漏通道位置探测的控制模块主流程图。图3为提坝渗漏通道位置探测中测量模块流程图。图4为等温线绘制流程图。图5是本技术中绘制的等温线图。图6是本技术所述探测系统的硬件图。具体实施方案以下结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述如图1所示，本技术所述的提坝渗漏通道位置探测的方法框图。可分为两部 分，一为测量控制，另一个为分析。在测量控制中通过对温度值进行数据采集，然后得到温度数值，最后保存数据。分析过程中，通过之前保存的数据生成等温线判断提坝渗漏通道的 位置及规模。图2为提坝渗漏通道位置探测的控制模块主流程图。用户首先进行参数设置，主 要包括通讯设置和测量模式设置，其中测量模式设置可以选择自动测量和手动测量模式， 设置完毕后发出开始测量命令，系统就开始一轮温度测量，测量结果自动录入计算机软件 系统；之后用户可以选择数据的保存和进一步处理。图3为提坝渗漏通道位置探测中测量模块流程图。软件系统收到用户的探测命令 后，根据用户设置的探测模式，控制硬件探测系统开始探测，探测结果发回计算机系统，计 算机进行温度值计算，然后通过列表的形式显示温度值，最后可以根据温度值，自动绘制等 温线图，用户可以根据等温线图中显示的温度异常点，判断渗流通道的位置。图4为等温线绘制流程图。首先，系统根据读入的温度数据，进行网格化，对网格 中的温度值进行等温点搜索，然后追踪等温线，最后绘制等温线。图5为通过工程所得数据，利用此软件绘制的等温线。图中以坝体纵剖面的左下 角为坐标原点建立坐标系，其尺寸单位为cm。在图中，可以明显地看到，在(110，120)处， 存在明显的温度异常区域，且温度异常区往110-方向延伸。同时，在提坝的纵剖面的上部， 温度基本呈层状分布。可以初步判断，在提坝的(110，120)存在强渗漏区。图6所示，为本技术的系统总体图。(1)、在建坝时在坝体内埋设若干温度探 头；(2)、在坝建成后，实时记录各个探头的温度值；(3)、根据各个探头的温度，分析判断提 坝渗漏通道的位置及规模。本技术所述的利用温度作为示踪剂的提坝智能探测系统，温度底层信号经获 取和融合处理后，由控制系统将温度数据传输至数据终端。鉴于构建的温度测渗网络包含 多个温度探测节点，本系统由控制系统，控制网络节点切换，实施温度传感器的循环监测， 从而实现提坝断面的温度探测。本技术以PT1000作为温度探头，先将温度信号转换成电信号，采用MAX197 进行A/D转换，经过滤波电路将信号送入单片机，单片机将接收到的信号经串口发送给 MAX485芯片，MAX485芯片将单片机的TTL电平转换成差分信号，经A、B端向485转USB模 块发送，485转USB模块接收A、B差分信号，解析单片机发送的数据。其中温度探测网络节 点的切换采用模拟开关(CD4051)作为切换元件。利用自行编写的软件，显示出温度探测到 的温度值。经过分析，可判断出提坝渗漏通道的位置及规模。本技术无须钻孔进行探 测，可直接将温度探头埋置在坝体内，减少监测过程的工程量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以温度为示踪剂探测堤坝渗漏通道位置的系统，其特征在于：包括Ｎ个温度传感器、信号获取装置、信号处理装置、控制系统、数据传送装置以及数据终端装置，Ｎ为自然数；其中Ｎ个温度传感器均匀分布设置在堤坝的坝体内，分别与信号获取装置连接，信号获取装置、信号处理装置、控制系统、数据传送装置以及数据终端装置依次串接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，陈亮，王宇铭，付长静，闫晓璐，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]