大坝安全监测

摘 要
大坝失事将造成不可挽回的损失，直接危及大坝下游人民生命财产的安全，因此，确保大坝安全运行十分重要。大坝安全自动化监测系统是监测大坝工程安全、提高设计水平和改进施工方法的行之有效的手段，对大坝安全实行自动化监测势在必行。本文进行了大坝安全自动化监测系统的研究，设计研制了一种新型的大坝安全自动化测控装置。
本大坝安全监测自动化系统设计采用分布式数据采集方式，主要由监测传感器、测控装置及监控主机三部分组成。监测传感器用于实时监测大坝的各种应力、渗流、变形以及环境量等的变化。测控装置则完成对所连接的各类监测传感器的输出信号进行采集、处理和存储，并实现与监控主机的通信等。监控主机对测控装置上传的资料进行运算处理，进一步分析大坝的运行状态，以有效地评估大坝的安全状况。
大坝安全监测自动化系统的监测项目和监测传感器繁多，为满足通用性的要求，本测控装置选取了具有代表性的几种监测传感器或仪器进行监测，主要有：差动电阻式传感器、振弦式传感器、静力水准仪、垂线坐标仪以及压阻式水位传感器等。文中详细介绍了所选传感器或仪器的监测项目及工作原理，并针对所选监测传感器的输出信号，设计了相应的接口电路及信号处理方法。在此基础上，从工程应用的角度对测控装置进行了总体设计，包括硬件处理电路和测量运算程序。
大坝安全监测系统分布范围广，测控装置工作环境恶劣，易受多种干扰的影响。因此，在测控装置的开发过程中，对测控系统可能受到的干扰和干扰的途径进行了分析，设计在装置的硬件和软件方面采取了防雷、抗干扰、防潮、温度补偿等多种有效措施，全面提高装置的可靠性和精确性。

关键词：传感器；大坝；安全监测；自动化；抗干扰
目 录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1 问题的提出 1
1.2 大坝安全监测的发展 2
1.2.1 大坝监测传感器的发展状况 2
1.2.2 大坝安全监测自动化系统的发展状况 3
1.3 本文所做的主要工作 6
第二章 大坝安全监测自动化系统简介 8
2.1 大坝安全监测自动化系统的特点 8
2.2 大坝安全监测自动化系统的设计原则 8
2.3 大坝安全监测自动化系统简介 9
第三章 本大坝安全监测自动化系统的构成 11
3.1 系统选型 11
3.1.1 系统数据采集方式选型 11
3.1.2 系统通信方式 13
3.2 系统硬件 13
3.3 系统软件 14
第四章 大坝安全监测传感器 16
4.1 差动电阻式传感器 17
4.1.1 差动电阻式传感器基本原理 17
4.1.2 差动电阻式传感器的接线方式及测量原理 19
4.2 振弦式传感器 20
4.2.1 振弦式传感器原理 20
4.2.2 振弦式传感器的激振方式 21
4.2.3 振弦式传感器的温度补偿 23
4.3 静力水准仪 23
4.3.1 差动变压器式位移传感器结构及工作原理 24
4.3.2 差动变压器式位移传感器的信号处理 25
4.3.3 静力水准仪工作原理 27
4.4 垂线坐标仪 27
4.4.1 差动电磁式传感器工作原理 28
4.4.2 垂线坐标仪工作原理 29
4.2.3 垂线坐标仪的标定 30
4.5 压阻式水位传感器 31
4.5.1 压阻效应 31
4.5.2 压阻式水位传感器原理 32
4.5.3 压阻式水位传感器信号处理 34
第五章 测控装置（MCU） 35
5.1 测控装置的主要功能 35
5.2 测控装置的组成及工作原理 35
5.2.1 差动电阻式传感器组的测量 36
5.2.2 振弦式传感器组的测量 37
5.2.3 静力水准仪组的测量 38
5.2.4 垂线坐标仪组的测量 39
5.2.5 压阻式水位传感器组的测量 40
5.3 测控系统的电磁兼容性设计 40
5.3.1 测控系统的防雷 40
5.3.2 测控系统的抗干扰 41
5.3.3 测控系统的电磁兼容设计 43
5.4 测控装置的防潮 43
5.5 测控装置的软件 44
5.5.1 测控装置主程序 45
5.5.2 传感器组测量子程序 46
5.6 测量结果及误差分析 52
5.6.1 差阻式传感器组测量误差分析 52
5.6.2 振弦式传感器测量结果及分析 52
5.6.3 位移传感器组测量误差分析 56
5.6.4 压阻式水位传感器测量结果及分析 56
5.7 测控装置的高性能 57
第六章 结论与展望 58
6.1 结论 58
6.2 展望 59
参考文献 60
致 谢 63