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基于分布式光纤测温的渗流监测系统研究

作　者: 吴善荀
导　师: 段云岭
学　校: 清华大学
专　业: 水工结构
关键词: 分布式光纤测温渗流监测加热控制数据存储信号传输
分类号: TV698.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

渗流监测作为水利工程安全监测一个很重要的组成部分,特别是抽水蓄能电站大坝的渗流监测,有着重要的意义。基于分布式光纤测温系统的渗流监测是一种比较新的技术。相对于传统测温技术而言,该方法具有测点连续,测量准确,安装方便,环境适应能力强等优点。随着其技术的逐渐完善以及成本的降低,近年来得到了广泛的应用。本文介绍了分布式光纤测温技术的基本原理,并以西龙池抽水蓄能电站渗流监测系统为工程背景探讨该技术在大坝渗流监测应用上的问题,如温差~渗流流速关系、光缆加热方案、温度数据储存、通讯、监测信息发布等。本文通过渗流实验得到温差~渗流流量关系。实验以光缆为对象,以普通砂(渗透系数)为实验介质,设置渗流组与无渗流对照组,实验加热装置采用清华大学水利系研发的SCU681智能加热系统。由于实验为非均匀渗流场,本文采用模型计算的方式得到渗流流速与流量关系,并结合实验数据得到了不同加热、水温条件下的温差~渗流流速关系曲线。通过对曲线的分析发现,温差~渗流流速关系与加热、水温有关,但是以无渗流段光缆的温升作为基数,渗流段与无渗流段光缆温差与该基数的比值作为相对温差比,该比值与渗流流速关系跟加热、水温条件无关,其拟合公式具有一致性,可以作为工程应用参考。本文提出了采用20th Kelvin算法结合数据库的温度监测值存储方案,该方案将温度值(浮点数)转换为4位字符串,并将光缆各点单次温度监测值作为整体压缩存储,有效的节约了存储空间,同时方便了信息发布系统的快速查询。本文设计主控计算机与现场加温控制箱采用RS232电信号——光信号——RJ45电信号的通讯机制,该机制实现了设备的远程控制,具有稳定,抗干扰能力强等特点。本文多项技术已经成功应用于西龙池抽水蓄能电站渗流监测系统,运行状况良好。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-6
第1章绪论  6-17
  1.1 渗漏监测的意义  6-7
  1.2 渗漏监测技术  7-15
    1.2.1 基于电容式传感器的渗漏监测技术  7-8
    1.2.2 基于电法探测的渗漏监测技术  8-9
    1.2.3 基于电磁法探测的渗漏监测技术  9
    1.2.4 光纤布拉格光栅的温度传感原理  9-10
    1.2.5 分布式光纤测渗流  10-13
    1.2.6 国内外研究动态  13-15
  1.3 论文主要内容  15-17
    1.3.1 改进实验方法  15-16
    1.3.2 数据存储方案优化  16
    1.3.3 WEB 发布  16
    1.3.4 光缆加热  16-17
第2章光缆渗流试验  17-35
  2.1 实验背景与目的  17
  2.2 实验思路与设计  17-20
  2.3 渗流实验  20-31
    2.3.1 渗流及其对照组装置  20-22
    2.3.2 定水头装置  22-23
    2.3.3 流量量测装置  23-25
    2.3.4 加热装置  25-26
    2.3.5 温度量测装置  26-28
    2.3.6 温差~渗流流量关系  28-31
  2.4 渗透系数实验  31-35
    2.4.1 实验目的  31-32
    2.4.2 实验装置及步骤  32-33
    2.4.3 计算  33-34
    2.4.4 实验数据整理  34-35
第3章模型计算  35-54
  3.1 建模软件（GMS）介绍  35
  3.2 模型建立  35-38
  3.3 模型验证  38-40
  3.4 模型计算  40-44
  3.5 数据分析  44-54
    3.5.1 最大温差法  45-48
    3.5.2 对照组温差法  48-54
第4章分布式光纤测温系统在工程上的应用  54-72
  4.1 西龙池抽水蓄能电站工程概况  54-55
  4.2 坝体监测光缆布置  55-56
  4.3 硬件加热系统  56-60
    4.3.1 加热方案  57-58
    4.3.2 加热控制箱  58-60
  4.4 软件系统  60-72
    4.4.1 主控软件  60-64
    4.4.2 数据库  64-68
    4.4.3 WEB 信息发布系统  68-72
第5章结论及展望  72-74
  5.1 结论  72
  5.2 展望  72-74
参考文献  74-75
致谢  75-76
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  76

基于分布式光纤测温的渗流监测系统研究

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