大坝安全监测自动化数据采集装置的测量数据在线自校方法

摘要

本发明涉及大坝安全监测自动化数据采集装置的测量数据在线自校方法，该方法是，所述系统中的N个传感器在T时刻产生N路测量信号ε

说明书

技术领域

本发明涉及大坝和岩土工程的安全监测，尤其涉及大坝安全监测自动化数据采集装置的测量数据在线自校方法。

背景技术

在对大坝和岩土工程的安全监测中，通常采用差阻式、振弦式(或称钢弦式)等安全监测仪器监测大坝和岩土工程的应力应变、温度、接缝开度、渗漏和变形等测量信号，用以分析判断大坝或岩土工程的安全。

差阻式应变计是由2根相同材质(电阻率相同均为ρ)、相同截面积(均为s)的钢丝配对组成，2根钢丝初始长度相等，钢丝总长为L，在感知外界作用力ε(可以是大坝和岩土工程的应力应变、温度、接缝开度、渗漏和变形等测量信号)的时候，其中一组钢丝会产生ΔL的拉伸变形，而另一组钢丝则会产生ΔL的压缩变形。在弹性范围内，其中K为已知恒常数。而两根钢丝的电阻值分别为因此：即ε是电阻比的单一函数，通过测量电阻比就能实现对应变量ε的测量。

振弦式传感器由一根两端固定、均质的钢弦组成。钢弦长度为L，在感知外界作用力ε(可以是大坝和岩土工程的应力应变、温度、接缝开度、渗漏和变形等测量信号)的时候，钢弦会产生ΔL的拉伸变形，在弹性范围内，其中K为已知恒常数。钢弦的机械振动固有频率f可以按如下公式获得：其中E是钢弦的弹性模量，ρ_v是钢弦的密度，λ是钢弦材料的泊松系数，这些均是定常数，因此ε是f的单一函数，通过测量f就能实现应变量ε的测量。

安全监测仪器的测量数据通常由安全监测自动化数据采集装置定期地采集和存储，完成对大坝和岩土工程监测所需的信号采集。所述安全监测自动化数据采集装置对这些采集的信号进行处理、形成用以评判和预测大坝和岩土工程是否安全的依据。

大坝和岩土工程安全至关重要，不能误判，因此保证监测数据的正确可靠，就非常重要。要保证所采集的监测数据正确可靠，首先必须保证数据采集系统运行正常，测量基准准确，才能保证采集测量的数据准确可靠。但是，现有数据采集系统的基准只是在出厂前的生产和调试过程中进行校准，安装到现场后即投入在线运行。其采集数据的准确性决定于出厂前的校准，有的系统虽然采用一些软件对所采集的数据通过超限检验等方法进行数据准确性检验，在一定程度能保证数据的准确性，但这种检验并不完备，不能及时将数据采集装置中的异常数据予以标识或剔除，最终影响数据处理的准确性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中不能将系统非正常状态下采集的数据及时分辨加以去除，以致影响测量数据的准确性的缺陷，提供的一种大坝安全监测自动化数据采集装置的测量数据在线自校方法，其技术方案如下：

所述系统中的N个传感器在T时刻产生N路测量信号ε_N，N＝1、2、…n，用模拟传感器产生T时刻的校验信号ε_C，并设定：所述模拟传感器的真值为ε_z，所述装置的测量误差为δ；比较T时刻的校验信号ε_C与真值ε_z的差值，如|ε_C-ε_Z|≤δ，该时刻的所采集测量信号ε_N为有效测量值，如|ε_C-ε_Z|＞δ，该时刻的所采集的测量信号ε_N为无效测量值。

所述方法的进一步设计在于，模拟传感器为差阻式模拟传感器或振弦式模拟传感器。

所述方法的更进一步设计在于，差阻式模拟传感器是一由两电阻串接形成的电路，测量端分别从该电路的两端及两电阻连接端引出。

所述方法的更进一步设计在于，振弦式模拟传感器是一个频率发生器。

本发明方法在采集检测信号的同时采集模拟传感器的校验信号，以此获得该时刻所述采集装置的工作状态的信息，保证采集检测信号是在采集装置处于正常工作状态下获得的，以防止采集装置在非正常状态下采集的无效数据，形成对正常状态下所采集的有效数据的干扰，保证采集的数据准确可靠。

本发明利用高精度元器件作模拟传感器，来模拟对应的电气特性，并以其标准状态下的值作为真值ε_z，在大坝安全监测自动化数据采集装置采集测量数据时也采集到该时刻由模拟传感器传送对应的电气特性的校验信号ε_C，该校验信号ε_C应与真值ε_z有一合理差值范围，及上述采集装置所规定的测量误差δ如|ε_C-ε_z|≤δ，则表明安全监测自动化数据采集装置该时刻所采集的ε_C为有效测量值，同时推论安全监测自动化数据采集装置该时刻的测量准确度是可信的，因此判定该时刻的测量信号ε_N为有效测量值，反之，如|ε_C-ε_z|＞δ，该时刻所采集的测量信号ε_N为无效测量值。这样实现了大坝安全监测自动化数据采集装置精度的在线校验，对无效测量值进行即时报警、显示并存储，以便及时进行故障排除和实现系统维护。

附图说明

图1是差阻式模拟传感器的等效电路。

图2是安全监测自动化数据采集装置的结构框图。

具体实施方式

实施例1

本实施例的模拟传感器是一种差阻式模拟传感器，由两个固定阻值的精密电阻Rs1和Rs2来替代现有差阻式传感器由2根相同材质、相同截面积的钢丝。按照差阻式传感器的等效电路串联起来，如图1。电阻Rs1和Rs2串接形成差阻式电路，该电路的两端及两电阻连接端引出1、2、3、4、5五个测量端。由于Rs1和Rs2的阻值固定且已知，因此模拟传感器的测量信号真值ε_z可以计算获得：由于K、Rs1和Rs2均是已知定常数，因此ε_z也为定常数。

对照图2，数据采集装置中N个传感器在T时刻采集到N路测量信号ε_N，其中N＝1、2、…n。N路测量信号ε_N经通道输入接口输送到前置滤波电路模块，经滤波处理后与由模拟传感器形成的校验信号ε_C一起输送到通道控制与选择电路模块。通道控制与选择电路模块受单片机控制器的控制，根据程序存储器中设定的程序对输入的N路测量信号按序一一处理，第N路通道的测量信号ε_N先通过激励电路产生相应的电信号输出，经过滤波整形放大电路，然后由AD转换器转变为数字信号，输入单片机控制器，被保存在数据存储器。由模拟传感器获取的测量数据即校验信号ε_C同样经过滤波整形放大电路处理后由AD转换器转变为数字信号，输入到单片机控制器被保存在数据存储器，并且单片机控制器对校验信号ε_C和真值ε_z进行差值比较。在正常状态下的某一T时刻，该模拟传感器所测量到的信号ε_C与真值ε_z应相当接近，两者的差值在一规定的误差δ范围内，如|ε_C-ε_z|≤δ，该时刻所采集N路测量信号ε_N为有效测量值，表明安全监测自动化数据采集装置该时是正常工作状态，所采集的测量信号是准确可信的。如|ε_C-ε_z|＞δ，该时刻所采集的测量信号ε_N为无效测量值，表明安全监测自动化数据采集装置该时是非正常工作状态，所采集的测量信号是不准确且不可信的。

例如本实施例中的差阻式模拟器的电阻Rs1、Rs2均为50Ω精密电阻，两者串联连接，差阻式模拟器适用公式由于因此得ε_z＝0，若给定误差δ＝0.1％，由安全监测自动化数据采集装置获得该差阻式模拟传感器的测量数据为ε_C进行差值校核，若数值|ε_C-ε_z|≤0.1，即|ε_C|≤0.1％，则表示数据采集装置处于正常状态，保存该测量值。若数值|ε_C|＞0.1％，表明数据采集装置硬件已出现故障，数据采集装置给出报警信息，并保存该测量值。最终测量数据由通信接口输出到终端设备，如显示器、报警器等。这样保证了传感器采集数据是可靠准确的从而可防止数据采集装置在非正常状态下所获取的数据对正常状态下所获取的正确数据的干扰，大大提高安全监测自动化数据采集装置数据采集的准确性和可靠性。一旦数据采集装置硬件出现故障，操作人员可及时排除，对系统进行良好的维护。

实施例2

本实施例与上述实施例基本相同，不同之处仅在于的模拟器，本实施例采用的是振弦式模拟传感器，是一高精度的钢弦频率发生器。该频率发生器的输出频率为固定值fs，由于fs是固定值且已知，因此模拟传感器的测量信号真值ε_z可以由公式解算出再由获得ε_z，由于K和fs均是已知定常数，因此ε_z也为定常数。

结合图2，该模拟器采集的测量信号即校验信号ε_C与数据采集装置中N个传感器在T时刻采集到N路测量信号ε_N一起输送到通道控制与选择电路模块。这些信号与上述实施例一样按设定顺序一一处理。同样，由模拟传感器获取校验信号ε_C经单片机控制器处理被保存在数据存储器，并且单片机控制器对校验信号ε_C和真值ε_z进行差值比较。如|ε_C-ε_z|≤δ，该时刻所采集N路测量信号ε_N为有效测量值。如|ε_C-ε_z|＞δ，该时刻所采集的测量信号ε_N为无效测量值。其过程与上述实施例相同，不再赘述。