专利名称：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
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P )、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Δ L的拉伸变形，而另一组钢丝则会产生Δ L的压缩变形。在弹性范围内，￡ = Χ X f，其
Lj
中K为已知恒常数。而两根钢丝的电阻值分别为=,RI = PXl12^al 。
ss
竺一 ι
因此==尺X R1 m ,即ε是电阻比m的单一函数，通过测量电阻比
1 2(1 + ^-)(I)
R2R2
Dl
(；)就能实现对应变量ε的测量。 KZ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AL的拉伸变形，在弹性范围内，￡ = iCX*，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f、++ ，其中E
ν PvLLLL
是钢弦的弹性模量，P ,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εΝ，Ν=1、2、…η，用模拟 传感器产生T时刻的校验信号ε。，并设定所述模拟传感器的真值为ε ζ，所述装置的测量 误差为S ；比较T时刻的校验信号、与真值ε ζ的差值，如I εε-εζ| ^ δ，该时刻的所 采集测量信号ε Ν为有效测量值，如I εε-εζ| > δ，该时刻的所采集的测量信号ε Ν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
ο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 ζ，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、，该校验信号￡。应与真值εζ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I εε ζ| < 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 Ν为有效测量值，反之， 如I、_εζ| > δ，该时刻所采集的测量信号ε ,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。


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。
具体实施例方式实施例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
4Rsl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Rsl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Rsl和Rs2的阻值固定且已知，因此模拟传
--1
感器的测量信号真值εζ可以计算获得=Kx Rs2 ，由于K、Rsl和Rs2均是已知
2O
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 ,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、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 Ν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εc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、和真值ε 2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、与真值ε ζ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 J (、该时刻所采集N路测量信号ε Ν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I> δ，该时
刻所采集的测量信号ε Ν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Rsl、Rs2均为50 Ω精密电阻，两者串联连
接，差阻式模拟器适用公式
权利要求
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，所述系统中的N个传感器在T时刻产生N路测量信号εN，N＝1、2、…n，其特征在于用模拟传感器产生T时刻的校验信号εC，并设定所述模拟传感器的真值为εz，所述装置的测量误差为δ；比较T时刻的校验信号εC与真值εz的差值，如|εC εZ|≤δ，该时刻的所采集测量信号εN为有效测量值，如|εC εZ|＞δ，该时刻的所采集的测量信号εN为无效测量值。
2.根据权利要求1所述的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，其特征在于所述模拟传感器为差阻式模拟传感器或振弦式模拟传感器。
3.根据权利要求2所述的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，其特征在于所述差阻式模拟传感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。
4.根据权利要求2所述的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，其特征在于所述振弦式模拟传感器是一个频率发生器。
全文摘要
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εN，N＝1、2、…n，用模拟传感器产生T时刻的校验信号εC，并设定所述模拟传感器的真值为εz，所述装置的测量误差为δ；比较T时刻的校验信号εC与真值εz的差值，如|εC-εZ|≤δ，该时刻的所采集测量信号εN为有效测量值，如|εC-εZ|＞δ，该时刻的所采集的测量信号εN为无效测量值。本发明在所述采集装置中设置模拟传感器，以产生校验信号，该校验信号与该模拟传感器固定的对应电器特性的真值εZ比较，如超过采集装置设定的误差δ范围，表明系统硬件已出现故障，所采集的数据不可采用，以便操作人员及时排除系统故障，保证测量数据的准确可靠。
文档编号G01D18/00GK101936754SQ20101027155
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者毛良明 申请人:南京卡尔胜水电科技有限公司