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水库清浑水界面探测器的研制与应用

时间:2022-10-05 15:35:01 研究生毕业论文 我要投稿
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水库清浑水界面探测器的研制与应用

  水库清浑水界面探测器的研制与应用

水库清浑水界面探测器的研制与应用

  摘要 介绍水库清浑水界面探测器的设计思路、技术原理和工作原理,总结该仪器的研究成果和实践成果,以为该仪器的开发和应用提供技术支持。

  关键词 水库异重流;清浑水界面;红外线;探测器

  为了进行水库异重流测验,开发研制清浑水界面仪。

  利用红外线报警原理,当仪器探头发出红外线经过含沙水层时,红外线感应信号发出报警确定水库异重流清浑水界面。

  该文主要介绍仪器的技术原理、工作原理和主要技术指标,以为仪器开发和使用提供技术帮助。

  1 设计思路

  异重流测验主要通过流速和含沙量变化确定清浑水界面。

  测验人员采用估计法采样,并用多次试探的方法探测跟踪异重流,用“试搓法”确定判断清浑水界面和浑水层的厚度。

  利用先进的光电感应探测含沙量的变化是设计的切入点,解决水库异重流测验中确定清浑水界面技术,本着技术先进、实用原则,通过大量试验研制了清浑水界面探测器[1]。

  2 技术原理

  2.1 对射式红外线光电传感器

  经过查阅大量的传感器资料,并选购几种不同特性的光电传感器进行室内试验,确定对射式光电传感器对含沙量的变化灵敏度最高,抗干扰性能也比较强。

  经过对光学系统的定位、水下密封处理,在模拟条件下可有效识别出清水和1.0 kg/m3含沙量浑水的交界面,而且重复性、稳定性均好。

  2.2 信息处理系统

  根据水库异重流测验工作经验,信息系统必须建立在无线信号发射与接收的基础上。

  如果采用电缆线传输信号,由于存在几十米电缆线的收放、挂水草问题,将给实际生产应用带来麻烦。

  因此,确定采用铅鱼吊索和水体构成的音频通道建立水下无线电交流信号发射、传输与接收系统。

  由于界面探测只检测1个量,为了使系统简单、可靠,接收机仅接收单频率的报警信号,以及时提示采样器取沙[2]。

  2.3 水下发射电路

  选用一块NE555和一块DTA2003功放电路为核心元件而组成的频率为2 MHz矩形波脉冲震荡电路。

  该电路元件少,电路板体积小,但功率大(5.0 W),可靠性高,便于在探测器中封装,减小水下密封仓的体积。

  2.4 水下密封仓

  将光电传感器、光学处理系统和交流信号发射电路封装在水下密封仓中并通过密封接线端子将信号引出密封仓外进行发射。

  光学系统必须保证发射与接收光电传感器光轴的同轴性,发射光束为平行光束,2只光学镜片的间距满足实验室率定的间距(80.0±0.1) mm。

  各环节和整个密封仓的耐水压指标为1.5 MPa(相当于水下150 m的工作压力)。

  2.5 探头外观

  由于水下密封和有利于探测水体需要,选用长条环形管状密封,发射端和接受端正好相对,加工制造方便,水下耐压性能好,结构牢固,入水阻力小。

  考虑到封装光电传感器和发射电路的需要,特设计光学密封仓、电路密封仓和电气连接必需的导管。

  密封仓内部的组装采用模块式、组合式方法将光学、电气和机械有机结合,实现优化设计的目标。

  3 工作原理

  清浑水界面探测器由水下探头和船上音频报警信号无线接收装置2个部分组成。

  水下(包括电池组、密封电源开关)探头主要由远红外光发射电路、远红外光接收电路、10 s定时电路、1.2 kHz信号发射和功放输出电路组成。

  船上音频报警信号无线接收装置由音频接收功放、喇叭等构成。

  水下光电传感器是经过光学处理、机械加工、水下密封等技术措施制成水下光电探头。

  水下电池组是经过水密封措施,将高能可充电池装在铅鱼肚子里,为光电探头提供电源。

  水下密封电源开关是经过液压密封措施加工成在1.5 MPa水压下工作的二位电源开关。

  水下发射系统采取了密封措施,保证正常工作。

  当水下探头在清水中时,远红外光能够在水中通过,光强鉴别电路输出关闭,船上接收装置无信号,喇叭不响;当探头进入到含沙量>1.0 kg/m3的浑水中时,远红外光被泥沙遮挡,光强鉴别电路输出打开,输出1.2 kHz音频信号,通过悬索和水体回路发送到船上。

  船上接收装置接收到1.2 kHz音频信号后放大输出,喇叭发出报警声响,表明已探测到浑水层,10 s后电路定时自动关闭,1.2 kHz音频信号输出进入待机状态,节约电能并让出信号的传输通道;当探头由浑水层提升到含沙量<1.0 kg/m3的清水中时,定时电路自动恢复为初始状态[3-4]。

  4 研究成果

  仪器主要是针对黄河小浪底水库异重流测验的实际生产问题经过技术创新研制成功的,主要用于探测水库异重流前锋、测量浑水层厚度、探测清浑水界面、指导泥沙采样等。

  为快速监测水库异重流的发生、发展过程,提高水库异重流测验精度,减轻人们的劳动强度,缩短测量时间,抓住水库“蓄清排浑”运用的最佳时机,起到了重要作用。

  5 实践应用

  自2004年以来,清浑水界面仪经过小浪底水库异重流测验中进行了生产试运用,并进行了连续、大量的生产作业。

  主要用于探测异重流前锋、测量浑水层厚度、探测清浑水界面指导泥沙采样等,取得了很好的应用效果。

  该仪器的使用大大减轻了人们的工作强度,同时也提高了工作效率和测验精度。

  仪器使用方便,测验人员不需要专业培训,仪器安装简便,适配不同颜色接线柱和线头对接,信号采用传统音响辨别,无干扰信号。

  该探测器的安装、使用方便,水密性好,可靠性高,在使用过程中实测最大水深80 m以上,对清浑水界面含沙量灵敏度<0.8 kg/m3一直未发生过漏水和电路故障,对水库异重流的测验具有很强的环境适应性。

  6 参考文献

  [1] 陈富安,王庆中,沈安文.光电式清浑水界面探测器研制[J].泥沙研究,2006(3):47-48.

  [2] 王庆中,陈富安,王秀清,等.清浑水界面探测器在水库异重流测验中的应用[J].人民黄河,2006,28(2):23,68.

  [3] 王庆中,陈富安,王秀清,等.光电传感器在水库测量中的应用[J].河南工业大学学报:社会科学版,2004(4):14-15.

  [4] 张路,罗澜,李宗琦,等.油水界面膜探测技术的研究[J].油田化学,2000,17(4):355-358.

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