[发明专利]以温度为示踪剂探测堤坝渗漏通道位置的系统及方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种探测堤坝渗漏通道位置的系统及方法，属于水利水电工程技术领域。

背景技术：

我国先后研制了基于时间域电磁法、自然电场法、电阻率法、地震波、雷达波等方法的堤坝隐患探测仪器。同时河海大学研究的同位素测井技术、天然示踪技术和中南大学提出的“流场法”经工程实践验证，能有效发现堤坝隐患。传统的地球物理勘探法探测渗漏通道，不仅成本高，而且探测精度低；同位素示踪法探测堤坝渗漏精度虽高，但属于有损探测，且国内外对放射性元素使用限制较多；温度示踪法探测堤坝渗漏有着简便易行，探测精度高且无污染的特点。温度探测堤坝渗漏隐患的研究，是由地温研究发展而来的。我国温度示踪探测堤坝渗漏隐患的研究，经历了定性分析判断和初步理论探索阶段。在定性分析判断阶段，主要利用钻孔中水的温度判断坝体的温度分布情况。根据温度异常点，判断坝体渗漏隐患埋深和规模等参数。初步理论探索阶段，主要是依据热传导理论结合坝体的情况，建立了理想情况下的温度场探测模型，并初步尝试了应用理论模型解决工程实际问题。然而，由于堤坝边界条件的复杂性以及渗漏情况的多样性，该理论目前仍处于探索阶段。以温度探测堤坝渗漏隐患不会造成环境污染，亦可以达到良好的效果，但是目前还未有一套完整的系统来进行温度的探测分析，对于等温线绘制大部分也以手工绘制为主，本发明设计了硬件软件，自成了一套完整的探测系统，依靠软件可自动绘制等温线图，对判断堤坝的渗漏通道位置给出了很好的依据。

发明内容

发明目的：

本发明的所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种以温度为示踪剂的探测堤坝渗漏通道位置的系统及方法。

技术方案：

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种以温度为示踪剂探测堤坝渗漏通道位置的系统，包括N个温度传感器、信号获取装置、信号处理装置、控制系统、数据传送装置以及数据终端装置，N为自然数；其中N个温度传感器均匀分布设置在堤坝的坝体内，分别与信号获取装置连接，信号获取装置、信号处理装置、控制系统、数据传送装置以及数据终端装置依次串接。

进一步，本发明以温度为示踪剂探测堤坝渗漏通道位置的系统中温度传感器为PT1000。

进一步，本发明以温度为示踪剂探测堤坝渗漏通道位置的系统中信号获取装置为可调零的电桥电路。

进一步，本发明以温度为示踪剂探测堤坝渗漏通道位置的系统中信号处理装置为差分放大电路、一阶有源低通滤波电路和高精度模数转换电路，其中差分放大电路依次连接—阶有源低通滤波电路和高精度模数转换电路。

进一步，本发明以温度为示踪剂探测堤坝渗漏通道位置的系统中数据终端装置为计算机系统。

进一步，本发明以温度为示踪剂探测堤坝渗漏通道位置的系统中控制系统为以单片机4051。

一种应用本发明的探测方法，包括采集处理步骤、测量控制步骤和分析步骤；

步骤A、采集处理步骤，具体包括：

A1、采用温度传感器获取堤坝各个探测点的温度信息；

A2、采用信号获取装置将A1步骤的温度信息转化成电压信号；

A3、采用信号处理装置将A2步骤所述的电压信号经过放大、滤波、高精度模数转化得到温度数值信息；

步骤B、测量控制步骤，具体包括：

B1、数据通信步骤：将步骤A3得到的各个探测点的温度数值信息，通过数据传送装置将温度数值信息发送到数据终端装置；

B2、数据处理步骤：对B1步骤发送来的温度数值信息进行有效性判断，去除最大值与最小值后取平均值，将取平均值后的温度数值信息换算成温度值；

B3、数据保存步骤：将步骤B2所述转换后的温度值以表格数据的形式保存在计算机中；

步骤C、测量分析步骤：

C1、打开步骤B3保存的表格数据文件，首先对其进行插值拟合，然后采用矩形网格法将拟合后的温度数据网格化，以一个网格节点上的温度为初始点，在其余网格节点之间搜索等温点，将所有的等温点搜索出来后，将其逐一规则有序的连接起来，就形成一条等温线，如此反复，直到将所有的等温线都绘制完毕；

C2、用户根据等温线图，判断温度异常点，即判断出渗漏通道位置。

本发明的基本原理是：

鉴于库水的温度往往与坝体的温度存在差异，若坝体存在渗漏通道，在渗流的作用下，会打破原有的温度分布，形成渗流作用下的温度分布。在此结合图形技术及软件技术，研制渗流作用下，堤坝温度分布曲线，即绘制堤坝温度场的等温线。