坝体振动时的水平位移测量方法简介

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1、坝体振动时的水平位移测量方法简介坝体振动时的水平位移测量方法简介陈绪高1，张培仁2(1.国家电力公司成都勘测设计研究院，四川成都610072；2.中国科学技术大学，安徽合肥230027)摘　要：根据二滩水电站右岸泄洪洞单独或联合泄洪，或表孔或中孔单独泄洪，特别是组合泄洪时，拱坝坝顶段的垂线振动更为严重，引发垂线坐标仪无法精确读数。本文针对垂线振动，提出双激光“垂线”测量仪，从双激光“垂线”测量仪需解决的问题出发，简要介绍了系统的设计、随机干扰信号的处理、测量系统的标定、有序的振动信号消除等技术措施和方法，解决由此

2、引发的垂线坐标仪无法精确读数的技术问题。关键词：坝振动；水平位移；监测系统；双激光垂线测试仪；二滩大坝1前言二滩水电站是坝高为240m的混凝土双曲拱坝，设有7个泄洪表孔、6个泄洪中孔及4个放水底孔，左岸安装6台机组、总装机容量为3300M的PC104主板；F：图像采集板；G：控制B、C激光开关，可调电压的大小；H：通讯板；I：CAN或422、485总线；L：步进电机控制板，包括功放和与总线的接口及MCU；K：具有X、Y方向的反射镜3.2随机干扰信号的处理激光虽然是一点光源，但是经过长距离的传送，因有散射达到CCD摄像

3、头时已不是点光源，而成为按高斯分布的圆形小亮斑，亮斑中心的亮度值最强，向外围逐级递减。研制的关键是找出亮斑的最大值及其坐标，即代表激光点的中心位置。激光在传送过程中不可避免地受到环境噪声的干扰，发射和接收所经历的距离越大，接受的灵敏度就越低，光信号衰减之后有可能淹没在随机噪声中。噪声主要有以下三种：(1)环境噪声：指空气、灰尘、水蒸气等所产生的光衰减，包括背景光对光源的影响。(2)热噪声：由激光管本身发热时引起的白噪声和CCD芯片工作时的热噪声，是不可避免的。(3)杂波噪声：主要来源于传输通道及各器件，多为无规则的随

4、机信号，频谱较宽，幅度不等。在各种噪声不变的情况下，接受的灵敏度与接受的距离有密切的联系，灵敏度与距离的平方成反比，提高信噪比也是本研究的关键技术。为此，在本系统中，采用了某种滤波的方法解决此类问题。未处理的和经处理的采集的图像信号见图5、6。论文坝体振动时的水平位移测量方法简介4测量系统的标定当被测物体有位移时，如何确定该仪器位移的精确值是至关重要的。如图7所示，阴影区C是整个亮斑，A为亮斑中最亮的点（X0，Y0），当物体有位移时，亮点由A点移到B（X，Y）点，A点和B点在图像上的位置坐标很容易计算出来，但是这A

5、B两点间距离对应的实际位移必须有一个标准尺来衡量。这个标尺的准确性很重要，它决定了整个测量的精度和可靠性。另外，AB在CCD形成图形的距离与光学聚焦和与镜头的调整密切相关，如何找到一个不随焦距长度而只与实际位置变化有关的标准的尺子非常重要。本文采用相对位置固定、两个激光管平面发射，形成两幅图，图中两个亮点的相对距离就是两个激光管的绝对距离的映射距离。计算像素个数的多少，就可以得到实际的真正的位移。标准尺的确定：先用激光管1发射激光，当得到图7中A的位置时关断激光管1，打开激光管2假设得到图7中B的位置，AB间距离就相

6、当于两个平行激光的相对实际距离。设1、2两个极管固定5mm时，AB之间的距离为S，S在图像上假设有100个像素点，则从A到B的实际位移为5mm。CCD摄像头图像的最小分辨率：一个像点对应的实际位移5mm/100（像素）＝0.05mm/点。仪器的最小分辨率0.05mm，测量的范围可以通过选用不同的CCD摄像头来满足。5有序的振动信号的消除坝体表、中孔泄洪，或左、右岸泄洪洞泄洪时，大坝都会产生振动，特别是坝体上部，振动的频率与坝体的体型、岩体以及下泄的流速等因素有关。对于坝体，高频信号很快被衰减，低频信号（如几赫兹）则

7、会长久地保留下来。首先要分析这种振荡频谱的强度、相位以及有几个振荡源组合而成的振荡波形，并对这些信号进行频域和时域的分析。另外，振荡时大坝的实际位移由静态位移（大坝真正的位移）和动态位移（振动引起的位移）组成。水库蓄水到一定高度后，泄洪放水引起的位移曲线示意如图8所示。实际做法是把大坝静态位移与放水时引起大坝振动的动态位移区分开来，处理方法如下：(1)分析放水时振荡的波形，在时域和频域上寻找他们的中值；(2)用没有放水时的曲线值推测放水后的可能值，按照某种方法，可以消除由于放水引起振荡的动态位移；(3)用数字滤波方法

8、，滤除动态位移保留静态位移。6小结用双激光图像处理的方法监测微小位移的方案是可行的，但还需进一步的研究和测试。该方案优点：坝体振动时的水平位移测量方法简介: