基于wsn的注漿流量監(jiān)測系統(tǒng)及注漿系統(tǒng)及工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及巖土工程里的注楽技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于WSN(WirelessSensor Networks，無線傳感器網(wǎng)絡(luò))的注楽流量監(jiān)測系統(tǒng)及注楽系統(tǒng)及工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下的隧道、地鐵及其它地下工程的修建不可避免地遇到斷層、巖溶、軟巖等不良地質(zhì)，突水突泥、塌方等重大地質(zhì)災(zāi)害事故時有發(fā)生。工程實踐表明，注漿是這類工程地質(zhì)災(zāi)害的有效處治方法，并得到廣泛應(yīng)用。而在針對這種復(fù)雜地質(zhì)條件的注漿工藝中，選擇合理的注漿速率及壓力并在注漿過程中適時調(diào)整，有利于漿液擴(kuò)散范圍控制及圍巖的穩(wěn)定，且能適應(yīng)于地層孔隙率的變化。傳統(tǒng)的注漿方法中，注漿壓力可通過壓力表實時觀察，但注漿流量一般是通過柱塞個數(shù)、往復(fù)次數(shù)及行程大約算得的，難以獲得精確的數(shù)據(jù)。因此，單純依靠調(diào)整注漿終壓的傳統(tǒng)方法難以達(dá)到合理控制漿液擴(kuò)散范圍的目的，尤其針對軟巖地層及富水?dāng)嗔褞?，注漿流量的及時靈活調(diào)整也極為重要。
[0003]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，它的末梢是可以感知和檢查外部世界的傳感器。WSN中的傳感器通過無線方式通信，因此網(wǎng)絡(luò)設(shè)置靈活，設(shè)備位置可以隨時更改，還可以跟互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有線或無線方式的連接。通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個要素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于WSN的注漿流量監(jiān)測系統(tǒng)及注漿系統(tǒng)及工作方法，本發(fā)明能實時監(jiān)測到注漿孔口管處的實際流量，便于現(xiàn)場操作工人靈活適時的改變注漿參數(shù)，使?jié){液在合理范圍內(nèi)擴(kuò)散，且數(shù)據(jù)監(jiān)測端和顯示端兩者之間通過無線傳輸，避免了有線傳輸造成的不便，使現(xiàn)場施工操作更加安全。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案包括:基于WSN的注漿流量監(jiān)測系統(tǒng)，包括:
[0006]流量監(jiān)測裝置，所述流量監(jiān)測裝置包括傳感器和轉(zhuǎn)換發(fā)射器，所述傳感器包括流動有被測流體的流量管，所述流量管上布置有與被測流體相接觸的電極，所述測量管的外壁上設(shè)有向被測流體施加磁場的勵磁線圈以及信號公共端;所述轉(zhuǎn)換發(fā)射器包括電源模塊、控制器A、時序控制電路、勵磁驅(qū)動電路和無線發(fā)射模塊，所述電源模塊與各用電單元電性連接以輸出工作電源，所述時序控制電路發(fā)出勵磁控制信號，所述勵磁控制信號經(jīng)過所述控制器A傳輸給所述勵磁驅(qū)動電路，所述勵磁驅(qū)動電路激勵所述傳感器的勵磁線圈產(chǎn)生勵磁電流;所述無線發(fā)射模塊將所述控制器A處理過的數(shù)據(jù)信息發(fā)射出去；
[0007]數(shù)據(jù)接收顯示裝置，所述數(shù)據(jù)接收顯示裝置包括無線接收模塊、控制器B和顯示屏，所述無線接收模塊接收所述無線發(fā)射模塊發(fā)射的信息，所述無線接收模塊接收的信息經(jīng)所述控制器B處理后顯示到所述顯示屏上。
[0008]所述的電極和勵磁線圈均成對設(shè)置。
[0009]進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述的轉(zhuǎn)換發(fā)射器還包括工頻追蹤器，所述工頻追蹤器輸出工頻信號，所述控制器A與所述工頻追蹤器相連以檢查工頻追蹤器的輸出，所述時序控制電路根據(jù)所述工頻追蹤器的輸出發(fā)出勵磁控制信號。時序控制電路發(fā)出勵磁控制信號時，可以根據(jù)工頻追蹤器的輸出，也可以不根據(jù)工頻追蹤器的輸出。
[0010]為便于控制器A的處理和控制，進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述的轉(zhuǎn)換發(fā)射器還包括AD轉(zhuǎn)換器和信號放大器，所述AD轉(zhuǎn)換器將所述傳感器收集的模擬信號經(jīng)所述信號放大器放大后在轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0011]為實現(xiàn)空管、堵管等異常情況下的報警，進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述的數(shù)據(jù)接收顯示裝置還包括報警蜂鳴器，所述報警蜂鳴器與控制器B相連接。報警蜂鳴器用于在由于注漿管空管(如注漿管前端有鼓裂漏漿處)或注雙液漿時管內(nèi)初凝造成的堵管時，監(jiān)測到的流量數(shù)據(jù)長時間為零的情況下，單片機(jī)及時做出判斷并觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出長鳴聲，起到報警的作用。
[0012]進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述的控制器A和控制器B均為單片機(jī)，所述的無線發(fā)射模塊和無線接收模塊均采用PTR2000收發(fā)模塊，所述的顯示屏采用LCD顯示屏?？刂破鰽和控制器B可選用同一型號的單片機(jī)，有利于整個系統(tǒng)的性能兼容性;PTR2000收發(fā)模塊是接收發(fā)射合一，工作頻率為國際通用的數(shù)傳頻段433MHz，F(xiàn)SK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場合，且內(nèi)置天線的設(shè)計，故無需考慮PTR2000作為收發(fā)模塊的天線連接設(shè)計。
[0013]本發(fā)明解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案還包括:一種注漿系統(tǒng)，包括注漿機(jī)組、輸漿管路、孔口管和控制柜，還包括前面提到的基于WSN的注漿流量監(jiān)測系統(tǒng)，所述的流量監(jiān)測裝置安裝在所述孔口管的閥門的前部，所述的數(shù)據(jù)接收顯示裝置安裝在所述控制柜上;所述的輸漿管路連接在所述注漿機(jī)組的排漿口和所述流量監(jiān)測裝置之間。注漿機(jī)組采用電磁調(diào)速電機(jī)和GPB-90系列高壓注漿栗。
[0014]本發(fā)明解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案還包括:一種如權(quán)利要求8所述的注漿系統(tǒng)的工作方法，包括以下步驟:
[0015]步驟(I):注漿開始前，接通電源；
[0016]步驟(2):注漿過程中，所述傳感器的電極上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，形成電極信號，所述電極信號傳輸至所述控制器A;
[0017]步驟(3):所述控制器A經(jīng)過運(yùn)算得到與被測流體對應(yīng)的流量測量結(jié)果，并通過無線發(fā)射模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去；
[0018]步驟(4):所述數(shù)據(jù)接收顯示裝置上的無線接收模塊接收到所述無線發(fā)射模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，經(jīng)過所述控制器B處理后，將所述的流量測量結(jié)果在所述顯示屏上予以顯示。
[0019]進(jìn)一步的技術(shù)方案為:所述步驟(2)中，所述傳感器的勵磁線圈上的勵磁電流產(chǎn)生勵磁電場，所述傳感器的測量管內(nèi)存在流動的漿液，在所述勵磁電場和漿液流動的作用下，在所述電極上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而形成電極信號。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021 ] 1.注漿流量監(jiān)測系統(tǒng)采用分體式結(jié)構(gòu)，流量檢測裝置和數(shù)據(jù)接收顯示裝置可根據(jù)需要分別安裝在不同的位置，一端在工作面監(jiān)測數(shù)據(jù)，另一端在操控臺處顯示數(shù)據(jù)，便于人員及時有效的操作，優(yōu)于安裝普通的電磁流量計；
[0022]2.采用無線方式傳輸數(shù)據(jù)，組網(wǎng)方便，無需布線，使現(xiàn)場施工更加整潔及安全；
[0023]3.注漿機(jī)組可靈活調(diào)整注漿速率及注漿壓力，實現(xiàn)梯度控制，在保證注漿操作安全的同時也大大提高了注漿效果；
[0024]4.設(shè)置報警蜂鳴器，注漿管空管或堵管時，系統(tǒng)能自動報警，極大提高了操作安全性，也避免了因疏通管路堵塞而造成的時間延誤。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明實施例注漿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明實施例流量數(shù)據(jù)監(jiān)測與接收的原理結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖3為本發(fā)明實施例流量檢測裝置的原理圖；
[0028]圖4為圖3中無線發(fā)射模塊的接口電路原理圖；
[0029]圖5為本發(fā)明實施例控制柜及數(shù)據(jù)接收顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6為圖5中數(shù)據(jù)接收顯示裝置的電路原理圖。
[0031 ]圖中:1-電磁調(diào)速高壓注漿機(jī)組，2-排漿口，3-輸漿管路，4-孔口管，5-閥門，6_流量監(jiān)測裝置，7-數(shù)據(jù)接收顯示裝置，8-控制柜，9-圍巖，10-傳感器，11-轉(zhuǎn)換發(fā)射器，12-LCD顯示屏，13-報警蜂鳴器，14-電機(jī)轉(zhuǎn)速無級調(diào)節(jié)旋鈕，15-測量管，16-勵磁線圈，17-電極，18-信號公共端。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
[0033]如圖1所示，包含基于WSN的注漿流量監(jiān)測系統(tǒng)的注漿系統(tǒng)，包括電磁調(diào)速高壓注漿機(jī)組1、輸漿管路3、與孔口管相連的流量監(jiān)測裝置6和在注漿機(jī)組控制柜8上的數(shù)據(jù)接收顯示裝置7。
[0034]電磁調(diào)速高壓注漿機(jī)組I包括電磁調(diào)速電機(jī)、GPB-90系列高壓注漿栗和控制柜8。所述電磁調(diào)速電機(jī)是一種利用直流電磁滑差恒轉(zhuǎn)矩控制的交流無級變速電動機(jī)，具有調(diào)速范圍廣、速度調(diào)節(jié)開滑、起動轉(zhuǎn)矩大、控制功率小、有速度負(fù)反饋、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)時機(jī)械特性硬度高等一系列優(yōu)點。所述GPB-90系列高壓注漿栗是三缸臥式單作用柱塞栗，性能優(yōu)良、安全可靠。如圖5所示，所述控制柜8上包括啟動按鈕、停止按鈕和電機(jī)轉(zhuǎn)速無極調(diào)節(jié)旋鈕14，且數(shù)據(jù)接收顯示裝置7集成在控制柜8上。控制柜負(fù)責(zé)高壓注漿機(jī)組的啟動與停止，以及在啟動過程中對注漿壓力和注漿速率的無極調(diào)節(jié)。
[0035]上述的基于WSN的注漿流量監(jiān)測系統(tǒng)包括流量監(jiān)測裝置6和數(shù)據(jù)接收顯示裝置7，流量監(jiān)測裝置6和數(shù)據(jù)接收顯示裝置7之間的數(shù)據(jù)監(jiān)測與接收的原理如圖2所示。
[0036]如圖3所示，流量監(jiān)測裝置6包括流量傳感器10和轉(zhuǎn)換發(fā)射器11兩大部分。
[0037]其中，傳感器10包括流動有被測流體(如水泥