全自動泥沙在線監(jiān)測儀
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一、系統(tǒng)應(yīng)用背景
河流懸移質(zhì)泥沙含量(含沙量)是重要的水文參數(shù)之一,河流含沙量監(jiān)測對于水利水電工程建設(shè),水資源開發(fā)利用,水土流失治理,工農(nóng)業(yè)取水用水,水文預(yù)報(bào)等意義重大。目前水文上測量河流含沙量的主要方法是:人工取樣,使用烘干法測量含沙量。該方法從樣品的采集到分析,均需要大量人力,物力和時(shí)間的投入,而且測量周期長,操作過程繁瑣,勞動強(qiáng)度大,難以實(shí)時(shí),在線監(jiān)測河流含沙量的變化。
近年來隨著新產(chǎn)品新技術(shù)的不斷引進(jìn),針對河流泥沙的監(jiān)測積累了一些經(jīng)驗(yàn),取得了一些進(jìn)展。目前,由我司研發(fā)的JBNS-100型 全自動泥沙在線監(jiān)測系統(tǒng)已正式投入使用,本套系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)了含沙量和輸沙率的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。
二、全自動泥沙在線監(jiān)測系統(tǒng)簡介
JBNS-100型 泥沙在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由泥沙傳感器、數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)(含RTU)、供電系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理軟件和安裝支架等組成。
傳感器滿足《水利部水文儀器及巖土工程儀器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心》水文儀器特性要求。
2.1系統(tǒng)特點(diǎn):
- 可直接輸出測點(diǎn)泥沙含量值、水深、溫度值;
- 自動計(jì)算斷面平均含沙量與輸沙率,24小時(shí)連續(xù)在線監(jiān)測;
- 支持整合多個斷面泥沙傳感器數(shù)據(jù);
- 建立泥沙與水位、流量等相關(guān)的關(guān)系線;
- 直接生成水文規(guī)范報(bào)表,可直接參與資料整編。
2.2測量原理
本套系統(tǒng)所使用的傳感器基于組合紅外吸收散射光線法,通過逆投影成像技術(shù),可以連續(xù)精確測定水體中的懸移質(zhì)泥沙含量。按照紅外散射光線技術(shù)不受色度影響測定懸移質(zhì)泥沙含量,可直接輸出泥沙含量數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。
2.3 JBNS-100型 泥沙在線監(jiān)測儀
JBNS-100型 測沙傳感器基于組合紅外吸收散射光線法,通過逆投影成像技術(shù)可以連續(xù)精確測定水體中的懸浮泥沙含量。按照紅外散射光線技術(shù)不受色度影響測定泥沙含量濃度值,即可直接輸出泥沙含量數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。根據(jù)使用環(huán)境可以選配帶自清洗功能和保護(hù)裝置。
傳感器突出特點(diǎn):
- 傳感器采用多光束紅外散射光逆投影成像技術(shù)結(jié)合TES91算法;音叉震動與電磁感應(yīng)技術(shù)(高量程);
- 內(nèi)設(shè)自診功能,保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確;
- 可選配清潔刷自動清洗功能,減少傳感器維護(hù)量;
- 數(shù)字化傳感器,抗干擾能力強(qiáng);
- 泥沙同質(zhì)性標(biāo)定與分析識別;
- 低量程范圍:0-45 kg/m³/120kg/m³,高量程范圍:5kg-2500kg/m³,可定制型號和量程,滿足不同測驗(yàn)環(huán)境要求。
表1 JBNS-100型 泥沙傳感器規(guī)格
規(guī)格
詳細(xì)信息
尺寸
直徑90mm*長度 478mm
重量
6KG
主要材料
機(jī)身:鈦合金+POM+316L不銹鋼
O型環(huán):氟橡膠
線纜:PVC
防水等級
IP68/NEMA6P
測量范圍
0.001kg/m³-120kg/m³,可根據(jù)定制量程
測量精度
誤差小于測量值的±5%
耐壓范圍
≤0.3Mpa/0-30m水深標(biāo)配,最大到50米
流速
≤5.0m/s
存儲溫度
-25到85℃
測量環(huán)境溫度
0到55℃
校準(zhǔn)
斜率校準(zhǔn)/多點(diǎn)校準(zhǔn)
傳感器線
標(biāo)準(zhǔn)整體電纜,可定制
深度傳感器
量程:0-100M,精度:0.01M
溫度傳感器
量程:-20℃-120℃,精度:0.1℃
電源
DC12V
輸出
通過6mm抗拉屏蔽線纜輸出數(shù)字信號
顯示輸出
本地觸摸屏顯示,遠(yuǎn)程WEB端顯示,手機(jī)APP查看
軟件
可實(shí)時(shí)顯示測量值并保存,可與系統(tǒng)報(bào)表對接
2.4數(shù)據(jù)采集與分析主機(jī)(含RTU功能)
系統(tǒng)主要功能如下:
(1)能自動采集及處理測沙傳感器監(jiān)測到的泥沙數(shù)據(jù),并根據(jù)泥沙-斷沙率定公式自動計(jì)算斷面平均含沙量,支持導(dǎo)入斷面流量數(shù)據(jù),自動計(jì)算斷面輸沙率,對泥沙進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)在線監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、完整性、及時(shí)性和可靠性;
(2)可同時(shí)接收多個水文站(或監(jiān)測斷面)的泥沙含量數(shù)據(jù),每個水文站(或監(jiān)測斷面)可同時(shí)支持多個JBNS-100型 傳感器;
(3)統(tǒng)計(jì)分析:實(shí)時(shí)監(jiān)測的數(shù)據(jù)可自動傳輸并存儲在中心數(shù)據(jù)庫,并可進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),可生成逐日平均懸移質(zhì)輸沙率表和逐日平均含沙量表等符合《水文資料整編規(guī)范》的多種報(bào)表,與Excel無縫對接;
(4)遠(yuǎn)程控制:遠(yuǎn)程修改參數(shù),異常數(shù)據(jù)報(bào)警等,同時(shí)可根據(jù)用戶要求定制功能。
數(shù)據(jù)處理主機(jī)參數(shù)如下:
名 稱
參 數(shù)
描述說明
主要參數(shù)
CPU
AM3352BZCZD60@600MHZ
ARM Cortex-A8構(gòu)架,工業(yè)級溫寬
內(nèi)存
256M DDR3
工業(yè)級溫寬:-40℃ ͠ +85℃
NandFlash或e.MMC
256MB SLC NandFlash/4GBe.MMC
工業(yè)級溫寬:-40℃ ͠ +85℃
數(shù)據(jù)接口
百兆以太網(wǎng)接口
2路
2路10/100自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口
3G/4G模塊接口
1路
用于擴(kuò)展3G/4G通信模塊
WIFI模塊接口
1路
2.4G WIFI
USB HOST
2路
USB2.0高速
TF卡接口
1路
支持大容量TF卡和MicrsSD卡,設(shè)計(jì)了熱拔插檢測,支持SD Memory Card協(xié)議v2.0
SIM卡接口
1路
MICRO-SIM卡
調(diào)試串口
1路
RS232
RS485接口
4路
可根據(jù)總線擴(kuò)展N個接口
RS232接口
4路
與485復(fù)用
CAN接口
2路
支持CAN2.0 Part A和2.0Part B,最高傳輸速度可達(dá)1Mbit/S
RTC時(shí)鐘
高精度時(shí)鐘芯片
采用高精度RX8025時(shí)鐘芯片,后備電池,可以再斷電時(shí)保證時(shí)間不丟失
LED指示燈
2個
1個CPU工作心跳燈,1個用戶自定義燈
用戶按鍵
1個
可自定義按鍵功能
電氣特性
輸入電壓
DC12V
9-30V
工作溫度
-40℃ ͠ +85℃
工業(yè)級溫寬
工作濕度
5% ͠ 95%
結(jié)構(gòu)參數(shù)
機(jī)盒尺寸
159mm×105mm×33mm
2.5供電系統(tǒng)
供電模塊通過太陽能電池板和蓄電池的供電方式,配備充電控制器,可用交流電對電池進(jìn)行充電。蓄電池100AH,100W太陽能板供電。
2.6數(shù)據(jù)管理軟件
自動化接收處理軟件可安裝于中心站服務(wù)器、現(xiàn)場控制服務(wù)器,軟件系統(tǒng)采用架構(gòu)為C/S和B/S兩種模式,能接收測站發(fā)來的各項(xiàng)有關(guān)信息,并能遠(yuǎn)程下載數(shù)據(jù)和設(shè)置測站工作參數(shù)。在非測流時(shí)間,能人工控制增加測次。根據(jù)測站實(shí)測數(shù)據(jù)生成《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》(GB50179-2015)、《水文資料整編規(guī)范》(SL247-2012)等現(xiàn)行水文規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)所需報(bào)表。
2、能實(shí)現(xiàn)在線測流功能,嚴(yán)格依據(jù)水文測驗(yàn)規(guī)范及《水文資料整編規(guī)范》(SL247-2012)等現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求,建立各相關(guān)要素?cái)?shù)據(jù)表結(jié)構(gòu),并提供數(shù)據(jù)庫訪問權(quán)限及訪問技術(shù)支持。
3、管理要求:軟件管理上進(jìn)行權(quán)限分級,不同權(quán)限的管理者對其進(jìn)行不同程度的操作。
三、安裝設(shè)計(jì)(現(xiàn)場照片)
JBNS-100型 安裝的目的是根據(jù)單點(diǎn)泥沙-斷沙率定關(guān)系計(jì)算出斷面平均含沙量,因此必須按規(guī)范布設(shè)在測驗(yàn)河道斷面具有代表性的一點(diǎn)或具有代表性的垂線的多點(diǎn)上。JBNS-100型 為側(cè)視測量,安裝時(shí)需將儀器橫立式固定(傳感器面向下游),為使JBNS-100型 在低水時(shí)仍然能實(shí)時(shí)測量,安裝深度應(yīng)該低于最低水位。儀器將在固定位置測量河流含沙量,安裝時(shí)應(yīng)該考慮漂浮物對儀器的造成的影響。
- 固定式安裝,采用不銹鋼支架制作,根據(jù)現(xiàn)場情況定做支架,保證支架的強(qiáng)度。
- 浮標(biāo)式安裝,浮體直徑1.0-2.0米不等,浮力500-800公斤,堅(jiān)固的構(gòu)造:
1)高分子聚合材料浮體
2)熱浸鍍鋅鋼板和鋁合金框架
3)所有金屬的保護(hù)與防銹采用環(huán)氧樹脂涂料
- 水密間隔保護(hù):
1)密封防水電控室,保護(hù)數(shù)據(jù)采集控制器與電池系統(tǒng)
2)密封O形環(huán)
3)不銹鋼艙口蓋
- 全面的配置:
- 太陽能電池板;
- 水密天線
- 防撞擊警示燈和雷達(dá)反射器;
- 具有很強(qiáng)的固著能力的錨系統(tǒng);
1)GPS全球定位系統(tǒng)
可通過程序設(shè)定浮標(biāo)經(jīng)緯度范圍(定位精度在15米以下,實(shí)時(shí)監(jiān)測浮標(biāo)的經(jīng)緯度),一旦浮標(biāo)漂離規(guī)定范圍,GPS測定后立即向預(yù)設(shè)電話報(bào)警,及時(shí)追回,有效的防止偷盜、錨纜斷裂等意外事件。接收衛(wèi)星信號,定位浮標(biāo)的位置,同時(shí),位置數(shù)據(jù)也會被數(shù)采器采集,與監(jiān)測數(shù)據(jù)一起發(fā)送至數(shù)據(jù)服務(wù)中心。通過位置數(shù)據(jù),可以使監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合地圖來顯示,使結(jié)果顯示更加形象具體。
2)系留系統(tǒng)
配套固定及回收系統(tǒng),并可根據(jù)水下不同的情況選擇不同形式的錨和不同的拋錨方式,以雙錨雙纜錨泊系留系統(tǒng)為例,每個菱形錨重達(dá)百公斤,具有極佳的固著力并便于回收,雙鏈為鋼纜和尼龍繩。穩(wěn)定錘裝有鋅保護(hù)陽極,保護(hù)儀器設(shè)備不受電化學(xué)腐蝕。該套系統(tǒng)具有耐久、維護(hù)少、便于回收的優(yōu)點(diǎn),并且能極大的提高安全度,不易被偷盜。
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