《水利工程智慧感知与测量技术》课件-4.水利场景传感器应用

水利工程智慧感知与测量技术水利物联感知体系是水利综合业务应用的基石，也是“智慧水利”建设的数字底座，通过水文参数实时感知、工程安全动态监控与水环境参数精准溯源三维一体，共同构建数字孪生水利工程。课程导入水利场景传感器应用01水文监测传感器02工程安全监测传感器03水质水环境监测传感器水文监测传感器PART011.1水位计水位计的工作原理是利用压力传感器或浮球等装置测量水面高度，将数据转化为电信号输出，实现对水位高度的实时监测和记录。水位计是一种用于测量水位高度的仪器，广泛应用于水文、水利、环境监测等领域。常见的水位计有压力式水位计、浮球式水位计、激光水位计、雷达水位计等。压力式水位计浮球式水位计激光水位计雷达水位计1.2雨量计一般采用雨量计对降雨信息进行监测，雨量计的种类很多，常见的有虹吸式雨量计、称重式雨量计、翻斗式雨量计等等。翻斗式雨量计由承雨器、翻斗等组成，降水使翻斗翻转记录降水，精度高、易维护，常用于气象站等测降水量。虹吸式雨量计含承水器、虹吸管等，水位到一定程度虹吸排水并记录降水曲线，可连续自动记录降水，用于气象观测等。称重式雨量计有承雨器、称重传感器等，测降水重量算降水量，能测固液降水，高精度用于科研等。翻斗式雨量计翻斗式雨量计是最常见的雨量测量装置，其工作原理见视频。1.3地下水监测站井口保护装置地下水监测井井口挡板防盗盖板承重杆（用线扎将线缆固定）采集与传输设备水位计水位计线缆地下水位监测站是用于监测地下水位变化的重要设施。其主要组成包括：监测井

：直接接触和获取地下水样本。水位监测设备

：水位计数据采集与传输设备

：收集传感器数据，并进行初步处理；将数据传输到后台系统。应用场景：水资源管理

农业灌溉

施工期地下水监测地质和地下探测1.4流速监测传感器旋桨式流速仪和断面流速仪ADCP是水利场景中常用的流速监测传感器。旋桨式流速仪断面流速仪利用水流驱动旋转部分转动，传感器感知转速并转化为流速信号，根据标定曲线计算流速。基于声学多普勒效应，由换能器发射声波脉冲，接收水中反射物的回波信号，通过测定多普勒频移计算流速，可测出断面的流速剖面。结构示意图原理示意图1.5流量监测传感器流量监测传感器是智慧水利建设中不可或缺的重要工具，广泛应用于水利场景，常见的流量监测传感器包括：电磁流量计、超声波流量计。电磁流量计超声波流量计管道流量渠道流量利用法拉第电磁感应定律，导电流体在磁场中流动时产生感应电动势，电动势与流速成正比，从而测量流量。基于声学多普勒效应,与流速传感器原理类似，通过输入测流面积得到流速。1.6土壤墒情监测传感器土壤墒情监测常采用管式、针探式土壤墒情监测站，土壤墒情监测站能实时精准监测土壤关键参数，为农业灌溉、水利管理、防汛抗旱等提供科学依据，助力合理利用水资源、提升农业生产和保护生态环境。管式土壤墒情监测站针探式土壤墒情监测站主要监测内容020103土壤温湿度土壤盐分土壤水分含量工程安全监测传感器PART022.1变形监测传感器在水利工程中，变形监测传感器主要用于实时监测结构物的变形情况，以确保工程的安全性和稳定性。水平位移监测测量水工结构物或混凝土结构物与地基之间的变形基岩位移计位移计通过将位移变化转化为电信号或其他可测量的物理量来实现对结构物变形的监测，常用于监测坝体、边坡、地基位移。2.1变形监测传感器水平位移监测通过钢丝基准线与CCD图像传感器，测量坝体表面水平位移的变化，多用于重力坝。引张线准直装置通过测定钻孔倾斜角从而求得水平向位移。常用于对土石坝、边坡及其隧道等岩土工程进行原位监测。水平测斜仪2.1变形监测传感器挠度监测传感器用于监测坝体内铅直线方向不同高程点相对于基准点水平位移，主要利用铅垂线进行。挠度监测正垂线：垂线的顶端固定在坝顶附近，其下端用重锤张紧钢丝。倒垂线：垂线的底端固定在基岩深处，其上端用浮体装置将钢丝张紧。正倒垂线正垂线倒垂线CCD图像传感器2.1变形监测传感器沉降监测传感器主要用于测量大坝、建筑物、地基等结构在不同位置的沉降变化，以确保工程的安全性沉降监测通过液位连通管测量不同测点的高程变化，将测点的沉降变化转化为液位变化进行测量。适用于大坝坝体变形监测等静力水准仪利用连通管原理来测定坝体内测点垂直位移的观测装置。一般用于对土石坝坝体内垂直位移监测。水管式沉降仪2.1变形监测传感器其他监测仪器GNSS位移监测站通过接收卫星信号，实时监测监测点的三维位置变化，从而实现对地表位移的精准测量。GNSS位移监测站激光位移计利用激光脉冲，测量脉冲从发射到反射回来的时间，利用光速计算距离，从而得到物体的位移。激光位移计2.2渗流监测传感器靠管中水柱的高度来表示渗透压力的大小。可用来监测坝体浸润线、渗压压力、地下水位及绕坝渗流等。在水利工程中，渗流监测传感器主要用于监测水工建筑物及土体内部的渗流压力、渗流速度和渗流量等关键参数，以确保工程的安全性和稳定性，常用的渗流监测设备有测压管、电测水位计、渗压计、量水堰计等。测压管根据水导电的原理设计，随着水位的变化，电极在水中的数量产生变化，从而转换成电阻值的变化，电测水位计主要用于监测测压管水位。电测水位计2.2渗流监测传感器渗压计是一种用于测量土体、岩体或混凝土结构物内部孔隙水压力的专业仪器，也被称为孔隙水压力计。渗压计当水流经过堰体时，由于堰体的阻挡作用，水流速度增加，水位上升，形成一定的水头差。利用量水堰计测量堰上水头，从而求得流量。量水堰计2.3应力、应变温度监测传感器大坝在建设和运行期间，由于大坝自重、水压力、温度等荷载因素的影响，岩石、土体、混凝土、钢筋等会在荷载的作用下产生应力应变。为了了解混凝土坝和土石坝的应力分布情况，常埋设应力、应变及温度监测传感器来保障工程安全稳定运行。常见监测设备有应变计、无应力计、钢筋计、土压力计、电阻温度计等。应变计应变计能实时监测结构物的应力应变变化，常见的种类有电阻式应变计、振弦式应变计、光纤光栅应变计。无应力计利用应变计与无应力桶的组合,测量大坝内部混凝土因温度变化、水化热等引起的自身体积变化的应变量。2.3应力、应变温度监测传感器埋设在水工结构物或其它混凝土结构物内，用于测量钢筋混凝土结构中钢筋应力。01当被测结构物内土应力发生变化时，土压力计感应板同步感受应力的变化，测量土体内部压力。02基于金属导体的电阻率随温度升高而增加的特性，常用于测量监测水工结构物内部或表面的温度变化。03钢筋计土压力计电阻温度计水质水环境监测传感器