一種用于球狀穹頂裂縫監(jiān)測的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及精密測量裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于球狀穹頂裂縫監(jiān)測的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，為減少人工，實現(xiàn)測量自動化，對于大型建筑物一般采用無線監(jiān)測的方式，但是當(dāng)穹頂為球形結(jié)構(gòu)時，不利于無線電傳播。通常穹頂邊緣還設(shè)置有女兒墻，也會對無線電傳播產(chǎn)生阻礙。
[0003]最典型的是，為確保安全，核電站的反應(yīng)堆外部有一個安全殼，其最外層是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，該安全殼是反應(yīng)堆發(fā)生意外的最后保障，對于核電站的安全來說意義重大。由于預(yù)應(yīng)力混凝土的自身特性，會產(chǎn)生一些裂縫，如果裂縫比較穩(wěn)定，特別是在打壓期間比較穩(wěn)定，則一般來說，安全殼的結(jié)構(gòu)仍然是可以信賴的。而如果裂縫的寬度發(fā)生較大的變化，則有必要重新評估安全殼的安全系數(shù)，甚至影響該反應(yīng)堆是否還可以繼續(xù)運(yùn)行。因此對于裂縫監(jiān)測的重要性很高。
[0004]安全殼結(jié)構(gòu)主要包括穹頂部分和筒壁部分。整體高度54米，直徑40米。穹頂是一個直徑48米的球冠，高度11米。外圈有一圈女兒墻，高度1.1米。在穹頂中間(穹頂中心最高點)，設(shè)有避雷針，避雷針周圍有護(hù)欄，高度I米。
[0005]筒壁部分的裂縫可以通過攝影測量的方法進(jìn)行監(jiān)測，而穹頂部分由于攀爬困難，目前廣泛采用的是位移傳感器離線采集的方法。即在所需要監(jiān)測的裂縫上安裝位移傳感器和微控制器模塊以及存儲器件，用微控制器模塊采集位移傳感器的數(shù)據(jù)，并記錄在存儲器件內(nèi)。每隔一段時間，登上穹頂，采用人工的方式，將每個傳感器對應(yīng)的存儲器內(nèi)的位移數(shù)據(jù)采集到電腦內(nèi)，再進(jìn)行分析。
[0006]這種方式至少存在三個問題:
[0007]1，實時性不好，無法實時得到每個裂縫監(jiān)測點的位移數(shù)據(jù)，給判斷決策帶來了一定的困難。
[0008]2，可靠性無法掌控，通常來說，需要監(jiān)測的穹頂裂縫有幾十條，如果有的傳感器發(fā)生故障，無法測量或者存儲，則丟失的數(shù)據(jù)無法彌補(bǔ)。
[0009]3，人工工作量大，需要不斷攀爬穹頂，逐個采集數(shù)據(jù)。
[0010]解決這些問題的辦法是安裝帶有無線傳輸功能的傳感器，可以實時將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛婀ぷ髡?。但是由于安全殼的形狀和結(jié)構(gòu)，特別是穹頂?shù)那蛐谓Y(jié)構(gòu)，導(dǎo)致無線電傳播環(huán)境非常惡劣，對于高頻電磁波而言，就相當(dāng)于是一個凸面鏡，電磁波信號幾乎都被發(fā)散到了高空，無法到達(dá)地面的數(shù)據(jù)處理模塊。多家核安全監(jiān)測方面的公司做過多次實驗，最終宣告失敗。因此目前為止尚無可應(yīng)用于安全殼穹頂裂縫監(jiān)測的無線自動監(jiān)測裝置。并且，由于安全原因以及供電的問題，所使用的無線通信裝置所使用的發(fā)射功率必須是微功率，一般不允許超過20dbm，所使用的頻率也只能是ISM頻段的頻率。為解決核電站安全殼穹頂裂縫無線自動監(jiān)測問題帶來了更大的挑戰(zhàn)?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0011]本實用新型提針對現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種用于球狀穹頂裂縫監(jiān)測的裝置。
[0012]本實用新型的技術(shù)方案提供一種用于球狀穹頂裂縫監(jiān)測的裝置，所述穹頂邊緣設(shè)置有女兒墻，包括若干無線傳感器節(jié)點、中繼模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，
[0013]各無線傳感器節(jié)點布設(shè)于穹頂上，每個無線傳感器節(jié)點包括位移傳感器15、第一微控制器模塊11和第一無線傳輸模塊12，位移傳感器15和第一無線傳輸模塊12分別與第一微控制器模塊11連接，
[0014]中繼模塊包括接收天線25、高頻傳輸電纜26、第二微控制器模塊21、第二無線傳輸模塊22、第三無線傳輸模塊23和發(fā)射天線27，第二無線傳輸模塊22和第三無線傳輸模塊23分別與第二微控制器模塊21連接，接收天線25通過高頻傳輸電纜26與第二無線傳輸模塊22連接，發(fā)射天線27和第三無線傳輸模塊23連接；所述接收天線25放置于穹頂中間，所述發(fā)射天線27安置在女兒墻外；
[0015]數(shù)據(jù)處理模塊包括第四無線傳輸模塊31，所述第四無線傳輸模塊31放置在與中繼模塊的發(fā)射天線27通視的位置。
[0016]而且，所述位移傳感器15采用LVDT類型的位移傳感器，所述LVDT表示線性可變差動變壓器。
[0017]而且，高頻傳輸電纜26采用50歐姆電纜。
[0018]而且，所述第一無線傳輸模塊12、第二無線傳輸模塊22、第三無線傳輸模塊23和第四無線傳輸模塊31采用芯片Si4432。
[0019]而且，每個無線傳感器節(jié)點設(shè)置存儲器13，存儲器13和第一微控制器模塊11連接。
[0020]而且，各無線傳感器節(jié)點中設(shè)置第一電源14，第一電源14和第一微控制器模塊11連接，中繼模塊中設(shè)置第二電源24，第二電源24和第二微控制器模塊21連接。
[0021]而且，第二無線傳輸模塊22、第三無線傳輸模塊23以及微控制器模塊21和第二電源24集成為中繼模塊的主機(jī)42，放置在女兒墻附近。
[0022]而且，數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)置終端設(shè)備32，第四無線傳輸模塊31和終端設(shè)備32通過數(shù)據(jù)電纜連接。
[0023]本實用新型所提供裝置采用單節(jié)點無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與有線/無線中繼器結(jié)合，有效地解決了核電站安全殼穹頂上各個無線傳感器與數(shù)據(jù)處理終端之間的通信問題，可以支持實時自動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，用于及時判斷縫隙情況，節(jié)約人工，解決隱患，最大地保障了安全，使用簡單高效。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型實施例的無線傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本實用新型實施例的中繼模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本實用新型實施例中的數(shù)據(jù)處理模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4為本實用新型實施例中的總體安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型技術(shù)方案進(jìn)行具體描述。
[0029]本裝置分為三部分，分別是無線傳感器節(jié)點，中繼模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。除了數(shù)據(jù)處理模塊放置在安全殼之外(可放置于地面上)，其余兩部分放置在安全殼頂部。
[0030]實施例的具體實施如下:
[0031]每一個無線傳感器節(jié)點41負(fù)責(zé)監(jiān)測一條裂縫，并將觀測數(shù)據(jù)實時通過無線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊，同時在本地存儲數(shù)據(jù)，以保證在萬一發(fā)生無線傳輸丟失的情況下，能夠通過數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)取出。
[0032]參見圖1中的無線傳感器節(jié)點結(jié)構(gòu):無線傳感器節(jié)點41主要包括位移傳感器15、第一微控制器模塊11和第一無線傳輸模塊12，具體實施時還可設(shè)置第一電源14、存儲器13。第一電源14、位移傳感器15、存儲器13和第一無線傳輸模塊12分別與第一微控制器模塊11連接。
[0033]位移傳感器15負(fù)責(zé)測量裂縫的狀況，位移傳感器15采集的數(shù)據(jù)輸入第一微控制器模塊11，第一微控制器模塊11將數(shù)據(jù)輸出到存儲器13存儲本節(jié)點的測量數(shù)據(jù)，以保證在萬一發(fā)生無線傳輸丟失的情況下，能夠通過數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)取出。同時將將數(shù)據(jù)輸出到第一無線傳輸模塊12，由第一無線傳輸模塊12負(fù)責(zé)將測量數(shù)據(jù)發(fā)送出去。具體實施時，位移傳感器15可采用差動變壓器LVDT形式的位移傳感器，量程5_，分辨率0.0Olmm,線性度
0.2%。LVDT表示是線性可變差動變壓器，屬于直線位移傳感器。
[0034]具體實施時，第一微控制器模塊11建議采用超低功耗、高可靠性的MCU芯片Si8051o
[0035]存儲器13采用非易失存儲器。
[0036]具體實施時，第一無線傳輸模塊12如果采用自組網(wǎng)形式的結(jié)構(gòu)，例如ZigBee，則耗電量會比突發(fā)發(fā)射形式的大，而且要求任意一個節(jié)點與其他任意節(jié)點之間的距離不能太遠(yuǎn)，否則該節(jié)點就會脫網(wǎng)。因此建議選擇按需突發(fā)發(fā)射形式的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即在平時不監(jiān)測的時候，節(jié)點上除了第一微控制器模塊11以超低功耗方式運(yùn)行外，其余部件全部斷電，只有在進(jìn)入預(yù)定的監(jiān)測時段的時候(頻度一般為一分鐘至一個小時一次，可以調(diào)節(jié))，由第一微控制器模塊11負(fù)責(zé)給其他部件加電，測量，然后將測量的數(shù)據(jù)發(fā)射出去，從加電到發(fā)射完畢的整個過程大約10秒鐘。節(jié)點的位置可以在穹頂任意布設(shè)，數(shù)據(jù)收集的可靠性由中繼模塊來保證。具體實施時，第一無線傳輸模塊12建議采用的無線傳輸模塊是Si4432，最大發(fā)射功率20dbm，工作在433Mhz ISM頻段，接收靈敏度一 120dbm。
[0037]具體實施時，第一電源14建議采用鋰聚合物電池，經(jīng)計算與實測，12WH的電池，在每分鐘測量一次的頻度下，可以連續(xù)工作2個月。
[0038]穹頂是一個外球面的結(jié)構(gòu)，對于高頻電磁波而言，就相當(dāng)于是一個大凸面鏡，電磁波信號幾乎都被發(fā)散到了高空，無法到達(dá)地面的數(shù)據(jù)處理模塊。因此必須有一個中繼模塊，負(fù)責(zé)收集來自不同方位的所有傳感器的信號，然后將信號轉(zhuǎn)發(fā)到地面的數(shù)據(jù)處理模塊。本裝置中的中繼模塊是實現(xiàn)實時無線傳輸?shù)年P(guān)鍵。
[0039]參見圖2，中繼模塊主要包括接收天線25、高頻傳輸電纜26、第二微控制器模塊21、第