大坝真空激光准直监测系统在万家寨水电站的应用

４ ．汛 期 每 三 天 （ 汛 期 一 周 ） 查 看 测 控 系 统 一 非 次 ，掌 握 系 统 软 件 和 硬 件 的运 行 状 况 ，初 步 对 近 期 观 测 数据 的变 化 趋势 进 行分 析 ，发 现 问题 ，及 时 处理 。 ５ ．每 月 对 系 统观 测 数 据 与 引 张线 同期 自动 化 测 值 进行 对 比，分 析变 化趋 势 的吻 合程 度 。
段 ； １＃ ２ 坝 段 为右岸 挡水 坝段 。 ８ ￣ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ＃
一
、
真 空激 光准 直变形监 测 系统 组成
（） 一 工作 原 理
ｃ Ｊ 空激 光准 直系统激 光管内的Ｈ — ｅ 体在高 ｚ真 ｅＮ气 压 电的激发 下不 断产 生频 率 、相位 及方 向相 同的光
子 ， 经 谐 震 腔 两 端 的 的 全 反 射 和 部 分 反 射 镜 来 回 反
ｚ ＝Ｈｎ （二 ＋ 十（ｉ ｆ × ｎ ｈ × ｎ ｊ ｉ （ Ｌ） ） Ｌ
—
Ｌ ０
Ｌ ０
（ 系统组成 二） 万家寨 水 电站 的真空激光准直变 形监测系统主要 由硬件部分和软件部分组成 。硬件部分包括抽真空系 统、激光发射端、真空管道和激光接收端 。软件部分 主要包括 自动监测采集软件和人工数据采集软件 ，由
光斑在成像屏上 的变化 ，经过计 算机 处理，即可求得
待 测 部 位 的位 移 变 化 。万 家 寨 电 站 真 空 激 光 准 直 变 形 监测 的原 理 图如 图 １ 示 。 所 在激 光测 坝 变形 中分为 相对 测 量和 绝对 测 量 ，相对 测 量 是 以两 端 点 为参 考 点 ，测 量 各 测 点 相对 参 考 点 的Ｘ
可靠性 ，总 结 出真 空激 光准 直 系统 的 日常巡视 监 测的 重点部 位和 常见 故 障的产 生原 因及 处理方 法 。
关键 词 ： 坝监测 ； 空激光 准 直 系统 ；万家寨 水 电站 大 真 中图分 类号 ： Ｖ６ ８ Ｔ ９ 文献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：１０ — ３ ４ （ ０ １ — ０ ３ ０ ０９ ２ ７一 ２ １ ２ ０ ９ — ２ １）
大坝真 空激光准直 监测 系统在 万家寨 水 电站 的应用
刘进波 刘 薇 赵 云
（ 河 万 家寨 水 利枢 纽有 限 公 司 ， 黄 山西 偏 关 ０ ６ １ ３ ４ ２）
摘要 ： 文章介绍 了万家寨水电站 大坝坝顶真空激光变形监测系统的原理 ，系统组成 、设施布置以及数据采集
的方 法 ，并 通过 对一段 时间 引张线 自动化 观 测数据 和激 光监 测数 据 的对 比分析 ，验 证 了其 自动化监 测数 据 的
于１ 。 的
Ｋ ：Ｌ／ ｏ ｉ ｘＬ
万 家寨 水利 枢 纽工 程位 于黄 河 北干 流 托 克托 至龙 口 峡 谷河 段 内 。工程 的主要任 务 是供 水 结合 发 电调 峰 ，同 时兼有 防 洪 、防 凌作 用 。枢 纽属 一等 大 （Ｉ ）型 工程 ， 总装 机 容 量为 １８Ｍ 。万 家寨 水 电站 由拦 河坝 、坝 后 式 ００Ｗ 厂 房 、 泄水 建 筑 物 、 引黄 取水 口及 Ｇ Ｓ 关 站等 建 筑 物 Ｉ开
二 、观测 资料对 比分析
（ ） 析 方 法及 内容 一 分
真 空激光变形监测 分析资料分析方 法通常有 比较 法 、作 图法 、特 征值统计法 、数学模型法等 。通 过以
上 方 法 ，分 析 观 测 物 理 量 随 时 间 、 空 间变 化 规 律 性 ， 特 征 值 变 化 规律 性 ， 并 通 过 巡 视 检 查 成 果 、观 测 物 理 量 的分 析 成 果 、 设 计 计 算 复 核 成 果 进 行 比较 ， 获 得 观 测 物 理 量 变 化 稳 定 性 、 趋 向性 及 其 工 程 安 全 的关 系等
其 中：
Ｋ ——测点折算系数 ； ｉ Ｌ ——发射端到测点的距离； ｘ
Ｌ —— 发射 端 到接 收端 的距 离 ， 即激光 轴 线 总长 。 ｏ
组成 。大坝坝顶高程９ ２ ０ｍ ８ ． ０ ，坝顶长度４ ３ ，最大坝 ４ｍ
高 １５ ，拦河 坝 由２ 个坝 段组 成 ，其 中 ：１坝 段 为左 岸 ０ｍ ２ ＃ 挡 水 坝 段 ；２ 、 ３ 坝 段 为 引 黄取 水 口坝 段 ；４ 坝 段 为 ＃ ＃ ＃ 表 孔 坝段 ；５ ～ ８ 坝段 为底 孔 坝段 ；９ 、 １＃ 段 为 中 ＃ ＃ ＃ ０坝 孔 坝 段 ； １＃ 段 为 隔墩 坝 段 ； ｌ＃ ｌ＃ 段 为 电站 坝 １坝 ２～ ７坝
鬻
图 １ 真 空激 光 变形 监 测 原 理 图
射 ，使激光越来越 强，然 后从部分反射 镜输出波长为
６ ２ Ａ （Ａ １ ｍ 的激光 束 ， 它具 有 方 向性 强 、单 色 ３８ １＝０ｃ ） 性 好 、亮 度 高 、相 干 性好 等普 通 光 无 法 比 拟 的 特 点 ，
激 光 束 穿过 待 测 部 位 的波 带 板 （ 涅 尔 透 镜 ）在 接 收 菲
当测 点 （ 带板 中心 ）位移 了一段 距 离 ，在探 测 仪 波 处 的像 点也 位 移 了一 段 距 离 ，用 下 列 公 式 即可 计 算 出 测 点 的位移 。
ｚ ＝Ｈｎ （ ， ｈ ×兰 １ 二
Ｌｏ
端 的 成 像屏 上 形 成 一个 衍 射 光 斑 ，利 用Ｃ Ｄ Ｃ 坐标 仪 测 出
结论。
６ ．注重激光系统保养维护 的同时 ，与之相配套 的 静力水准系统 、垂线系统和双金标 的维护 检查工作也 要跟上 。只有 四套系统均运 行正常，才能真正保证真
向和ｚ 向位移 ，绝对测量是相对测量后加上端点改正的
测量 。
从 图１ 中可看到，接收端测得 的读数Ｈ ，是测点位 ｉ
移放 大若干倍后的值 ，测点折算系数永远是大于０ ，小
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“ 统 配 置 ” 、 “ 户 管 理 ”、 “自动 化 安 全 监 控 程 系 用 序 ”及 “ 观测 数 据人 工 输入 程序 ”等几 大 模块 组 成 。