[发明专利]测量桥梁钢管桩周边冲淤深度的传热桥式传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种水利工程监测装置，具体涉及一种测量桥梁钢管桩周边冲淤深度的传热桥式传感器。

背景技术

钢管桩作为一种桥梁的基础形式，已广泛应用于各类桥梁的施工建设当中，而对于桥梁钢管桩周边冲淤深度的监测，还仍然停留在水位计等自动化水平很低的阶段，无法实现全天候的自动监测。一些新型的冲淤传感器，虽然提供了自动化监测的可能，但是传感器安装复杂，不利于技术的大面积推广。

热量散失速度与所处环境密切相关，水体环境要比土体环境更容易散热，且散热速度与水流速度呈正相关性。根据土体与水体在散热性能方面的差异，本发明提供一种新型的传感器，测量桥梁钢管桩周边的冲淤深度，进而实现冲淤状态的自动实时监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量桥梁钢管桩周边冲淤深度的传热桥式传感器，基于水体和土体中热量散失程度差异的原理，通过测量传感器所处环境的热量散失程度来区分水体和土体，用以监测水下冲淤变化，具有高精确度、高耐久性、制作简单、成本低等优势。

实现本发明目的的技术解决方案为：

传感器包括电源线、信号线、壳体、温度探头、发热块、隔温材料、尖锥、密封板。壳体由侧壁为瓦片形、两端为半圆形的不锈钢片焊接而成。尖锥为半个实心锥体，尖锥顶面与壳体底面通过螺栓连接。壳体内侧侧壁中心为发热块，四边中点各有一个温度探头。发热块的电源线以及温度探头的信号线从壳体顶端引出。壳体内其余空间用隔温材料填充，并将密封板嵌入壳体开口端焊接密封。

上述壳体和尖锥的侧壁的曲率与钢管桩外壁的曲率相同。

上述传感器制作方法，包括以下几个步骤：

（a1）壳体底面与尖锥顶面通过螺栓连接；

（a2）在壳体内侧侧壁中心安装发热块，在发热块上连接电源线从壳体顶端引出；

（a3）在壳体内侧侧壁四边中点各安装一个温度探头，保证四个温度探头与发热块等距，并在温度探头上各连接一个信号线，与电源线并线从壳体顶端引出；

（a4）壳体内其余空间用隔温材料填充；

（a5）将密封板嵌入壳体开口端焊接密封。

本发明的传感器工作原理和方法如下：

热源与感温点分别位于传热桥两端，热源散发出的热量经过传热桥传至感温点，传热桥在传热过程中会有热量向周围环境散失，根据所处环境不同，热量散失的速度也有所不同——当传热桥所处的环境为水体时，热量散失速度与水流速度呈正相关性，且明显大于土体环境。本发明中，发热块作为热源使用，壳体作为传热桥，将热量传递给温度探头（感温点）。输入额定电流使发热块持续发热，发热块的热量通过壳体传递给温度探头。加热过程中，热量散失速度越大，温度探头的温度变化就越慢，温度变化幅度也越小；通过测量温度探头在加热过程中的温度变化速度和幅度，就可以区分传感器所处环境是水体或者土体。将若干只传感器安装在钢管桩桩身的不同深度位置，能够区分出水体与土体的分界面，最终确定桥梁钢管桩周边的冲淤深度。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)本发明的测量原理简单可靠：本发明的传感器会感应到温度变化，通过传感器内温度探头所得的温度数据变化速率的大小，可以确定传感器在水体中还是在土体中，最终确定泥面位置；这种监测方法，不受水流变化等因素干扰，数据精确稳定；

(2)本发明的传感装置制作工艺简单，安装方便，特别适合在钢管桩上使用，避免传统传感器需要另外打桩的麻烦，有广阔的应用前景和良好的经济效益；

(3)本发明的测试精度高，其测试精度可达0.2m，并且可以根据具体要求改变精度，其精度主要可以通过改变传感器数量以及间距大小实现；

(4)本发明无需对安装位置进行限制，只要确保监测时至少有两个不同深度的传感器分别在水体和土体中即可确定泥面位置；

(5)本发明的传感器上四个温度探头与发热块等间距，传热路径长度一致，保证数据的有效性；

(6)本发明可对多个监测点同时进行冲刷监测，可按照监测需求，在多个监测点安装本发明的传感器，实现区域性整体冲刷监测。

附图说明

图1为传感器结构示意图，其中图1（a）为传感器结构主视图，图1（b）为传感器结构侧视图，图1（c）为传感器结构俯视图。

图2为传感器安装在钢管桩上的示意图。

图中各标号：钢管桩11，传感器12，电源线121，信号线122，壳体123，温度探头124，发热块125，隔温材料126，尖锥127，密封板128。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细描述。