一、系统应用背景
河流悬移质泥沙含量(含沙量)是重要的水文参数之一,河流含沙量监测对于水利水电工程建设,水资源开发利用,水土流失治理,工农业取水用水,水文预报等意义重大。目前水文上测量河流含沙量的主要方法是:人工取样,使用烘干法测量含沙量。该方法从样品的采集到分析,均需要大量人力,物力和时间的投入,而且测量周期长,操作过程繁琐,劳动强度大,难以实时,在线监测河流含沙量的变化。
近年来随着新产品新技术的不断引进,针对河流泥沙的监测积累了一些经验,取得了一些进展。目前,由我司研发的JBNS-100型 全自动泥沙在线监测系统已正式投入使用,本套系统可以实现了含沙量和输沙率的实时在线监测。
二、全自动泥沙在线监测系统简介
JBNS-100型 泥沙在线监测系统主要由泥沙传感器、数据采集与传输系统(含RTU)、供电系统、数据管理软件和安装支架等组成。
传感器满足《水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心》水文仪器特性要求。
2.1系统特点:
v 可直接输出测点泥沙含量值、水深、温度值;
v 自动计算断面平均含沙量与输沙率,24小时连续在线监测;
v 支持整合多个断面泥沙传感器数据;
v 建立泥沙与水位、流量等相关的关系线;
v 直接生成水文规范报表,可直接参与资料整编。
表1 JBNS-100型 泥沙传感器规格规格 | 详细信息 |
尺寸 | 直径90mm*长度 478mm |
重量 | 6KG |
主要材料 | 机身:钛合金+POM+316L不锈钢 |
O型环:氟橡胶 |
线缆:PVC |
防水等级 | IP68/NEMA6P |
测量范围 | 0.001kg/m-120kg/m,可根据定制量程 |
测量精度 | 误差小于测量值的±5% |
耐压范围 | ≤0.3Mpa/0-30m水深标配,到50米 |
流速 | ≤5.0m/s |
存储温度 | -25到85℃ |
测量环境温度 | 0到55℃ |
校准 | 斜率校准/多点校准 |
传感器线 | 标准整体电缆,可定制 |
深度传感器 | 量程:0-100M,精度:0.01M |
温度传感器 | 量程:-20℃-120℃,精度:0.1℃ |
电源 | DC12V |
输出 | 通过6mm抗拉屏蔽线缆输出数字信号 |
显示输出 | 本地触摸屏显示,远程WEB端显示,手机APP查看 |
软件 | 可实时显示测量值并保存,可与系统报表对接 |
2.4数据采集与分析主机(含RTU功能)
系统主要功能如下:
(1)能自动采集及处理测沙传感器监测到的泥沙数据,并根据泥沙-断沙率定公式自动计算断面平均含沙量,支持导入断面流量数据,自动计算断面输沙率,对泥沙进行24小时连续在线监测,实现数据采集的准确性、完整性、及时性和可靠性;
(2)可同时接收多个水文站(或监测断面)的泥沙含量数据,每个水文站(或监测断面)可同时支持多个JBNS-100型 传感器;
(3)统计分析:实时监测的数据可自动传输并存储在中心数据库,并可进行数据统计,可生成逐日平均悬移质输沙率表和逐日平均含沙量表等符合《水文资料整编规范》的多种报表,与Excel无缝对接;
(4)远程控制:远程修改参数,异常数据报警等,同时可根据用户要求定制功能。
数据处理主机参数如下:
名 称 | 参 数 | 描述说明 |
主要参数 |
CPU | AM3352BZCZD60@600MHZ | ARM Cortex-A8构架,工业级温宽 |
内存 | 256M DDR3 | 工业级温宽:-40℃ +85℃ |
NandFlash或e.MMC | 256MB SLC NandFlash/4GBe.MMC | 工业级温宽:-40℃ +85℃ |
数据接口 |
百兆以太网接口 | 2路 | 2路10/100自适应网络接口 |
3G/4G模块接口 | 1路 | 用于扩展3G/4G通信模块 |
WIFI模块接口 | 1路 | 2.4G WIFI |
| | |
TF卡接口 | 1路 | 支持大容量TF卡和MicrsSD卡,设计了热拔插检测,支持SD Memory Card协议v2.0 |
SIM卡接口 | 1路 | MICRO-SIM卡 |
调试串口 | 1路 | RS232 |
RS485接口 | 4路 | 可根据总线扩展N个接口 |
RS232接口 | 4路 | 与485复用 |
CAN接口 | 2路 | 支持CAN2.0 Part A和2.0Part B,传输速度可达1Mbit/S |
RTC时钟 | 高精度时钟芯片 | 采用高精度RX8025时钟芯片,后备电池,可以再断电时时间不丢失 |
LED指示灯 | 2个 | 1个CPU工作心跳灯,1个用户自定义灯 |
用户按键 | 1个 | 可自定义按键功能 |
电气特性 | | |
输入电压 | DC12V | 9-30V |
工作温度 | -40℃ +85℃ | 工业级温宽 |
工作湿度 | 5% 95% | |
结构参数 |
机盒尺寸 | 159mm×105mm×33mm | |
2.5供电系统供电模块通过太阳能电池板和蓄电池的供电方式,配备充电控制器,可用交流电对电池进行充电。蓄电池100AH,100W太阳能板供电。
五、JBNS-100型 泥沙在线监测仪的优势1、在泥沙自动测量中重要的是悬移质(悬浮颗粒物)的同质性,泥沙可以分为很多种,如:青沙、黄沙、棕沙等,它们的质量不同、颜色不同,对光的反射率也完全不同,所以如果采用同一种方式去测同质性完全不同的泥沙,得出的结果可能相差甚远。泥沙传感器做了大量实验,会根据不同流域对传感器进行分大类来标定分析,并将逆投影成像技术计算方写进传感器软件,这样得出终结果的误差会减小甚多。
2、JBNS-100型 泥沙传感器可以根据泥沙含量的多少设置自动单次清洗次数和清洗时间间隔。
3、JBNS-100型 泥沙传感器是直接根据质量来标定和计算,所以可以直接输出质量单位(mg/L或Kg/m)。在测量泥沙含量时无需通过浊度(NTU)来换算成重量单位(mg/L或Kg/m),测量结果更直观,无需换算。
六、系统配置清单
序号 | 型号名称 | 产品描述(含性能特点、技术参数等) | 数量 |
1 | JBNS-100型 传感器 | 可根据安装现场实际含沙量定制量程,以获得精度要求,带自动机械清洁刷,可设定定时清洗。带深度和温度输出。 | 1台 |
2 | 电 缆 | 标配电缆数据线,10米,长度可以根据需要延长,长200米。 | 1套 |
3 | 泥沙数据采集和数据分析主机系统 | 数据采集分析系统,用于数据的采集和分析传输等(主机自带RTU、GPRS等功能) | 1套 |
4 | 供电系统 | 供电系统:蓄电池及充电控制器,太阳能板。 | 1套 | |
5 | 数据处理分析软件和中心站管理软件 | 数据显示软件、泥沙的数据处理分析软件,方便数据的率定分析及关系建立,功能可根据客户要求定制开发和扩展。 | 1套 |
6 | 设备布线安装和支架 | JBNS-100型 泥沙在线监测仪的支架设计及安装,需要根据实际难易情况决定。 | 1套 |
7 | 安装调试 | 具体根据现场情况,约需1-2人 | 1套 |
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在得到一定的率定数据后(通常需要经历高、中、低含沙量),我们可以通过EXCE软件求出关系曲线和关系式。然后,我们只需要把关系式输入到在线自动监测平台中,即可得到24小时不间断的断面悬移泥沙含量数据。