Радиотехническая аппаратура высокоточного контроля геометрической формы плотин гидроэлектростанций - Дипломная работа

Гидротехнические сооружения гидроэлектростанций представляют собой объекты повышенной опасности, поэтому постоянное наблюдение за их состоянием, контроль геометрических и физико-механических параметров минимальное необходимое требование, обеспечивающее безопасность и надежность работы этих сооружений в течение всего эксплуатационного срока. Между тем сегодня многие гидротехнические сооружения крупных гидроэлектростанций России, используют технику наблюдения, относящуюся к поколению 30-летней давности по состоянию на начало их строительства, что не отвечает требованиям безопасности работы этих сооружений с учетом старения во времени материалов и деталей строительных конструкций. Одним из параметров контроля и мониторинга гидротехнических сооружений гидроэлектростанций является оценка прочностных характеристик, по геометрической форме плотины (створа), для которой при воздействии различных внешних факторов (чередование времен года, изменение уровня водохранилища, сейсмических воздействий и др.) необходимо измерять перемещение отдельных участков гребня плотины. Существует несколько методов контроля геодезического створа сооружений гидроэлектростанций, которые включают в себя различные варианты реализаций: · струнный створ - закладывается внутри плотины вдоль галерей и представляет собой подвешенную на береговых анкерах стальную струну, защищенную асбестовым трубопроводом. · дифференциальный створ - если плотина состоит из нескольких десятков блоков (плотина Зейской ГЭС), относительное смещение которых под напором воды определяет в целом контур верхней кромки, то возможным вариантом измерительного створа может быть способ дифференциального измерения относительных смещений строительных блоков с использованием датчиков перемещения;Практическая значимость и внедрение результатов исследований: Проведение вышеперечисленных исследований позволит создать высокоточный метод измерения расстояния (смещений) и оборудование контроля над створами плотин или другими малоподвижными объектами которым требуется мониторинг и оценка их прочностных параметров.Одним из перспективных способов измерения перемещения гребня плотины может быть радиотехнический метод, основанный на измерении задержки радиосигнала от опорной точки расположенной ниже плотины на 0,5?1 км, где расположена приемопередающая антенна, до контрольных точек на гребне плотины, в которых установлены отражающие антенны. Так, для обеспечения точности измерения расстояния в 1 мм и точнее необходимо измерять задержку радиосигнала с погрешностью менее 3 пс, что соответствует погрешности измерения фазы радиосигнала частотой 1ГГЦ не более 1,2?. Рассматриваемый метод условно разделим на две части: · определение абсолютного расстояния между антеннами, предполагается использовать проверенные и отработанные принципы спутниковых навигационных систем (ГЛОНАСС/GPS), а именно измерение задержки при помощи шумоподобных сигналов псевдослучайной последовательности для определения дальности. · принцип измерения приращения дальности, осуществляется приращением частоты первичного сигнала радиоизлучения, при условии постоянной фазы сигнала принимаемого от объекта переизлучения, в точке излучения первичного радиосигнала. Рисунок 1 - Структурная схема измерителя приращения: ГУН - генератор управляемого напряжения; ФД - фазовый детектор; УС - усилитель; СД - синхронный детектор; И - интегратор напряжения рассогласования; Ч - частотомер; К - коммутатор переизлучающей антенны установленной на точке переизлучения; ЭВМ - процессор обработки результата наблюдения.Оценим требуемую мощность в излучающей антенне для максимального расстояния прохождения сигнала. Сигнал, излучаемый приемопередающей антенной, отражается от пассивной отражающей антенны и приходит снова на приемопередающую антенну. Плотность потока мощности, создаваемая отражающей антенной на приемопередающей, будет равна: ,(12) а мощность сигнала в приемопередающей антенне: ,(13) где Gп= Gи - коэффициент усиления приемопередающей антенны.Система стабилизирует частоту подстраиваемого генератора (ПГ) по сигналу с высокостабильного эталонного генератора (ЭГ). Объектом управления в системе ФАПЧ является ПГ, частота колебаний (или фаза) напряжения которого изменяется в зависимости от напряжения, вырабатываемого управляющим элементом (УЭ), при этом напряжение ПГ остается неизменным. На систему действует напряжение от эталонного генератора с частотой ?э, этот сигнал является управляющим воздействием. Сигнал с ФД через фильтр нижних частот (ФНЧ) подается на УЭ, который перестраивает частоту ПГ, приближая ее к частоте ЭГ. В установившемся режиме в системе устанавливается постоянная разность фаз между напряжениями uэ и uг, при этом напряжение на выходе ФД также будет постоянным, в результате чего частота сигнала с ПГ окажется равной частоте сигнала с ЭГ.Если на вход ФД действует напряжение Положим, на входе ФД действует напряжение , показанное на рис. 4, а, тогда напряжение на выходе ФД должно иметь вид рис. Например, постоянная составляющая ток

Содержание

Введение

1. Обоснование радиотехнического метода измерений точных расстояний

2. Основные узлы точного дальномера

2.1 Обоснование энергетики канала

2.2 Функциональная схема системы фазовой автоподстройки частоты...

2.3 Фазовый детектор

2.4 Синхронный детектор

2.5 Оценка основных параметров ФАПЧ

2.6 Интегратор

2.7 Генератор управляемый напряжением

3. Определение абсолютного значения дальности

4. Технико-экономическое обоснование

5. Безопасность и экологичность разработки

5.1 Действие ЭМП на организм человека

5.2 Нормирование уровня ЭМП

5.3 Расчет ППЭ

Заключение

Список использованных источников

Гидротехнические сооружения гидроэлектростанций представляют собой объекты повышенной опасности, поэтому постоянное наблюдение за их состоянием, контроль геометрических и физико-механических параметров минимальное необходимое требование, обеспечивающее безопасность и надежность работы этих сооружений в течение всего эксплуатационного срока.

Естественно, что крупные строительные конструкции нуждаются в оперативных оценках их состояния по большому числу физических параметров и по многим контрольным точкам, разнесенным в пространстве и времени.

Системно подобная задача может быть решена лишь при комплексном внедрении автоматизированных средств контроля и измерений с использованием современных достижений вычислительной техники, радиоэлектроники и связи.

Между тем сегодня многие гидротехнические сооружения крупных гидроэлектростанций России, используют технику наблюдения, относящуюся к поколению 30-летней давности по состоянию на начало их строительства, что не отвечает требованиям безопасности работы этих сооружений с учетом старения во времени материалов и деталей строительных конструкций.

Одним из параметров контроля и мониторинга гидротехнических сооружений гидроэлектростанций является оценка прочностных характеристик, по геометрической форме плотины (створа), для которой при воздействии различных внешних факторов (чередование времен года, изменение уровня водохранилища, сейсмических воздействий и др.) необходимо измерять перемещение отдельных участков гребня плотины. Существует несколько методов контроля геодезического створа сооружений гидроэлектростанций, которые включают в себя различные варианты реализаций: · струнный створ - закладывается внутри плотины вдоль галерей и представляет собой подвешенную на береговых анкерах стальную струну, защищенную асбестовым трубопроводом. Для снижения провисания, струна подвешивается на поплавках через определенное расстояние, порядка 20 метров. Координаты смещения стенки трубы относительно струны измеряются вручную или с помощью оптических, индуктивных и емкостных датчиков, расположенных вдоль плотины. Используется на большинстве гидроэлектростанций;

· оптический створ - представляет собой метод оптической пеленгации точеных источников света (лазеров, и т.п.), расположенных в дискретных точках вдоль кромки плотины;

· дифференциальный створ - если плотина состоит из нескольких десятков блоков (плотина Зейской ГЭС), относительное смещение которых под напором воды определяет в целом контур верхней кромки, то возможным вариантом измерительного створа может быть способ дифференциального измерения относительных смещений строительных блоков с использованием датчиков перемещения;

· радиотехнический створ: разностно-дальномерный метод - в этом методе вдоль створа устанавливаются маломощные радиомаяки (радиоточки), а их координаты пеленгуются с берега фазовым радиопеленгатором в виде двух разнесенных по горизонтали приемных антенн и фазометра;

дальномерный метод - по этому варианту прием сигналов радиомаяков осуществляется в одной точке. При этом измеряется разность фаз между опорным сигналом местного гетеродина приемника и принимаемого сигнала от выбранного радиомаяка.

Системы глобального позиционирования ГЛОНАСС и GPS пока не отвечают заданным требованиям точности. В перспективе с применением методов накопления и обработки информации со спутников, контрольно-корректирующих базовых станций и дополнительных устройств потребителя, станет возможным достигнуть высокой и достаточной для заданной в ТЗ точности измерений. В настоящее время, использование дифференциальной поправки, основанной либо на геостационарных спутниках, либо на наземных базовых станциях, даже с накоплением дает точность в десятки сантиметров (10-50 см).

Наиболее перспективным является радиотехнический метод. Как будет показано ниже, при рассмотрении предлагаемого метода, с его помощью можно достигнуть малых значении инструментальной погрешности, что позволит более детально и быстро следить за состоянием тела плотины, накапливать статистические данные о створе, оценивать риски и реагировать на них до происшествия возможных чрезвычайных ситуаций, то есть предсказывать поведение створа.

Целью работы является разработка радиотехнического метода и аппаратуры высокоточного контроля геометрической формы плотин гидроэлектростанций и включает в себя, в том числе, следующие задачи исследования: 1. Обоснование радиотехнического метода измерений точных расстояний;

2. Функциональная схема системы фазовой автоподстройки частоты;

3. Поиск схемотехнических решений;

4. Оценка основных параметров ФАПЧ;

5. Безопасность и экологичность разработки;