离心泵内流动状态无传感器监测识别技术基础研究

无传感器监测技术由于无侵入、价格低、信息集成度好的特点，十分适合在离心泵上推广应用，水力负载转矩非定常特性及其在通过泵轴系传递后的响应特性是该技术的应用基础，而目前对此研究几乎处于空白。本项目针对离心泵，一方面通过搭建试验台，依据动态采集压力脉动、振动的流动诱导时频特性，获得在不同流态下的叶片表面动态压力信号、轴系响应与动态电机电流电压信号；通过联合时频方法方法实现特征提取，另一方面通过建立flunet-matlabl联合计算方法离心泵水机电耦合系统的双向耦合，水力负载转矩非定常特性及其在通过泵轴系传递后的响应特性，最后在上述研究的基础开发出基于无传感器监测技术的离心泵状态运行监测技术及其实现装置，通过建立本项目的研究对丰富和发展离心泵内部流动理论，为无传感器监测技术在离心泵上的广泛应用提供理论基础和依据，为实现泵的节能、可靠运行，将泵的调节和运行带入崭新的现代模式奠定基础。 项目组发表论文15篇，被SCI收录或待收录5篇，被EI或待收录5篇。申请发明专利10项，获授权发明5项。申请软件著作权1件，获省部级科技进步二等奖2项。培养博士研究生3名，毕业2名，在读1名，培养硕士研究生8名，毕业3名，在读5名。

无传感器监测技术由于无侵入、价格低、信息集成度好等特点，十分适合在离心泵上推广应用，水力负载转矩非定常特性及其在通过泵转子轴系传递后的响应特性是该技术的应用基础，而目前对此研究几乎处于空白。本项目针对低、中、高比转数的三个模型离心泵，一方面通过搭建试验台，依据压力脉动、振动的流动诱导时频特性，获得在不同流态下的叶片表面动态压力信号、轴系瞬时响应与动态电机电流电压信号,通过联合时频方法实现信号特征提取，另一方面在试验基础上通过建立Flunet-Matlab联合计算方法进行离心泵水机电耦合系统双向计算，进一步获得更为详细的流场、轴系结构信息，继而实现水力负载转矩非定常特性及其在通过泵轴系传递后响应特性的耦合研究。通过本项目的研究对丰富和发展离心泵内部流动理论，为无传感器监测技术在离心泵上的广泛应用提供理论基础和依据，将泵的调节和运行带入崭新的现代模式奠定基础。

大坝监测传感器智能识别技术就是将传感器的仪器名称、仪器类型、出厂编号、标定系数、温度修正系数等参数写进智能识别芯片，相当每个传感器都携带有电子身份证 。附有智能识别功能的读取系统在测量时，首先读取智能识别芯片内的信息，当需要存贮测量数据时，测量数据是自动排列在传感器的编号及系数后。这样测量数据不管存贮在读数仪中或传输给计算机永远不会混乱，测量时也不需要再另记录电缆上的传感器编号，只要将测量数据存入读数仪就一定与本支传感器是对应的。如遇多支传感器电缆被剪断，只要将每支传感器测量一遍，就自动识别出了每支传感器所对应编号。

摘要：智能识别传感器的出现是大坝监测技术的一次革命，将对仪器的设计和制造提出新的要求，同时给仪器的使用方式带来了根本的改变。智能识别传感器内存有仪器的各项参数及编号，并可植入安装人员、安装时间、安装部位、安装环境，基准值等信息，采集时与读取系统自动交互，实现监测工作的无纸化，方便数据的快速查询统计计算。关键词：智能传感器；智能识别技术；电子标签ETC；识别芯片；传感器系数

传感器技术、 现代通信技术与计算机技术是构成现代信息技术的三大基础，它们分别完成对被测量的信息感知、信息传输及信息处理，是当代科学发展的重要标志 。随着加工工艺逐步成熟，新型敏感材料不断出现，尤其是计算机硬件和软件技术的渗入，人们把微处理器和传感器相结合，开发出具备一定数据处理能力，并能自检、自校、自补偿的新一代传感器——“智能传感器”。智能传感器的出现是传感器技术的一次革命，对传感器的发展产生了深远影响。

智能识别技术在我们日常生活中已随处可见，如身份证、银行卡、商品识别码、火车票公交卡、水电费自报收取等都大量使用了身份识别技术 。在高速公路收费站汽车过站收费采用人工操作方式是：过往车辆停车缴费，收费员需要判断过往车辆的车型及收费标准，并读卡和收费找零工作。这导致过站时间长，在交通高峰期堵塞现象严重，时常因不能识别车辆是否或如何收费而扯皮。随着智能识别技术应用在车辆计费系统中(车载电子标签ETC)，可以在不停车的情况下在高速公路收费站快速通过自动计费 。

当装有无线智能识别模块的车辆接近收费站时，无线智能识别模块将本车辆的缴费账户、存款金额、车辆车型、车牌号码、进路站点等识别信息发送给收费站智能收费系统，收费站的摄像机先对车辆的车牌号进行视频信息采集识别，并与系统数据库对比，两者一致进入收费程序。记录车辆进路站名、进站时间、出站名、出站时间等信息，并准确收取相应费用，同时将收费情况通过无线智能识别系统返回给车辆。当收费站与车辆的识别系统不一致时，将进入报警程序，下闸、向下个收费站发出预警等方式。智能识别技术应用在车辆计费系统中可有效缓解高速公路收费堵车问题，实现无人值守不停车自动缴费的工作。

大坝安全监测技术融入了电子、机械、光学、信息等多行业，是个多学科融合的专业。由于水电站大坝所处的重要性和应用环境的严酷及不可回收，所以对安全监测传感器的要求比其他行业更高，传感器必须是另部件少、可靠性高、前端少用电子元器件等。由于所限条件大坝监测传感器多数还停留在比较原始的状态，仅有将物理量转换为电量的功能。

在大量的工程实践中发现埋入大坝中的传感器有3个致命的弱点：1）现有的传感器都是通过电缆传输信号，在工地现场区分传感器之间的对应关系是依靠电缆尾部的标签，在建坝施工过程中，施工断面的变化、大型机械作业、人为的损坏都大量造成电缆线的断裂。多条成束电缆断裂后将很难判别每根电缆线与之相连的是那一支传感器，传感器标签也很容易磨损或丢失，这样就导致传感器因参数不可知(身份不明)而成为废品。2）工地现场测量沿用的是传统笔写纸记的方式，而测量仪表中也有自带存储的功能，可存储数据都是按时间排序的，多支传感器的测量数据又非常近似，即便人工判别也非常困难，没有智能识别的测量仪表的存贮和通讯功能只能是个摆设。3）大型的水电站的建设施工期都比较长达十多年以上，仪器安装的数量多、品种多、部位复杂。仪器的生产厂家、安装人员、安装时间、安装部位、仪器类型、仪器名称、仪器编号、仪器系数以及仪器基准值等原始资料，可能会随着时间的推移、安装记录人员的流动很难追溯，对日后数据整理解析大坝运行状态带来不便。

智能识别采集系统就是在原有采集系统中增加读取识别芯片中的传感器各项参数及编号的功能，将读取到的传感器参数及识别出的传感器类型进行公式对应，并根据该传感器的各项参数、对应的计算公式、传感器输出的电量直接可以计算出实际物理工程值。

大坝监测智能识别系统4.1读取识别芯片

智能识别采集系统在单支仪器逐个测量时，首先读取智能传感器识别芯片内传感器的各项参数及编号。智能识别振弦读数仪测量显示如图2：A为存贮单元、0048为序号、SA5121为传感器类型及编号、2008/10/18 10:28为日期和时间、K=0.4897με/F为传感器的标定系数、b=13.5με/℃为传感器的温度修正系数、【【】 为读数仪的在线电压、200-4840F为扫频激励范围、4500.5F为被测传感器的频率摸数值、R=3k为被测传感器温度计的类型、25.5℃为被测传感器的温度值。

Fig.2Display interface of the intelligent identification vibrating wire readoutinstrument.

图2智能识别振弦读数仪的显示界面

智能识别读数仪在连接自动或手动集线箱快速切换时可以设置连续快速识别，其读写间隔≤8ms的反应速度完全可以满足要求。

大坝监测智能识别系统4.2 快速查询

智能识别采集系统在存贮测量数据时数据是自动排列在传感器的编号及系数后，与计算机通信后数据排列为：存贮单元及序号、仪器名称、仪器编号、标定系数、系数单位、温度修正系数、存贮日期及时间、频率模数值、频率值、温度值(如图3)，这样排列测量数据不管存贮在智能识别读数仪中或传输给计算机永远不会混乱，在大坝监测海量的数据中分析时可以任意按仪器名称、仪器编号、最小读数b···进行排序并查询，节约了查询的时间，解决了因数据量过大无法快速排序查询的难题。

智能识别采集系统可以判别出仪器类型，如：P08320为渗压计，SA7300为150mm标距的应变计，RF0091为配筋25mm的钢筋计(该钢筋计温度修正系数为0)··· ，并自动将判别出的仪器显示在仪器名称栏里，让观测人员一目了然，实现了数据排序的智能化。

Fig.3Snapshot shown in the computer of the data collected from the intelligentidentification readout instrument.

图3智能识别读数仪存贮数据上传计算机排列截屏

大坝监测智能识别系统4.3 统计计算

智能识别采集系统先读取识别芯片中的传感器参数及编号，即可根据识别到的传感器类型调用与其对应的计算公式，根据传感器参数、计算公式、传感器测出的电量直接计算出实际物理工程值。

测斜仪智能识别读数仪测量显示如图4：29-X001为编号29号测孔-X方向第一个测点，GN6158为测斜仪的编号；99.5m为在测点高程孔深米数； X 145.05mm为 X方向测值经计算后的位移量，单位为mm；-X -148.05mm为-X方向测值经计算后的位移量，单位为mm；-/2= 146.55mm为测量值差的一半，有效位移值； /2=-1.5mm为测量值和的一半，理论铅垂线值。由下至上进行测量，每按一次线控开关(或存贮键)当前测量数据存贮一次，同时孔深递减一个设定的测量标距，存贮器序号加1(测点数)。将读数仪存储数据传输给计算机，计算机根据位移值数据绘制管形图，实现了测量工作无纸化，也方便测量数据的快速查询统计计算。

Fig.4Display interface of the intelligent identification inclinometer readoutinstrument

.图4智能识别测斜仪读数仪的显示界面

大坝监测仪器使用智能识别系统技术后，已在全国葛南几百个实际工程中使用，得到了现场使用人员的肯定和好评，解决了用户在测量时因测量数据不能随意快速存贮，而无法实现无纸化操作的困难，给大坝监测仪器的使用方式带来了根本的变革。