红石水电站真空激光测坝变形系统施工及安装

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1、红石水电站真空激光测坝变形系统施工及安装吴少华1张伟2陈文斌21中水东北勘测设计研究有限责任公司吉林长春市1300612白山发电厂吉林桦甸市132400摘要：简要介绍了真空激光测坝变形系统的原理，描述了真空激光测坝变形系统的组成部分，详细介绍了施工过程和方法，通过在工程实践中不断探索、试验及结合以往工程施工经验，抓住安装过程中的难点和关键工序进行技术创新，采用新的安装工艺，顺利实施了真空激光测坝变形系统的安装，并总结出一套系统的、实用的安装施工方案。1工程概述红石水电站位于第二松花江干流，吉林省桦甸市红石镇。距上游白山电站约38公里，为白山下游的一个梯级电站，是一个以发电为主的中型水电站，电站

2、设计总装机200MW，年发电4.4亿KWh。红石电站大坝为混凝土重力坝，坝长438米，坝顶高程298米，最大坝高46米，顶宽8～14米，正常高水位290米，大坝共有26个坝段，在8个溢流坝段上设置了8个12×10.5米泄洪洞。坝址主要岩石为前震旦纪混合岩，地震烈度小于Ⅵ级。2真空激光测坝变形系统原理光具有波动性，波带板是利用这一特性设计的，它是一种光栅，也称为菲涅耳透镜。当它被激光点光源发出的一束可见的单色相干光照射时，它相当于一块聚焦透镜，在光源和波带板中心延长线上的一定距离处，形成一个中心特别明亮的衍射图像——圆形光斑。在实际应用中，如图2-1，可以在大坝两端稳定处固定点光源A和激光像点接

3、收幕C，在要观测位移的各坝段测点上，设置相应的波带板B。C（探测仪）B’C’A(点光源)B（波带板）△δLUV图2-1激光准直原理图当测点（波带板中心）位移了一段距离δ，在探测仪处的像点也位移了一段距离Δ，用探测仪测出Δ，用下列公式即可计算出测点的位移。δ=（U/L）·Δ=K·Δ（1）用（1）式计算的位移，是测点相对两端点的位移。如两端点也有不可忽略的位移，可以用倒垂线和双金属标测定，再对测点位移值加以修正。波带板激光准直的精度，主要受大气扰动的影响。这种影响可分为两部分：一是气体中存在折射率梯度，引起光束偏折，使像点位移，即折光差，属系统误差；二是气体折射率梯度的瞬间变化——大气涡流引起的光

4、束漂移，即像点的跳动和闪烁，属于随机误差。各种光学准直法的折光差近似公式如下：ε=0.390×U×V×(P/T2)×Δt×10-6（2）式中：ε—测点偏离值中含有的折光差(mm)P—气体压强（Pa）T—绝对温度(273.2℃)Δt—温度梯度（℃/cm）可见测值中含有的折光差和测点到两端点的距离乘积成正比，准直线中间的测点折光差最大；折光差还和温度梯度成正比，和气体压强成正比。通过设置真空管道，使激光束在真空中传输，由于气体压强大大减小，折光差也大大减小。由真空技术理论和实践可知，如果管道内气体压强经常保持在20kPa之内，管道将是一个真空干燥装置，其中的设备材料不锈蚀、少故障，长期稳定可靠。3

5、真空激光准直系统组成部分真空激光准直系统主要有以下几部分组成：发射端控制器、接收端控制器、测点控制器、真空控制器及真空管道。3.1发射端控制器激光发射端控制器包括：He-Ne激光器、激光器方向调整装置、定位小孔光栏、激光电源和密封外罩。He-Ne激光器是真空激光准直系统的光源，通过调整激光器的位置可以使得激光器发出的光源绝大部分通过定位小孔，从而使得系统获得点光源。为了使得激光器具有防潮、防尘的功能将整个发射端控制器密封在一个密封外罩内。3.2接收端控制器这里是真空激光准直系统的中枢部分，布置有现场工业控制计算机、接收端控制器、真空泵、真空控制器、像点接收幕、网格校准幕、两向线性精密坐标仪、人

6、工瞄准镜、面阵CCD摄像机等。现场工控机与接收端控制器、真空控制器以及各测点控制器通过RS485通讯方式相连，在其内部安装有激光数据采集专用软件，在其上操作可完成激光测量的全过程。CCD摄像机是整个采集系统的核心部分，通过CCD摄像机连续拍摄光斑的图像，从而通过软件计算出光斑的坐标值，近一步计算就可以得出每个光斑的测量值。接收端控制器可以完成网格校准幕的移动、各测点控制器及激光电源的测量电源的接通与断开，同时可以监测接收端观测室的环境温度和湿度。为了校核自动化测量的准确性，真空激光系统同时设有人工观测装置。通过移动两向线性精密坐标仪，使得光斑的中心落在人工瞄准镜的中心十字丝上，读出坐标仪上的标

7、尺的读数，该读数即为光斑的人工测量坐标值。3.3真空控制器真空控制器是以可编程程序控制器（简称PLC）为核心，结合真空传感器计、智能型单片机MSP430F149以及常规低压电气元件等组成的智能型真空控制系统。可编程程序控制器可完成抽真空过程的顺序保护，即在启动抽真空系统时是先开泵后开电磁阀，关闭抽真空系统时先停电磁阀再停真空泵；可以现场操作也可以遥控操作。3.4测点控制器测点控制器位于各个测点箱内