一種滑坡深部傾角監測裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及一種滑坡深部傾角監測裝置及方法，其中裝置包括：多個滑坡深部傾角監測探頭和監測儀器，其中，多個所述滑坡深部傾角監測探頭串聯起來，并布置在滑坡深處不同層位，所述滑坡深部傾角監測探頭，與所述監測儀器相連接，用于對滑坡深處進行探測，并將探測到的電流信號反饋給所述監測儀器；所述監測儀器，用于控制多個所述滑坡深部傾角監測探頭啟動或停止探測，并根據進行探測的所述滑坡深處傳感器發來到的電流信號進行計算出滑坡深處不同層位的位移變化并以無線信號形式發送出去。本發明通過一根多芯電纜對多個深部傾角監測探頭的自由串接，實現對滑坡深部不同層位傾角的準分布式、遠距離的自動監測。
【專利說明】一種滑坡深部傾角監測裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子監控【技術領域】，尤其涉及一種滑坡深部傾角監測裝置及方法。
【背景技術】
[0002]中國是滑坡災害的多發國家，滑坡災害往往造成人員傷亡，道路掩埋，房屋損毀，嚴重威脅著國家和人民的生命財產安全。在滑坡地質災害預測和治理過程前后，滑坡變形狀況的監測是一個關鍵和重要的研究課題。
[0003]目前大多數滑坡的成功預測主要是通過地表人工監測，依靠經驗豐富的專業技術人員對可能發生滑坡的現場進行實地觀測，以此判斷滑坡是否有繼續發展的趨勢。而對尚處于初始變形階段和穩定變形階段的滑坡，要進行整體預測預報，尤其是深部變形預測，必須借助于多種先進儀器設備。在以往的滑坡深部變形監測中，主要以鉆孔傾斜儀為主。但由于其存在測試工作量大，自動化程度不高，遠程操作比較困難，實時性不夠等缺點，限制了其應用。
【發明內容】
[0004]鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種滑坡深部傾角監測裝置及方法，用以解決現有技術中對于滑坡預測僅限于地表監測的問題。
[0005]本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的:
[0006]本發明提供了一種滑坡深部傾角監測裝置，包括:多個滑坡深部傾角監測探頭和監測儀器，其中，多個所述滑坡深部傾角監測探頭串聯起來，并布置在滑坡深處不同層位，
[0007]所述滑坡深部傾角監測探頭，與所述監測儀器相連接，用于對滑坡深處進行探測，并將探測到的電流信號反饋給所述監測儀器；
[0008]所述監測儀器，用于控制多個所述滑坡深部傾角監測探頭啟動或停止探測，并根據進行探測的所述滑坡深處傳感器發來到的電流信號進行計算出滑坡深處不同層位的位移變化并以無線信號形式發送出去。
[0009]進一步地，所述滑坡深部傾角監測探頭具體包括:多芯電纜、電流型雙軸傾角傳感器、傳感器切換模塊以及密封倉，其中，電流型雙軸傾角傳感器通過導線與傳感器切換模塊相連，一起密封在密封艙中，
[0010]所述電流型雙軸傾角傳感器，用于對所在位置進行探測，并將探測結果以X、Y方向的電流信號的形式發送給所述監測儀器；
[0011]所述傳感器切換模塊，用于根據所述檢測儀器的請求觸發或關閉所述電流型雙軸傾角傳感器。
[0012]進一步地，所述傳感器切換器包括:多芯電纜接口、傳感器接口、解碼器電路以及繼電器電路，其中，
[0013]所述解碼器及相應電路，其控制輸入端通過所述多芯電纜接口與所述監測儀器相連，用于接收所述監控儀器發送ID編碼命令并發送給對應的解碼器進行解碼；
[0014]所述傳感器模塊接口，用于與所述電流型雙軸傾角傳感器相接，將所述雙軸電流傾角傳感器輸出的χ、γ方向的電流信號發送給所述監測儀器；
[0015]所述繼電器及相應電路，與解碼器相連，并在解碼器的控制下實現繼電器的通斷，從而控制監測儀器與各個電流型雙軸傾角傳感器的通斷狀態。
[0016]進一步地，所述監測儀器具體包括:編碼器驅動電路、電流測量模塊、微處理器控制模塊、無線發射模塊和電源模塊，其中，
[0017]所述編碼器驅動電路，采用74LS04芯片和三極管9013組成驅動電路，用以提高微處理器控制模塊輸出的ID編碼命令；
[0018]所述電流測量模塊，用于對雙軸電流傾角傳感器輸出的X、Y方向的電流信號進行測量，并將測量的電流信號輸出給微處理器控制模塊；
[0019]所述微處理器控制模塊，用于將接收到的電流信號轉換為電壓信號，并根據轉換后的電壓信號進行計算，計算出各深部傾角監測探頭傾角的變化，進而計算出不同層位的位移變化并發送給所述；
[0020]所述無線傳輸模塊，用于將微處理器控制模塊計算的結果發射出去；
[0021 ] 所述電源模塊，用于供監測裝置工作所需要的電壓。
[0022]進一步地，所述電流測量模塊是兩個獨立的測量通道，每個測量通道均包括:I/V轉換電路、濾波電路、主放電路和偏置基準電壓電路，其中，所述電流型雙軸傾角傳感器輸出的電流信號首先經過Ι/v轉換電路轉換為適宜的電壓信號，I/V轉換電路輸出的電壓信號經過電阻網絡分壓1/3后，輸入一階有源濾波電路；一階有源濾波電路濾除高頻干擾信號后再輸入主放電路進行放大后輸出給所述微處理控制模塊。
[0023]進一步地，所述微處理器控制模塊具體包括:微控制器、存儲器、顯示器及輸入端組成，其中，微控制器用于根據轉換后的電壓信號進行計算，計算出各深部傾角監測探頭傾角的變化，進而計算出不同層位的位移變化；其自帶的AD轉換器用于將從所述電流測量模塊輸出的電流值轉換為電壓值，自帶的多串口用于驅動存儲器及無線發射模塊，自帶的GP10 口用于驅動顯示器。
[0024]本發明還提供了一種滑坡深部傾角監測方法，包括:
[0025]將多個所述滑坡深部傾角監測探頭串聯起來，布置在滑坡深處不同層位，并將所述滑坡深部傾角監測探頭與所述監測儀器相連接；
[0026]所述監測儀器控制多個所述滑坡深部傾角監測探頭啟動或停止探測；
[0027]當某一滑坡深部傾角監測探頭根據所述監測儀器的請求啟動對滑坡深處進行探測時，將探測到的電流信號反饋給所述監測儀器；
[0028]所述監測儀器根據從進行探測的所述滑坡深處傳感器發來到的電流信號進行計算，得到滑坡深處不同層位的位移變化并以無線信號形式發送出去。
[0029]進一步地,所述方法進一步包括:
[0030]所述滑坡深部傾角監測探頭在接收到所述監測儀器發來的ID編碼命令后解析解碼，對啟動對其所在位置進行探測，并將探測結果以Χ、γ方向的電流信號的形式發送給所述監測儀器。
[0031]進一步地,進一步包括:
[0032]所述監測儀器接收到有所述滑坡深部傾角監測探頭發來電流信號時，將接收到的電流信號轉換為電壓信號，并根據轉換后的電壓信號進行計算，計算出滑坡深部中設置的各傾角監測探頭傾角的變化，進而計算出不同層位的位移變化并以無線形式發送出去。
[0033]本發明有益效果如下:
[0034]通過一根多芯電纜對多個深部傾角監測探頭的自由串接，實現對滑坡深部不同層位傾角的準分布式、遠距離的自動監測。
[0035]本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表不相同的部件。
[0037]圖1為本發明實施例所述裝置中，滑坡深部傾角監測探頭的結構示意圖；
[0038]圖2為本發明實施例所述裝置中，傳感器切換模塊的結構示意圖；
[0039]圖3為本發明實施例所述裝置中，監測儀器的結構示意圖；
[0040]圖4為本發明實施例所述方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0041]下面結合附圖來具體描述本發明的優選實施例，其中，附圖構成本申請一部分，并與本發明的實施例一起用于闡釋本發明的原理。
[0042]本發明實施例所述裝置主要包括兩部分，即多個滑坡深部傾角監測探頭和監測儀器，其中，多個滑坡深部傾角監測探頭和監測儀器，其中，多個所述滑坡深部傾角監測探頭串聯起來，并布置在滑坡深處不同層位，
[0043]滑坡深部傾角監測探頭，與所述監測儀器相連接，主要用于對滑坡深處進行探測，并將探測到的電流信號反饋給所述監測儀器；
[0044]監測儀器，主要用于控制多個所述滑坡深部傾角監測探頭啟動或停止探測，并根據進行探測的所述滑坡深處傳感器發來到的電流信號進行計算出滑坡深處不同層位的位移變化并以無線信號形式發送出去。
[0045]具體來說，每一個滑坡深部傾角監測探頭主要包括:多芯電纜、電流型雙軸傾角傳感器模塊、傳感器切換模塊、密封倉。相鄰的兩個監測探頭可以通過彈性連接體進行連接，多個監測探頭通過上述多芯電纜串聯起來。監測儀器主要包括:編碼器驅動模塊、電流測量模塊、微處理器控制模塊、無線發射模塊和電源模。其中，滑坡深部傾角監測探頭通過傳感器切換模塊與監測儀器的編碼器驅動模塊連接。
[0046]以下將分別結合附圖分別對滑坡深部傾角監測探頭和監測儀器予以詳細說明。
[0047]如圖1所示，圖1為滑坡深部傾角監測探頭的結構示意圖，具體可以包括:多芯電纜1、電流型雙軸傾角傳感器2、傳感器切換模塊3以及密封倉4。其中，電流型雙軸傾角傳感器2通過導線與傳感器切換模塊3相連，一起封裝固定在密封倉4中，密封倉4固定在不銹鋼探管6里面，并且相鄰兩個監測探頭通過彈性連接體5進行連接，多芯電纜將多個監測探頭串聯起來。上述密封倉采用不銹鋼管設計，用于封裝電流型雙軸傾角傳感器模塊和傳感器切換模塊，具有密封、防水的特點，最大耐水壓150米。彈性連接體采用聚酯材料制作，具有強度高、彈性高的特點，最大能45度任意方向彎曲。該滑坡深部傾角監測探頭還可以包括彈性連接體5以及不銹鋼探管6，起到固定作用，但是具體還要根據施工情況決定是否需要這兩個部件，并且連接體和探管的形式以及材料要依施工具體情況決定。
[0048]如圖2所示，圖2為傳感器切換模塊3的結構示意圖，主要包括:多芯電纜接口 31、傳感器模塊接口 32、解碼器及相應電路33以及繼電器及相應電路34。其中，解碼器及相應電路33的控制輸入端通過多芯電纜接口 31與監測儀器相連，同時多個滑坡深部傾角監測探頭使用一根多芯電纜通過多芯電纜接口 31實現串接，傳感器接口 32用于與電流型雙軸傾角傳感器2相接。每個傳感器切換模塊3的解碼器及相應電路33都有一個唯一的ID號，監測儀器端的微控制器通過編碼器驅動電路發送ID編碼命令，只有符合ID編碼命令的解碼器響應此命令，再通過控制與此解碼器相連接的繼電器的通斷，從而控制監測儀器與各個電流型雙軸傾角傳感器2的連接狀態。
[0049]上述電流型雙軸傾角傳感器2可以采用SCA100T傾角測量芯片為敏感元件，并將其X和Y方向傾角的變化轉換為4-20mA的電流輸出。
[0050]如圖3所示，圖3為監測儀器的結構示意圖，主要可以包括:編碼器驅動電路a、電流測量模塊b、微處理器控制模塊c、無線發射模塊d和電源模塊e。
[0051]其中，編碼器驅動電路a，采用74LS04芯片和三極管9013組成驅動電路，用以提高STM32微控制器輸出的命令編碼,從而有利于遠距離傳輸。
[0052]電流測量模塊b，是兩個獨立的測量通道，其均由其均由儀表放大器AD623構成的I/V轉換電路b 1、運算放大器0PA335組成的一階有源濾波電路b2、運算放大器0PA335組成的同相放大電路的主放電路b3和基準電壓源ADR130構成的500mV偏置基準電壓電路b4組成，，負責對雙軸電流傾角傳感器輸出的X、Y方向的電I/V轉換電路bl后轉換為0-2.4V的電壓信號，為了最大限度的濾除測量信號中的干擾信號，ΙΛ轉換電路bl輸出的信號經過電阻網絡分壓1/3，輸入一階有源濾波電路b2 ;—階有源濾波電路b2主要由運算放大器0PA335組成，用于濾除高頻干擾信號；濾波后的信號再輸入由運算放大器0PA335組成的同相放大電路的主放電路b3，放大5倍，主放電路的輸出電壓范圍在125mV?3125mV，滿足STM32微控制器的AD所需要的0?3.3V的電壓范圍。
[0053]微處理器控制模塊c，主要包括:微控制器cl (例如STM32微控制器)、存儲器c2(例如U盤存儲模塊)、顯示器c3(—般為液晶顯示器)及輸入端c4(例如鍵盤)組成。STM32微控制器cl是數據采集處理的核心，其自帶12位的AD轉換器用于轉換從電流測量模塊輸出的電壓值，自帶的多串口用于驅動存儲器c2及無線發射模塊4，其GP10 口用于驅動液晶顯示器IXD1602和5個獨立式輸入按鍵；存儲器c2可以采用南京沁恒公司生產的基于CH375的U盤文件讀寫模塊。
[0054]無線傳發射模塊d可以由北京嘉復欣科技有限公司生產的DTU數傳模塊(GF-2008AW/GPRS)，其負責將STM32微控制器采集到的數據通過GPRS網絡發射到控制中心，控制中心通過采集軟件接收STM32微控制器所發射的數據，從而實現對滑坡深部傾角變形的遠距離監測。
[0055]電源模塊e，主要由鋰電池和三端穩壓芯片組成，其提供監測裝置工作所需要的12V、9V和5V電壓。
[0056]需要說明的是，以上各個器件的品牌或型號僅為舉例，實際實現過程中并不局限于上述所給的品牌或型號，只要是能實現相同或類似功能的器件均可。
[0057]接下來結合附圖4對本發明實施例所述方法進行詳細說明。
[0058]如圖4所示，圖4為本發明實施例所述方法的流程示意圖，主要包括如下步驟:
[0059]步驟401:將多個滑坡深部傾角監測探頭串聯起來，布置在滑坡深處不同層位，并將滑坡深部傾角監測探頭與監測儀器相連接；
[0060]步驟402:監測儀器控制多個滑坡深部傾角監測探頭啟動或停止探測；
[0061]步驟403:當某一滑坡深部傾角監測探頭根據監測儀器的請求啟動對滑坡深處進行探測時，將探測到的電流信號反饋給所述監測儀器；具體的說就是，滑坡深部傾角監測探頭在接收到所述監測儀器發來的ID編碼命令后解析解碼，對啟動對其所在位置進行探測，并將探測結果以X、Y方向的電流信號的形式發送給所述監測儀器；
[0062]步驟404:監測儀器根據從進行探測的所述滑坡深處傳感器發來到的電流信號進行計算，得到滑坡深處不同層位的位移變化并以無線信號形式發送出去。具體的說就是，監測儀器接收到有滑坡深部傾角監測探頭發來電流信號時，將接收到的電流信號轉換為電壓信號，并根據轉換后的電壓信號進行計算，計算出滑坡深部中設置的各傾角監測探頭傾角的變化，進而計算出不同層位的位移變化并以無線形式發送出去。
[0063]上述檢測方法不僅適用本發明實施例所述監測裝置，也適用其他具有多個滑坡深部傾角監測探頭以及監測儀器，以下進一步結合本發明實施例所述監測裝置對監測過程予以進一步說明。
[0064]先根據滑坡鉆孔資料，將滑坡深部傾角監測探頭安裝在需要進行傾角監測的層位，每個探頭之間用彈性連接體連接好，并使用一根多芯電纜通過傳感器切換模塊將各傳感器串接在一起后接入監測儀器端，監測儀器的STM32微控制器通過編碼器驅動電路向各傳感器切換模塊寫入命令，只有符合要求ID的解碼器才會響應STM32微控制器的命令，從而通過繼電器電路控制每個滑坡深部傾角監測探頭與監測儀器的連接狀態。當被測滑坡深部發生傾角變化時，帶動滑坡深部傾角探頭的變化，不同層位探頭的傾角變化會有所不同，各探頭傾角傳感器輸出的電流信號通過多芯電纜傳輸至監測儀器；STM32微控制器通過發送不同的命令，從而可以輪流的將串接在同一根電纜上所有的滑坡深部傾角監測探頭分時與監測儀器相連接，完成對所有傾角監測探頭的控制及采樣。滑坡深部傾角監測探頭的輸出電流依次經過電流測量通道的I/V轉換電路、濾波電路和主放電路，轉換為符合STM32微控制器的AD范圍的電壓，STM32微控制器依據測量的電壓大小，再結合使用傾角傳感器模塊的特性，計算出各深部傾角監測探頭傾角的變化，從而可以得出滑坡深部不同層位傾角的變化，再結合使用傾角探頭的長度，可以計算出不同層位的位移變化。
[0065]綜上所述，本發明實施例提供了一種滑坡深部傾角監測裝置及方法，
[0066]本發明具有準分布式、自動采集、遠程傳輸的特點，只需要一根多芯電纜即可將多個滑坡深部傾角監測探頭串接起來，實現對滑坡深部不同層位的傾角監測。
[0067]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種滑坡深部傾角監測裝置，其特征在于，包括:多個滑坡深部傾角監測探頭和監測儀器，其中，多個所述滑坡深部傾角監測探頭串聯起來，并布置在滑坡深處不同層位， 所述滑坡深部傾角監測探頭，與所述監測儀器相連接，用于對滑坡深處進行探測，并將探測到的電流信號反饋給所述監測儀器； 所述監測儀器，用于控制多個所述滑坡深部傾角監測探頭啟動或停止探測，并根據進行探測的所述滑坡深處傳感器發來到的電流信號進行計算得出滑坡深處不同層位的位移變化并以無線信號形式發送出去。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述滑坡深部傾角監測探頭具體包括:多芯電纜、電流型雙軸傾角傳感器、傳感器切換模塊以及密封倉，其中，電流型雙軸傾角傳感器通過導線與傳感器切換模塊相連，一起密封在密封艙中， 所述電流型雙軸傾角傳感器，用于對所在位置進行探測，并將探測結果以X、Y方向的電流信號的形式發送給所述監測儀器； 所述傳感器切換模塊，用于根據所述檢測儀器的請求觸發或關閉所述電流型雙軸傾角傳感器。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述傳感器切換器包括:多芯電纜接口、傳感器接口、解碼器電路以及繼電器電路，其中， 所述解碼器及相應電路，其控制輸入端通過所述多芯電纜接口與所述監測儀器相連，用于接收所述監控儀器發送ID編碼命令并發送給對應的解碼器進行解碼； 所述傳感器模塊接口，用于與所述電流型雙軸傾角傳感器相接，將所述雙軸電流傾角傳感器輸出的X、Y方向的電流信號發送給所述監測儀器； 所述繼電器及相應電路，與解碼器相連，并在解碼器的控制下實現繼電器的通斷，從而控制監測儀器與各個電流型雙軸傾角傳感器的通斷狀態。
4.根據權利要求1、2或3所述的裝置，其特征在于，所述監測儀器具體包括:編碼器驅動電路、電流測量模塊、微處理器控制模塊、無線發射模塊和電源模塊，其中， 所述編碼器驅動電路，采用74LS04芯片和三極管9013組成驅動電路，用以提高微處理器控制模塊輸出的ID編碼命令； 所述電流測量模塊，用于對雙軸電流傾角傳感器輸出的X、Y方向的電流信號進行測量，并將測量的電流信號輸出給微處理器控制模塊； 所述微處理器控制模塊，用于將接收到的電流信號轉換為電壓信號，并根據轉換后的電壓信號進行計算，計算出各深部傾角監測探頭傾角的變化，進而計算出不同層位的位移變化并發送給所述； 所述無線傳輸模塊，用于將微處理器控制模塊計算的結果發射出去； 所述電源模塊，用于供監測裝置工作所需要的電壓。
5.根據權利要求3或4所述的裝置，其特征在于，所述電流測量模塊是兩個獨立的測量通道，每個測量通道均包括:I/V轉換電路、濾波電路、主放電路和偏置基準電壓電路，其中，所述電流型雙軸傾角傳感器輸出的電流信號首先經過Ι/v轉換電路轉換為適宜的電壓信號，Ι/ν轉換電路輸出的電壓信號經過電阻網絡分壓1/3后，輸入一階有源濾波電路；一階有源濾波電路濾除高頻干擾信號后再輸入主放電路進行放大后輸出給所述微處理控制模塊。
6.根據權利要求3或4所述的裝置，其特征在于，所述微處理器控制模塊具體包括:微控制器、存儲器、顯示器及輸入端組成，其中，微控制器用于根據轉換后的電壓信號進行計算，計算出各深部傾角監測探頭傾角的變化，進而計算出不同層位的位移變化；其自帶的AD轉換器用于將從所述電流測量模塊輸出的電流值轉換為電壓值，自帶的多串口用于驅動存儲器及無線發射模塊，自帶的GP1 口用于驅動顯示器。
7.一種滑坡深部傾角監測方法，其特征在于，包括: 將多個所述滑坡深部傾角監測探頭串聯起來，布置在滑坡深處不同層位，并將所述滑坡深部傾角監測探頭與所述監測儀器相連接； 所述監測儀器控制多個所述滑坡深部傾角監測探頭啟動或停止探測； 當某一滑坡深部傾角監測探頭根據所述監測儀器的請求啟動對滑坡深處進行探測時，將探測到的電流信號反饋給所述監測儀器； 所述監測儀器根據從進行探測的所述滑坡深處傳感器發來到的電流信號進行計算，得到滑坡深處不同層位的位移變化并以無線信號形式發送出去。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，進一步包括: 所述滑坡深部傾角監測探頭在接收到所述監測儀器發來的ID編碼命令后解析解碼，對啟動對其所在位置進行探測，并將探測結果以X、Y方向的電流信號的形式發送給所述監測儀器。
9.根據權利要求7或8所述的方法，其特征在于，進一步包括: 所述監測儀器接收到有所述滑坡深部傾角監測探頭發來電流信號時，將接收到的電流信號轉換為電壓信號，并根據轉換后的電壓信號進行計算，計算出滑坡深部中設置的各傾角監測探頭傾角的變化，進而計算出不同層位的位移變化并以無線形式發送出去。
【文檔編號】G01B7/30GK104359396SQ201410728362
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年12月4日 優先權日:2014年12月4日
【發明者】張青, 張曉飛, 曾克, 楊卓靜, 史彥新, 孟憲瑋, 呂中虎, 郝文杰, 蒿書利, 韓永溫 申請人:中國地質調查局水文地質環境地質調查中心