一種適于滑坡體深部傾斜度的測量裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種適于滑坡體深部傾斜度的測量裝置及方法，包括測量單元和用于封裝所述測量單元的探管；所述測量單元包括垂直封裝于膠囊型外殼內的雙軸加速度傳感器，依次與所述雙軸加速度傳感器連接的微處理器和數據傳輸電路，以及同時與所述雙軸加速度傳感器、微處理器、數據傳輸電路連接的供電電路；本發明在同一口豎井中級聯安裝多個測量裝置，通過采集各測量點的重力加速度，簡單、快速地計算出各測量點的偏移角度，進而精準確定滑坡面。本發明能夠根據實際監測對象對測量裝置的數量和位置進行靈活調整，施工簡單、快捷，具有較強的抗干擾能力，確保數據采集的準確性和有效性。
【專利說明】
一種適于滑坡體深部傾斜度的測量裝置及方法
技術領域
[0001]本發明涉及滑坡體地質災害監測領域，具體涉及一種適于滑坡體深部傾斜度的測量裝置及方法。
【背景技術】
[0002]我國是世界上受滑坡災害最嚴重的國家之一，山地滑坡對人民生命財產安全造成了巨大損失，因此，在山地地質災害監測中，對滑坡體的監測尤為重要。
[0003]在監測滑坡體的各類參數中，滑坡體的深部傾斜度測量是非常重要的參數，通過測量兩個相鄰測量裝置之間的傾斜角角度的變化可計算出滑坡體內部形變機制，確定滑動面位置。
[0004]滑坡體深部傾斜度一般采用測點型傾斜度測量方法，測點型傾斜度測量又分為移動式傾斜度測量和固定式傾斜度測量。移動式傾斜度測量方法需要在滑坡體中安裝測量管，并且在測量管中安裝導軌，傾斜角度測量儀通過導軌至上而下的從導軌內部滑過，逐點記錄個測量點的傾斜角度;該方法的優點是能夠精確的測量每個點的數據，進而能給出更接近實際的位移曲線;但是，該方法施工難度大且不能實現實時自動監測的目的。固定式傾斜度測量方法通過在測量管的固定位置安裝傾斜角度測量儀，實時記錄安裝點出的傾斜角度;該方法雖然在精度上相對較差，但是可以實現實時自動監測的目的，因此，在工程中廣泛應用，但是，固定式傾斜度測量的傾斜度測量儀相對于測量管完全固定，因此很難根據實際監測對象對傳感器數量和位置進行調整。
【發明內容】
[0005]為克服現有技術中的上述問題，本發明提供了一種適于滑坡體深部傾斜度的測量裝置及方法，能夠根據實際監測對象對測量裝置的數量和位置進行靈活調整，施工簡單、快捷，具有較強的抗干擾能力，確保數據采集的準確性和有效性。
[0006]為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:
一種適于滑坡體深部傾斜度的測量裝置，包括測量單元和用于封裝所述測量單元的探管;所述探管包括用于封裝測量單元的膠囊型外殼，緊貼于膠囊型外殼外部的防水外套，以及分別設置于膠囊型外殼上、下端的向上接頭和向下接頭;所述測量單元包括垂直安裝在膠囊型外殼內的雙軸加速度傳感器，依次與所述雙軸加速度傳感器連接的微處理器和數據傳輸電路，以及同時與所述雙軸加速度傳感器、微處理器、數據傳輸電路連接的供電電路；所述膠囊型外殼的上端設有便于數據傳輸電路與外部連接的開口。
[0007]優選地，所述數據傳輸電路為RS485通訊芯片。
[0008]優選地，所述膠囊型外殼由不銹鋼材質制作，所述防水外套由防水膠制作。
[0009]優選地，所述向上接頭和向下接頭均由易于裁剪的材質制作而成。
[0010]優選地，所述向上接頭與向下接頭的內部結構相互契合。
[0011]本發明還提供了該測量裝置的測量方法，包括以下步驟: (1)根據滑坡體豎井的深度，確定測量裝置的數量，將多個測量裝置依次連接并以級聯方式垂直埋設于滑坡體豎井中；
(2)各測量裝置的微處理器驅動各自的雙軸加速度傳感器獲取測量點處重力加速度g的X軸分量gx和Y軸分量gy，
利用公式，計算出各測量點相對于坐標系的偏轉角度和，計算出各測量點相對于坐標系的偏轉角度和;再利用公式，計算出各測量點相對于Z軸的傾斜角度，其中η多I，且η為整數；
(3)實時周期采集各測量點處雙軸加速度傳感器的數據，得到利用公式，計算出各測量點的偏移角度；
(3)實時周期采集各測量點雙軸加速度傳感器的數據，得到利用公式，計算出各測量點的偏移角度；
(4)根據各個測量點的偏移角度找到突變點，從而計算出滑坡體滑動面。
[0012]進一步地，所述步驟(I)中，各測量裝置通過各自的向下接頭或向上接頭相互連接，兩個測量裝置之間的安裝距離通過裁剪向下接頭或向上接頭的長度進行調整。
[0013]再進一步地，所述步驟(I)中，所述各個測量裝置的數據傳輸電路均與RS485總線連接。
[0014]優選地，所述步驟(2)中，重力加速度g為測量點處地理坐標系XnYnZn中的重力加速度，其中Xn為北向坐標軸，Yn為東向坐標軸，Zn為地向坐標軸。
[0015]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
(I)本發明中的測量單元由雙軸加速度傳感器、微處理器和數據傳輸電路組成，在豎井中將模擬信號轉換為數字信號，通過RS485總線傳輸至豎井外，具有較強的抗干擾能力，提高數據采集的準確性;通過探管對測量單元進行封裝組成測量裝置，而探管的上下兩端設置接頭，便于測量裝置之間的連接，提高測量裝置的布置效率。
[0016](2)本發明中測量裝置的向上接頭與向下接頭結構相互契合，而且采用易裁剪的材質制作，便于根據實際監測對象對測量裝置的數量和位置進行靈活調整；用于封裝測量單元的膠囊型外殼采用不銹鋼材質制作，并在其外部設置有防水外套，對測量單元進行雙重防水、防潮保護，確保測量裝置在數據采集過程中穩定、完好，可進行多次反復利用，降低成本。
[0017](3)本發明在同一口豎井中級聯安裝多個測量裝置，通過采集各測量點的偏移角度，可以簡單、準確、快速地確定偏移角度的突變節點，準確計算出滑坡體的滑坡面;通過各測量點偏移角度的變化量，進一步模擬出滑坡體內部形變狀態。
[0018](4)本發明的測量方法中采用地理坐標系進行計算，雙軸加速度傳感器與探管保持垂直，確保重力加速度的X軸分量gx和Y軸分量gy的采集的正確性，減小的誤差。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明中測量單元的結構示意圖。
[0020]圖2為本發明中探管的結構示意圖。
[0021 ]圖3為本發明中單個測量裝置的安裝示意圖。
[0022]圖4為本發明中多個測量裝置的安裝示意圖。
[0023]附圖中的部分零部件名稱為:
1-測量單元，11-數據傳輸電路，2-探管，21-膠囊型外殼，22-防水外套，23-向上接頭，24-向下接頭，3-豎井，4-滑坡體，5-滑坡面。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，本發明的實施方式包括但不限于下列實施例。
實施例
[0025]如圖1至圖4所示，一種適于滑坡體深部傾斜度的測量裝置，包括測量單元I和用于封裝所述測量單元的探管2;
所述測量單元I包括:
雙軸加速度傳感器，用于獲取測量點處重力加速度g的X軸分量gx和Y軸分量gy;
與雙軸加速度傳感器連接的微處理器，當接收到控制指令時，驅動雙軸加速度傳感器采集數據；
與微處理器連接的數據傳輸電路11，用于RS485總線與微處理器之間的數據傳輸，本實施例中數據傳輸電路為RS485通訊芯片；
同時與所述雙軸加速度傳感器、微處理器、數據傳輸電路連接的供電電路。
[0026]所述探管2包括:使用不銹鋼材質制作的膠囊型外殼21，使用防水膠制作的緊貼于膠囊型外殼外側的防水外套22，以及設置于膠囊型外殼上、下端的向上接頭23和向下接頭24，所述向上接頭23和向下接頭24均采用易裁剪的材質制作而成;膠囊型外殼21的上端設有開口，便于數據傳輸電路與RS485總線連接。
[0027]本發明還提供了該測量裝置的測量方法，包括以下步驟:
(1)根據滑坡體豎井的深度，確定測量裝置的數量和分布位置，將多個測量裝置通過各自的向下接頭或向上接頭依次連接，垂直埋設于滑坡體豎井中；每個測量裝置的數據傳輸電路通過RS485總線級聯；
(2)各測量裝置的微處理器接收指令，驅動各自的雙軸加速度傳感器獲取測量點處重力加速度g的X軸分量gx和Y軸分量gy，
利用公式，計算出各測量點相對于坐標系的偏轉角度和，其中η>1，且η為整數;然后利用公式，計算出各測量點相對于Z軸的傾斜角度;其中，重力加速度g為測量點處地理坐標系XnYnZn中的重力加速度，其中Xn為北向坐標軸，Yn為東向坐標軸，Zn為地向坐標軸；
(3)實時周期采集各測量點雙軸加速度傳感器的數據，得到利用公式，計算出各測量點的偏移角度；
(4)根據各個測量點的偏移角度找到突變點，從而計算出滑坡體滑動面。
[0028]滑動面的誤差取決于兩個相鄰測量裝置之間的安裝距離，距離越小，誤差越小，當安裝距離趨近于零時，即實現了逐點記錄，進而描繪出接近于實際的位移曲線。
[0029]本發明在同一口豎井中級聯安裝多個測量裝置，通過采集每個測量點的偏移角度，可以簡單、準確、快速地發現偏移角度的突變節點，準確計算出滑坡體的滑坡面;通過每個測量點偏移角度的變化量，進一步模擬出滑坡體內部形變狀態。各測量裝置通過相互契合的向上或者向下接頭快速連接，提高了測量裝置布置的施工效率;通過微處理器讀取測量點處的加速度傳數據，并通過RS485總線傳輸至豎井外，提高了信號的抗干擾能力，確保數據采集的準確性和有效性。
[0030]上述實施例僅為本發明的優選實施例，并非對本發明保護范圍的限制，但凡采用本發明的設計原理，以及在此基礎上進行非創造性勞動而作出的變化，均應屬于本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種適于滑坡體深部傾斜度的測量裝置，其特征在于，包括測量單元和用于封裝所述測量單元的探管;所述探管包括用于封裝測量單元的膠囊型外殼，緊貼于膠囊型外殼外部的防水外套，以及分別設置于膠囊型外殼上、下端的向上接頭和向下接頭;所述測量單元包括垂直安裝在膠囊型外殼內的雙軸加速度傳感器，依次與所述雙軸加速度傳感器連接的微處理器和數據傳輸電路，以及同時與所述雙軸加速度傳感器、微處理器、數據傳輸電路連接的供電電路;所述膠囊型外殼的上端設有便于數據傳輸電路與外部連接的開口。2.根據權利要求1所述的一種適于滑坡體深部傾斜度的測量裝置，其特征在于，所述數據傳輸電路為RS485通訊芯片。3.根據權利要求2所述的一種適于滑坡體深部傾斜度的測量裝置，其特征在于，所述膠囊型外殼由不銹鋼材質制作，所述防水外套由防水膠制作。4.根據權利要求3所述的一種適于滑坡體深部傾斜度的測量裝置，其特征在于，所述向上接頭和向下接頭均由易于裁剪的材質制作而成。5.根據權利要求4所述的一種適于滑坡體深部傾斜度的測量裝置，其特征在于，所述向上接頭與向下接頭的內部結構相互契合。6.—種權利要求1?5所述測量裝置的測量方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)根據滑坡體豎井的深度，確定測量裝置的數量，將多個測量裝置依次連接并以級聯方式垂直埋設于滑坡體豎井中； (2)各測量裝置的微處理器驅動各自的雙軸加速度傳感器獲取測量點處的重力加速度g的X軸分量gx和Y軸分量gy， 利用公式，計算出各測量點相對于坐標系的偏轉角度和;再利用公式，計算出各測量點相對于Z軸的傾斜角度，其中η多I，且η為整數； (3)實時周期采集各測量點處雙軸加速度傳感器的數據，得到利用公式，計算出各測量點的偏移角度； (4)根據各個測量點的偏移角度找到突變點，從而計算出滑坡體滑動面。7.根據權利要求6所述的測量方法，其特征在于，所述步驟(I)中，各測量裝置通過各自的向下接頭或向上接頭相互連接，兩個測量裝置之間的安裝距離通過裁剪向下接頭或向上接頭的長度進行調整。8.根據權利要求6所述的測量方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述各個測量裝置的數據傳輸電路均與RS485總線連接。9.根據權利要求6所述的測量方法，其特征在于，所述步驟(2)中，重力加速度g為測量點處地理坐標系XnYnZn中的重力加速度，其中Xn為北向坐標軸，Yn為東向坐標軸，Zn*地向坐標軸。
【文檔編號】G01C9/00GK105973199SQ201610320299
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月16日
【發明人】石繁榮, 庹先國, 李懷良, 任珍文, 呂中云, 榮文鉦, 江山, 冷陽春
【申請人】西南科技大學