CN103542893A - 一体化山体滑坡监测传感器 - Google Patents

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刘志远
董玉荣
柴寿臣
咸婉婷
李宝生
王世清
姜晶
任国晶
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Abstract

一体化山体滑坡监测传感器，属于传感器领域，本发明为解决现有山体滑坡监测方法均存在测量周期长、准确性不高或系统复杂、成本高的问题。本发明包括外壳、地钻、安装导管、支架、通信电路、信号采集电路、多组水分测量单元和天线，外壳由壳体和上盖组成，所述壳体的底端设置有地钻，壳体的内壁上设置有安装导管，壳体的内部自上而下设置有支架，支架的上下端分别连接外壳的上盖和地钻；多组水分测量单元分散设置在支架上；信号采集电路设置在支架上；通信电路和天线设置在外壳的上盖中；每组水分测量单元的水分含量信号输出端均与信号采集电路的水分含量信号输入端相连；信号采集电路通过天线发送采集到的信号。

Description

一体化山体滑坡监测传感器
技术领域
本发明涉及一体化山体滑坡监测传感器，属于传感器领域。
背景技术
山体滑坡是暴雨、风化使山体不堪重负，由山体薄弱地带断开，使整体下滑形成的地质灾害，泥石流也算作是一种山体滑坡现象。
作为一种自然现象，山体滑坡每年造成大量的人员伤亡和财产损失，它对桥梁、水利、建筑等工程的危害巨大，据不完全统计，近10年来，因滑坡、崩塌、泥石流造成的死亡和失踪人员每年平均1000人，造成的直接经济损失38.6亿元之多，其中，以山体滑坡最为严重。因此，对其进行监测有十分重要的意义。
国内外用于山体滑坡监测的方法与手段有很多，由于山体滑坡监测区域的地理条件复杂，且多数地区自然环境较为恶劣，因此造成了系统成本居高不下、维护困难、可靠性不高。目前，山体滑坡的主要监测方法有：地下水位监测法、降雨量监测法、位移测量法、钻孔倾斜仪法以及精密大地测量法等，这些监测方法均存在测量周期长、无法实现自动测量和数据处理等缺点。
其中，地下水位监测和降雨量监测可以对发生山体滑坡可能性进行预测，但是直接引起山体滑坡的参量是山体土壤的含水量，因此地下水位监测与降雨量监测还属于间接测量方法，其准确度不高，也无法提供确切依据；
位移测量法只能测量已经发生的山体滑坡，没有预测功能，同时其易受外界因素影响，可靠性较差；
钻孔倾斜仪法对山体滑坡测量较为有效，但是具有精密大地测量法系统较为复杂，成本高，只能作为国家宏观监控的方式，仅监测某山体滑坡多发地区，并不适用。
发明内容
本发明目的是为了解决现有山体滑坡监测方法均存在测量周期长、准确性不高或系统复杂、成本高的问题，提供了一种一体化山体滑坡监测传感器。
本发明所述一体化山体滑坡监测传感器，它包括外壳、地钻、安装导管、支架、通信电路、信号采集电路、多组水分测量单元和天线，
外壳由壳体和上盖组成，所述壳体的底端设置有地钻，壳体的内壁上设置有安装导管，壳体的内部自上而下设置有支架，支架的上下端分别连接外壳的上盖和地钻；
多组水分测量单元分散设置在支架上；
信号采集电路设置在支架上；
通信电路和天线设置在外壳的上盖中；
每组水分测量单元的水分含量信号输出端均与信号采集电路的水分含量信号输入端相连；
信号采集电路通过天线发送采集到的信号。
本发明的优点：本发明所述一体化山体滑坡监测传感器通过多传感器对山体滑坡进行有效预测，具备完整的滑坡监测功能。
从山体滑坡的直接产生原因开始测量，通过对山体岩层与土壤内水分含量的测量，进而为人们准确预警山体滑坡提供依据。
加入加速度测量，可测量被测点角度变化以及振动情况，角度的变化及振动情况，可作为山体滑坡预警的重要信号。
加入力的测量，感知在山体岩、土层发生相对运动时安装导管的受力变化，从而对山体滑坡预警提供依据。
多参数的直接、有效地监测，使山体滑坡预测传感器具有准确可靠的特点。该传感器易于安装、无人值守、维护简单，可单独工作、组网工作，并可将信号远传，相比其他方法更适合应用于山体滑坡的监测。
附图说明
图1是本发明所述一体化山体滑坡监测传感器的结构示意图；
图2是本发明所述一体化山体滑坡监测传感器的原理框图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一体化山体滑坡监测传感器，它包括外壳1、地钻2、安装导管3、支架4、通信电路5、信号采集电路8、多组水分测量单元9和天线11，
外壳1由壳体和上盖组成，所述壳体的底端设置有地钻2，壳体的内壁上设置有安装导管3，壳体的内部自上而下设置有支架4，支架4的上下端分别连接外壳1的上盖和地钻2；
多组水分测量单元9分散设置在支架4上；
信号采集电路8设置在支架4上；
通信电路5和天线11设置在外壳1的上盖中；
每组水分测量单元9的水分含量信号输出端均与信号采集电路8的水分含量信号输入端相连；
信号采集电路8通过天线11发送采集到的信号。
水分测量单元9采用多极金属环型水分探头来实现。配合信号采集电路组件，通过测量介电常数来测量水分含量。
安装导管3采用ABS或聚四氟等非金属材料制成。
上述方案所述的是一个节点的传感器，一个节点的传感器能够完成一定区域范围内的全部测量工作，但大多数情况下，需要测量的范围比较大，因此，需要多个节点的传感器配合使用，进而实现大范围的数据监测。
现有技术监测时，多数都是分开实现的多节点、多方式测量并形成系统的，组合和布施繁琐。而本实施方式中的传感器，在每个节点处只需往地里一插就能测，操作起来很方便，不需要和其他测量单元配合，多个所述一体化山体滑坡监测传感器中的通信电路5通过总线进行级联，轻松实现大范围的数据监测。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，它还包括多组应力测量单元6，多组应力测量单元6分散设置在安装导管3的内壁上；
每组应力测量单元6的应力信号输出端均与信号采集电路8的应力信号输入端相连。
应力测量单元6采用应力传感器来实现。可直接测量山体岩层、土壤作用在传感器上的力。
具体实施方式三：本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，它还包括加速度测量单元7，加速度测量单元7的倾角和加速度信号输出端与信号采集电路8的倾角和加速度信号输入端相连。
加速度测量单元7采用MEMS加速度计来实现。
加速度测量单元7集成在信号采集电路组件上，可测量倾角和加速度值，对于山体滑坡引起的传感器位置变化以及山体滑坡发生时产生的振动进行测量。
本实施方式所述一体化山体滑坡监测传感器集成了水分传感器、加速度传感器和应力传感器，通过实现对山体滑坡的监测，弥补现有山体滑坡测量手段成本高、维护困难、可靠性低等问题。达到的技术指标如下：
垂直测量深度：0.1～10m
供电方式：电池供电
通信方式：RS-485及ZigBee/TCPIP
连续在线监测时间：不小于90天
根据测量深度的不同，外壳1的壳体的长度不同，而且，水分测量单元9和应力测量单元6的数量也相应的调整，长度越长，数量越多，可以测量出不同深度的参量。
配合多个水分测量单元9及应力测量单元6，可增加纵向测量深度。
本实施方式所述一体化山体滑坡监测传感器从山体滑坡的直接产生原因开始测量，通过对山体岩层与土壤内水分含量的测量，对山体滑坡进行监测，当被测区域的某一深度的土壤中，水分达到一定程度，山体滑坡的可能性极大，应对该地区进行预警。例如，试验的某一地区，山体土壤水分含量达到60%以上极易发生滑坡现象，实时监测土壤水分含量，在水分达到60%以上时则报警。
加入加速度测量，可测量被测点角度变化以及振动情况，角度的变化及振动情况，可作为山体滑坡预警的重要信号。
加入力的测量，感知在山体岩、土层发生相对运动时安装导管的受力变化，从而对山体滑坡进行预测。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式三作进一步说明，它还包括电池10，电池10为通信电路5、多组应力测量单元6、加速度测量单元7、信号采集电路8、多组水分测量单元9和天线11提供电源。
电池10采用锂离子电池或干电池来实现。

Claims (9)

1.一体化山体滑坡监测传感器，其特征在于，它包括外壳（1）、地钻（2）、安装导管（3）、支架（4）、通信电路（5）、信号采集电路（8）、多组水分测量单元（9）和天线（11），
外壳（1）由壳体和上盖组成，所述壳体的底端设置有地钻（2），壳体的内壁上设置有安装导管（3），壳体的内部自上而下设置有支架（4），支架（4）的上下端分别连接外壳（1）的上盖和地钻（2）；
多组水分测量单元（9）分散设置在支架（4）上；
信号采集电路（8）设置在支架（4）上；
通信电路（5）和天线（11）设置在外壳（1）的上盖中；
每组水分测量单元（9）的水分含量信号输出端均与信号采集电路（8）的水分含量信号输入端相连；
信号采集电路（8）通过天线（11）发送采集到的信号。
2.根据权利要求1所述一体化山体滑坡监测传感器，其特征在于，它还包括多组应力测量单元（6），多组应力测量单元（6）分散设置在安装导管（3）的内壁上；
每组应力测量单元（6）的应力信号输出端均与信号采集电路（8）的应力信号输入端相连。
3.根据权利要求2所述一体化山体滑坡监测传感器，其特征在于，它还包括加速度测量单元（7），加速度测量单元（7）的倾角和加速度信号输出端与信号采集电路（8）的倾角和加速度信号输入端相连。
4.根据权利要求3所述一体化山体滑坡监测传感器，其特征在于，它还包括电池（10），电池（10）为通信电路（5）、多组应力测量单元（6）、加速度测量单元（7）、信号采集电路（8）、多组水分测量单元（9）和天线（11）提供电源。
5.根据权利要求1所述一体化山体滑坡监测传感器，其特征在于，水分测量单元（9）采用多极金属环型水分探头来实现。
6.根据权利要求2所述一体化山体滑坡监测传感器，其特征在于，应力测量单元（6）采用应力传感器来实现。
7.根据权利要求3所述一体化山体滑坡监测传感器，其特征在于，加速度测量单元（7）采用MEMS加速度计来实现。
8.根据权利要求4所述一体化山体滑坡监测传感器，其特征在于，电池（10）采用锂离子电池或干电池来实现。
9.根据权利要求1所述一体化山体滑坡监测传感器，其特征在于，安装导管（3）采用ABS或聚四氟等非金属材料制成。
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