CN104048640B - 一种基于l型液态金属天线的滑坡灾变智能监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于L型液态金属天线的滑坡灾变智能监测方法，它包括以下步骤，步骤1、在待监测的滑坡体内布置一定数量的L型液态金属天线；步骤2、测定L型液态金属天线的固有频率；步骤3<b>、</b>传输L型液态金属天线固有频率的数据；步骤4、数据分析及滑坡报警。本发明的优点是：电路抗干扰能够强，自动化程度高，测量精度高，以及能够实时远程监测滑坡的状态变化。

Description

一种基于L型液态金属天线的滑坡灾变智能监测方法

技术领域

本发明属于地质灾害防控技术领域，具体涉及一种滑坡灾变智能监测方法。

背景技术

我国属地形地貌极为复杂的国家，也是一个多山的国家，尤其是我国西南地区以及东南沿海的福建、广西、广东和海南等地。在过去的几百年里，发生过多起特大型滑坡事件。随着国民经济的发展，大量铁路、公路、水利、矿山和城镇等设施的修建，特别是丘陵和山区建设，人类工程活动中开挖和堆填的边坡数量会越来越多，高度将越来越大。边坡滑坡等地质灾害给受灾区造成巨大地经济损失和重大的人员伤亡。对边坡进行实时变形监测，并根据长期的监测结果做出合理的分析和安全预报，是保证滑坡地段安全的重要手段。

长期以来，滑坡等地质灾害对工程设施的破坏以及由此而造成的损失十分巨大，因此，世界各国对滑坡等地质灾害极为重视，该领域的专家学者在滑坡灾害的评估、预防、监测、预测预报方面作了大量的工作，并取得了一系列有实际意义的研究成果。

在国内，滑坡监测相继开展起来，较早的如三峡库区(2001年)、四川雅安(2001年)，巫山县(2003年)等地的滑坡监测，2007年左右云南哀牢山、陕西延安、福建闽东南、四川华蓥山等地相继开展了专业性的地质灾害监测预警工作。如今，地质灾害监测预警工作在我国已发展了10多年，国内对滑坡监测也积累了一定经验。但是，监测的数据精度不够高或者无法实时的监控滑坡变形状态。

现有滑坡监测所使用的技术手段主要有两种：内部倾斜监测和内部相对位移监测。对于滑坡的内部倾斜监测，多采用钻孔测斜仪，钻孔倾斜仪监测是用倾斜仪每隔一定时间逐段测量钻孔的斜率，从而获得岩土体内部水平位移及随时间变化的原位观测方法，其原理是根据摆捶受重力影响，测定以垂线为基准的弧角变化，但是当变形加剧或局部突发事件发生时，由于变形量大，挤压测斜管急剧变形使测头无法通过而导致监测报废。对于内部相对位移监测，滑坡在变形时，滑体内部两点间的相对位置会发生变化，可安装仪器测量坡体内两点间的相对位移或相对沉降，但是通常仅适用于滑面及滑体相对较陡的岩体滑坡，对土体滑坡则不太适用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于L型液态金属天线的滑坡灾变智能监测方法，它能够提供实时的、远程的、高精度的和强抗干扰的监测方法。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤：

步骤1、在待监测的滑坡体内布置一定数量的L型液态金属天线；这些L型液态金属天线随压力产生形变，由变形改变自身频率谐振特性；所述的L型液态金属天线包括有弹性壳体、L型空心管、微型泵和馈电同轴线以及接地片，弹性壳体内部装满液态金属，L型空心管设置在弹性壳体顶部侧边，并连通弹性壳体内部，L型空心管向上延伸，L型空心管顶端安装微型泵，液态金属溢流口处从L型空心管内部引出馈电同轴线，溢流口处的液态金属与接地片电连接；

步骤2、测定L型液态金属天线的固有频率

扫频信号源通过谐振线圈发送电信号，扫频信号的频段覆盖L型液态金属天线自身频率，L型液态金属天线辐射的电磁波又被谐振线圈接收，当扫频信号的频率与发生形变的L型液态金属天线的自身频率一致时，谐振线圈上获得最大电信号，通过谐振检波电路，检测出最大电信号峰值，频率计数电路精确地计量通过的最大电信号时的频率，该频率值就等于L型液态金属天线的固有频率值；

步骤3、传输L型液态金属天线固有频率的数据

采用GPRS模块，将现场采集的L型液态金属天线的频率值数据传输到GPRS管理中心的服务器；再将GPRS管理中心的数据通过具有固定IP地址的服务器将数据发送到Internet上；

步骤4、数据分析及滑坡报警

在PC端接收到远程回执的L型液态金属天线的频率值数据；建立和更新频率值的远程数据库，对频率数据进行分析，并判断滑坡是否有滑坡的危险。若有滑坡的变形达到了滑坡形变报警门限值，则系统输出滑坡报警。

本发明将L型液态金属天线预埋在待检测的滑坡体中，利用L型液态金属天线中的液态金属受力变形后自身频率的变化，间接测得滑坡体的应力状态和变形情况，利用GPRS系统远程传输数据，实现了远程监测滑坡的状态变化情况，从而能够实现实时的滑坡灾害的判断和预警。所以本发明的优点是：电路抗干扰能够强，自动化程度高，测量精度高，以及能够实时远程监测滑坡的状态变化。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的L型液态金属天线结构示意图；

图2为当L≤h时，L型液态金属天线的状态图；

图3为当h≤L≤h+S时，L型液态金属天线的状态图；

图4为本发明的频率测定的电路原理框图。

图1中：1.液态金属；2.弹性壳体；3.馈电同轴线；4.L型空心管；5.接地片；6.微型泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

步骤1、在待监测的滑坡体内布置一定数量的L型液态金属天线

L型液态金属天线如图1所示：

L型液态金属天线包括有弹性壳体2、L型空心管4、微型泵6和馈电同轴线3以及接地片5，弹性壳体2内部装满液态金属1，L型空心管4设置在弹性壳体2顶部侧边，并连通弹性壳体2内部，L型空心管4向上延伸，L型空心管4顶端安装微型泵6，从L型空心管4内部位于液态金属溢流口处有馈电同轴线3引出，溢流口处的液态金属1与接地片5电连接。

L型液态金属天线通过弹性壳体2受力，液态金属1受压流动，然后由外部电路通过馈电同轴线3给流入L型空心管4的液态金属1进行馈电，接地片5与液态金属1构成单极子液态金属天线，液态金属1天线进行工作，辐射电磁波，此时，只要外加微型无线电设备，便可监测液态天线辐射谐振频率，从而能反过来分析天线受力产生形变的关系，进而得到滑坡变形的具体动态。

若采用空心直管，在竖向变形较大时，会与弹性壳体脱离，所以使用L型空心管，与弹性壳体连接可靠。

L型液态金属天线自身频率的改变有两种情况：

第一种情况，如图2所示，当L≤h时，即被挤出的液态金属占L型空心管4的长度L不大于L型空心管4的水平长度h的情况，其中为弹性壳体内的液态金属等效相对介电常数，即L与f成反比；

第二种情况，如图3所示，当h≤L≤h+S时，即被挤出的液态金属的长度L在L型空心管4的水平长度h与总长度h+S之间的情况，通过大量仿真得出频率f随L变化关系是成反比例的，具体表达式为其中K为待定的系数，可以通过拟合大量的仿真数据得出。

通过测定L型空心管4天线频率随L的变化，可直接判定弹性壳体2形变与受力之间的变化，即频率、长度与受力三者间关系通过测定弹性壳体2的容积的大小，可以确定频率变化最大范围。

测试点的弹性壳体受力F与L型空心管内的液态金属长度L的关系为

F＝ρgπR²L

式中，ρ为液态金属的密度，g为重力加速度，π为圆周率，R为弹性壳体的截面半径。

步骤2、测定L型液态金属天线的固有频率

如图4所示，频率测定电路由扫频信号源、自动增益控制电路、带通滤波器、信号发射电路、频率计数电路、谐振检波电路和幅值测量电路组成。扫频信号源产生的电信号覆盖L型液态金属天线的频段。

扫频信号源产生频率变化的正弦电信号；自动增益控制电路将一系列频率的扫频信号与幅值测量电路测得的电信号幅值相比较，将比较后的信号进行放大；带通滤波器允许特定频段的电信号通过；信号发射电路将特定频段电信号转化为电磁波信号，它含有谐振线圈和由馈电同轴线连接的L型液态金属天线，该特定频段电信号由L型液态金属天线发射，并通过谐振线圈接收返回信号，返回信号与原电信号进行叠加；谐振检波电路记忆信号峰值，检测出峰值谐振点，以此作为中断信号；当特定频段中某一频率电信号与发生形变的L型液态金属天线的自身频率一致时，谐振线圈上获得最大电信号，频率计数电路精确地计量通过的最大电信号时的频率，该频率值就等于L型液态金属天线的固有频率值。幅值测量电路测得检波电路中电信号的幅值，传送给自动增益控制电路作为反馈信号；

步骤3、传输L型液态金属天线固有频率的数据

采用GPRS模块，将现场采集的L型液态金属天线的频率值数据传输到GPRS管理中心的服务器，再将GPRS管理中心的数据通过具有固定IP地址的服务器将数据发送到Internet上。已经连接到Internet的GPRS数据传输模块检测到命令后将所收到的数据包进行解包校验后将完整的命令通过RS-485或RS232下传到检测设备，终端返回的数据通过RS-485或RS232送入GPRS数据传输模块，模块将数据组合打包成标准的TCP/IP数据包通过GPRS发送至GPRS管理中心的服务器，整个数据抄收过程结束；

步骤4、数据分析及滑坡报警

在PC端接收到远程回执的L型单极子液态金属天线的频率值数据；建立和更新频率值的远程数据库，对频率数据进行分析，并判断滑坡是否有滑坡的危险。若有滑坡的变形达到了滑坡形变报警门限值，则系统输出滑坡报警。

Claims (3)

1.一种基于L型液态金属天线的滑坡灾变智能监测方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、在待监测的滑坡体内布置一定数量的L型液态金属天线；这些L型液态金属天线随压力产生形变，由变形改变自身频率谐振特性；所述的L型液态金属天线包括有弹性壳体(2)、L型空心管(4)、微型泵(6)和馈电同轴线(3)以及接地片(5)，弹性壳体(2)内部装满液态金属(1)，L型空心管(4)设置在弹性壳体(2)顶部侧边，并连通弹性壳体(2)内部，L型空心管(4)向上延伸，L型空心管(4)顶端安装微型泵(6)，液态金属溢流口处从L型空心管(4)内部引出馈电同轴线(3)，溢流口处的液态金属(1)与接地片(5)电连接；

步骤2、测定L型液态金属天线的固有频率

扫频信号源通过谐振线圈发送电信号，扫频信号的频段覆盖L型液态金属天线自身频率，L型液态金属天线辐射的电磁波又被谐振线圈接收，当扫频信号的频率与发生形变的L型液态金属天线的自身频率一致时，谐振线圈上获得最大电信号，通过谐振检波电路，检测出最大电信号峰值，频率计数电路精确地计量通过的最大电信号的频率，该频率值就等于L型液态金属天线的固有频率值；

步骤3、传输L型液态金属天线固有频率的数据

采用GPRS模块，将现场采集的L型液态金属天线的频率值数据传输到GPRS管理中心的服务器；再将GPRS管理中心的数据通过具有固定IP地址的服务器将数据发送到Internet上；步骤4、数据分析及滑坡报警

在PC端接收到远程回执的L型液态金属天线的频率值数据；建立和更新频率值的远程数据库，对频率数据进行分析，并判断滑坡是否有滑坡的危险；

若有滑坡的变形达到了滑坡形变报警门限值，则系统输出滑坡报警。

2.根据权利要求1所述的基于L型液态金属天线的滑坡灾变智能监测方法，其特征是：在步骤1中，L型液态金属天线的L型空心管内液态金属的长度L与L型液态金属天线固有频率f成反比例。

3.根据权利要求1所述的基于L型液态金属天线的滑坡灾变智能监测方法，其特征是：在步骤1中，L型液态金属天线的弹性壳体受力F与L型空心管内的液态金属长度L的关系为

F＝ρgπR²L

式中，ρ为液态金属的密度，g为重力加速度，π为圆周率，R为弹性壳体的截面半径。