CN104990492B - 用于海底滑坡监测的设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于海底滑坡监测的设备，包括长杆状的密封外壳，密封外壳内设置磁传感机构；磁传感机构包括活动杆和测量杆，测量杆的上端设有空腔，活动杆的下端可转动的卡设在空腔内，空腔的底部设置磁传感芯片，活动杆的下端固定安装有磁感应片；密封外壳内还设置有电源模块、控制模块和存储模块，控制模块包括控制器、时钟电路和继电器。它具有较好的传感测量精度，对海床多层面进行有效自动监测和记录，从监测单点到多点而构成立体的监测面，为海底滑移研究提供直观的数据，对滑坡、地震、海啸等自然灾害及其预警服务提供信息支持，同时还具有便于操作、成本低、可较长时间用于水下的监测等优点。

Description

用于海底滑坡监测的设备

技术领域

本发明涉及一种用于实时监测和自动记录海床地质变化情况的仪器，属于海底观测技术领域，尤其涉及一种用于海底滑坡监测的设备。

背景技术

海底滑坡属于自然灾害的一种，是海底斜坡上未固结的松软沉积物或有软弱结构面的岩石，在重力作用下沿斜坡中的软弱结构面发生滑动的现象。发生海底滑坡的原因，一方面是由于沉积物内部结构和动力条件，如海底沉积物中粘土物质的含量较多、天然气产生的高压等；另一方面，是某些外部诱发因素，如地震、海浪等。海底滑坡除直接危害钻井平台、海底光缆、港口、码头等设施外，大型海底滑坡极容易引起巨浪甚至海啸，造成严重的破坏损失。

我国的海底地质观测和研究起步较晚，与国外相比还有较大的差距，至今仍没有比较完善的监测系统，也没有良好的监测海底滑坡的配套设备。目前对于海底边坡稳定性的研究多是针对陆地边坡，海底斜坡的研究相对较少，对海底滑坡的认识多是定性描述，定量研究少，准确性低，更缺少相应的海底观察仪器和设备。由于海底环境条件和陆地上不同，海床地质情况的变化过程缓慢而细微，涉及的地域范围广，采用人工方式的定点定时观测和记录，工作量巨大，耗资高。

随着人们的活动延伸到海洋领域，各类海底工程不断建设，海底斜坡稳定性研究及灾害预防越来越具有重要的作用和意义。

发明内容

本发明提供一种用于海底滑坡监测的设备，它具有较好的测量精度，能够对海床地质进行多层面有效自动监测和记录，从监测单点到多点可形成立体的监测面，为海底滑移研究提供直观的数据，对滑坡、地震、海啸等自然灾害及其预警服务提供信息支持。

本发明通过以下技术方案予以实现：

用于海底滑坡监测的设备，包括长杆状的密封外壳，密封外壳内设置磁传感机构；所述磁传感机构包括活动杆和测量杆，测量杆的上端设有空腔，活动杆的下端可转动的卡设在空腔内，所述空腔的底部设置磁传感芯片，活动杆的下端固定安装有磁感应片；所述密封外壳内还设置有电源模块、控制模块和存储模块，所述控制模块包括控制器、时钟电路和继电器，所述控制器的输入端和时钟电路的输出端电连接，其输出端与继电器线圈电连接，控制器供电端与电源模块电连接；所述电源模块串联继电器的常开触点后与磁传感芯片的供电端电连接；所述存储模块包括存储器，存储器的输入端与磁传感芯片的信号输出端电连接。

本发明提供的一种用于海底滑坡监测的设备，密封外壳和其内部设置的磁传感机构，可整体竖向埋设在海床以下，该磁传感机构中的测量杆上端设置有空腔，活动杆可在空腔内转动，空腔底部设置磁传感芯片，对应的在活动杆的下端设置磁感应片。当磁传感机构周围海床地质发生变化时，将带动活动杆移动，使的磁感应片会相对磁传感芯片产生一定的偏移距离和角度，并被磁传感芯片采集成电信号输出。采用上下相对的磁感应片和磁传感芯片，同时两者设置的距离较小，从而可以获得海床地质的细微变化，具有较好的测量敏感度和精度。将磁感应片设置在活动杆下端，通过活动杆可增强对海床地质细微变化的捕捉，提高感应数据的准确性。在密封外壳内设置有数据采集及存储单元，包括控制模块和存储模块，电源模块为各模块和磁传感芯片提供工作电源。根据海床地质变化的实际情况，为了保证设备较长的工作时间，本发明采用间断工作的方式，即可以通过控制器、时钟电路来定时的闭合继电器，让磁传感芯片工作，从而能够定时捕捉磁感应片的动作情况，例如，可以是1个小时工作5~10分钟等。并将获得的数据通过信号线传送并存储到存储器中，方便后续根据存储器的数据进行海床监测面的立体分析。

为了进一步实现本发明的目的，还可以采用以下的技术方案：

如上所述的用于海底滑坡监测的设备，所述活动杆下端为球体，球体上方的活动杆上设置有缩颈部，所述空腔上端内壁设有球槽，球体和球槽之间为球副结构；所述磁感应片安装在球体的最底面。

如上所述的用于海底滑坡监测的设备，所述活动杆在空腔内可转动的空间为圆锥形，其锥角a为0~100º。

如上所述的用于海底滑坡监测的设备，所述密封外壳内设置有多个依次排列的磁传感机构，相邻磁传感机构中的测量杆与活动杆通过传感器杆连接，其连接方式均为螺纹结构；相邻磁传感机构的中心距H为0.5~1.5米。

如上所述的用于海底滑坡监测的设备，所述磁传感机构设置有4个，相邻磁传感器的中心距H为1米。

如上所述的用于海底滑坡监测的设备，所述密封外壳从外到内设有硬质保护层和防水密封层。

如上所述的用于海底滑坡监测的设备，所述硬质保护层为不锈钢编织层，所述防水密封层为PVC软管。

如上所述的用于海底滑坡监测的设备，所述电源模块为大容量锂电池。

如上所述的用于海底滑坡监测的设备，所述密封外壳端部安装有用于方便读取存储器数据的水下连接器，所述存储器的信号输出端与水下连接器电连接。

本发明的优点是：

1、密封外壳和其内部设置的磁传感机构，可整体竖向的插入海床中。当磁传感机构周围海床地质发生变化时，将带动活动杆移动，使得磁感应片会相对磁传感芯片产生一定的偏移距离和角度，并被磁传感芯片捕捉，进而转换为电信号输出。采用上下相对的磁感应片和磁传感芯片，同时两者设置的距离小，从而可以获得海床地质的细微变化，具有较好的测量敏感度和精度。将磁感应片设置在活动杆下端，通过活动杆可增强对海床地质细微变化的捕捉，提高感应数据的准确性。

2、本发明用于海底滑坡监测的设备，适用于海底及野外长时间、大数据量的地质信息采集。其中，电源模块采用大容量的锂电池供电，以保障数据采集及存储单元的嵌入式系统在低功耗模式下能够长时间工作，确保数据的可靠性和连续性。

3、本发明获得的海床地质数据，可进行定量分析，通过后续的上位机系统分析，能够形成3D数据并可进行过程回放，图形化的数据显示能直观清晰地表现外界因素对海底滑移的变化过程，具有重要的科研和应用价值。

4、密封外壳由硬质保护层和防水密封层构成，硬质保护层可以避免外力对内部的磁传感机构造成破坏，而防水密封层可以延长设备的使用寿命。

5、本发明的设备便于操作、成本低、数据采集的精度高、可用于水下的监测采集时间长达120天以上，减少维护的费用，同时还具有制造简单、方便携带及使用的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中所述磁传感机构的结构示意图。

图3为图2的A-A向剖视图。

图4为图2的B向视图。

图5为图2的状态参考图，即所述活动杆在空气内转动的示意图。

图6为本发明的电气原理图。

附图标记：

1-外壳；2-活动杆；3-测量杆；4-空腔；5-磁传感芯片；6-磁感应片；7-球体；8-球槽；9-缩颈部；10-传感器杆；11-硬质保护层；12-防水密封层。

H-相邻磁传感机构的中心距；a-活动杆在空腔内可转动的锥角。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-6所示，本实施例一种用于海底滑坡监测的设备，包括长杆状的密封外壳1，密封外壳1内设置磁传感机构；所述磁传感机构包括活动杆2和测量杆3，测量杆3的上端设有空腔4，活动杆2的下端可转动的卡设在空腔4内，所述空腔4的底部设置磁传感芯片5，活动杆2的下端固定安装有磁感应片6；所述密封外壳1内还设置有电源模块、控制模块和存储模块，所述控制模块包括控制器、时钟电路和继电器，所述控制器的输入端和时钟电路的输出端电连接，其输出端与继电器线圈电连接，控制器供电端与电源模块电连接；所述电源模块串联继电器的常开触点后与磁传感芯片5的供电端电连接；所述存储模块包括存储器，存储器的输入端与磁传感芯片5的信号输出端电连接。其中，本实施例中磁传感芯片5型号为MLX90333，为了安装方便，可将磁传感芯片5通过粘贴在空腔4内底面上；活动杆2和测量杆3为圆柱体，其直径为15~50mm，优选采用耐腐蚀氧化的不锈钢或合金钢材料制成。

具体而言，本实施例公开的一种用于海底滑坡监测的设备，密封外壳1和其内部设置的磁传感机构，可整体竖向埋设在海床以下，该磁传感机构中的测量杆3上端设置有空腔4，活动杆2可在空腔4内转动，空腔4内底部设置磁传感芯片5，对应的在活动杆2的下端设置磁感应片6。使用时，当海床地质发生变化时，将带动活动杆2移动，使得磁感应片6会相对磁传感芯片5产生一定的偏移距离和角度，并被磁传感芯片5采集成电信号输出。采用上下相对的磁感应片6和磁传感芯片5，同时两者设置在间隔较小的距离内，从而可以获得海床地质的细微变化，具有较好的测量敏感度和精度。将磁感应片6设置在活动杆2下端，通过活动杆2可增强对海床地质细微变化的捕捉，提高感应数据的准确性。

在密封外壳1内设置有数据采集及存储单元，包括控制模块和存储模块，电源模块为各模块和磁传感芯片5提供工作电源。根据海床地质变化的实际情况，以及延长电源模块的工作时间，本发明采用间断工作的方式，即可以通过控制器、时钟电路来定时的闭合继电器，让磁传感芯片5工作获得磁感应片6的动作情况，例如，可以是1个小时工作5~10分钟等。并将获得的数据通过信号线传送并存储到存储器中，方便后续根据存储器内的数据进行海床监测面的立体分析。

如图1所示，本实施例的所述密封外壳从外到内设有硬质保护层11和防水密封层12。所述硬质保护层11为不锈钢编织层，所述防水密封层12为PVC软管。硬质保护层11和防水密封层12，可以提高本发明的结构强度和密封性能，适用于海底的复杂环境下，防止外力破坏，进而可以保护内部部件重量、延长设备的使用寿命。

如图2、图5所示，本实施例所述活动杆2与空腔4的配合采用球副结构，包括设在活动杆2下端的球体7，在空腔4上端内壁设有球槽8，所述磁感应片6安装在球体7的最底面。为了增加活动杆2在空腔4内的可转动角度，在球体7的上方活动杆2上设有缩颈部9，所述活动杆2在空腔4内可转动的空间为圆锥形，其锥角a为0~100º。可提高磁感应片6与磁传感芯片5对海床地质变化的测量范围，多角度多方向的捕捉变化数据。

如图1所述，本实施例的所述密封外壳1内设置有多个依次排列的磁传感机构，相邻磁传感机构中的测量杆3与活动杆3通过传感器杆10连接，其连接方式均为螺纹结构；相邻磁传感机构的中心距H为0.5-1.5米。因为海床厚度较大、地质变化情况复杂，设置多个磁传感机构，可以更好的捕捉同一断层面上、中、下多层多点的监测变化数据，进而可以获得立体的监测数据；将多个磁传感机构串联在一起，还可以提高整体的结构强度，便于施工和安装。传感器杆10的规格可根据活动杆2和测量杆3的大小进行选择。

其中，作为优选，便于安装、施工和管理，本实施例的所述磁传感机构设置有4个，相邻磁传感机构的中心距H为1米。

进一步，本实施例所述电源模块为大容量锂电池。通过大容量锂电池供电，本发明可用于水下的监测采集时间长达120天以上，进而可获得长期连续的数据，降低人工维护的费用。

更进一步的，为了方便后续上位机对存储器中数据的读取，在本实施例所述密封外壳1的端部安装有水下连接器，所述存储器的信号输出端与水下连接器电连接。水下连接器的型号采用XG20。

本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (9)

1.用于海底滑坡监测的设备，其特征在于，包括长杆状的密封外壳，密封外壳内设置磁传感机构；所述磁传感机构包括活动杆和测量杆，测量杆的上端设有空腔，活动杆的下端可转动的卡设在空腔内，所述空腔的底部设置磁传感芯片，活动杆的下端固定安装有磁感应片；所述密封外壳内还设置有电源模块、控制模块和存储模块，所述控制模块包括控制器、时钟电路和继电器，所述控制器的输入端和时钟电路的输出端电连接，其输出端与继电器线圈电连接，控制器供电端与电源模块电连接；所述电源模块串联继电器的常开触点后与磁传感芯片的供电端电连接；所述存储模块包括存储器，存储器的输入端与磁传感芯片的信号输出端电连接。

2.根据权利要求1所述的用于海底滑坡监测的设备，其特征在于，所述活动杆下端为球体，球体上方的活动杆上设置有缩颈部，所述空腔上端内壁设有球槽，球体和球槽之间为球副结构；所述磁感应片安装在球体的最底面。

3.根据权利要求1所述的用于海底滑坡监测的设备，其特征在于，所述活动杆在空腔内可转动的空间为圆锥形，其锥角a为0～100°。

4.根据权利要求1或2所述的用于海底滑坡监测的设备，其特征在于，所述密封外壳内设置有多个依次排列的磁传感机构，相邻磁传感机构中的测量杆与活动杆通过传感器杆连接，其连接方式均为螺纹结构，相邻磁传感机构的中心距H为0.5～1.5米。

5.根据权利要求4所述的用于海底滑坡监测的设备，其特征在于，所述磁传感机构设置有4个，相邻磁传感机构的中心距H为1米。

6.根据权利要求4所述的用于海底滑坡监测的设备，其特征在于，所述密封外壳从外到内设有硬质保护层和防水密封层。

7.根据权利要求6所述的用于海底滑坡监测的设备，其特征在于，所述硬质保护层为不锈钢编织层，所述防水密封层为PVC软管。

8.根据权利要求1所述的用于海底滑坡监测的设备，其特征在于，所述电源模块为大容量锂电池。

9.根据权利要求1所述的用于海底滑坡监测的设备，其特征在于，所述密封外壳端部安装有用于方便读取存储器数据的水下连接器，所述存储器的信号输出端与水下连接器电连接。