CN106871836B - 一种边坡位移自动化监测装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种边坡位移自动化监测装置，包括测斜管，所述测斜管的顶端设有旋转编码器，所述旋转编码器固定，所述旋转编码器连接测线，所述测线能从测斜管的顶端延伸至测斜管的底端，所述旋转编码器通过测线测量边坡Z轴方向的位移，所述旋转编码器连接数据接收器，所述旋转编码器测量的Z轴方向的位移数据传输给数据接收器。本发明还包括使用方法。本发明可以测量边坡的深部位移，可以更好的反映地边坡的位移变化情况，为监测预警提供更加良好的指导，可用性更强，适用范围更广。

Description

一种边坡位移自动化监测装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及位移自动化监测装置，尤其涉及一种边坡位移自动化监测装置及其使用方法。

背景技术

我国是一个多山的国家，滑坡地质灾害严重，分布范围广泛，滑坡破坏性极大，造成了重大的人员伤亡和巨大的经济损失，为了准确评价边坡位移活动与滑坡等地质灾害之间的对应关系，了解边坡的整体位移情况，必须精确了解边坡各个方向的位移变化。

目前，测定边坡的位移的方法有很多，主要可以分为测斜孔位移测量以及光纤光栅位移测量，但测斜孔位移测量操作过程复杂，需要人员进行现场测量，无法实时监测边坡的位移情况，滞后性较差。光纤传感技术是通过对光纤内传输光某些参数(如强度、相位、频率等)变化的测量，实现对环境参数的测量，虽可以实现自动化监测，但只能实现两个方向的位移测量且技术应用尚不完善，经常导致光纤光栅被拉断，消耗成本巨大，故存在一定的局限性。此外还存在GPS测量法、全站仪等地表位移测量方法，但测量结果仅仅反映出边坡表面结果，结果具有一定的局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种能实时监测边坡三个方向深部位移情况的边坡位移自动化监测装置及其使用方法。

本发明的实施例提供一种边坡位移自动化监测装置，包括测斜管，所述测斜管的顶端设有旋转编码器，所述旋转编码器固定，所述旋转编码器连接测线，所述测线能从测斜管的顶端延伸至测斜管的底端，所述旋转编码器通过测线测量边坡Z轴方向的位移，所述旋转编码器连接数据接收器，所述旋转编码器测量的Z轴方向的位移数据传输给数据接收器。

进一步，所述边坡位移自动化监测装置还包括吊锤和与吊锤相匹配的基座，所述基座设在测斜管的下端，所述吊锤连接测线，所述测线通过吊锤从测斜管的顶端延伸至测斜管的底端，并通过基座固定。

进一步，所述基座的上部中间开有凹槽，所述凹槽的尺寸和吊锤的尺寸相适配，所述基座的上端两侧均开有横槽，两横槽内均设有弹簧，两弹簧处于自然状态的长度与基座的长度相适配，所述弹簧的一侧固接在横槽的内壁，所述弹簧的另一侧连接一钢球。

进一步，所述吊锤呈三角形，所述凹槽为V型槽。

进一步，所述旋转编码器包括壳体和设在壳体中间的旋转轴，所述旋转轴的一部分在壳体内，另一部分在壳体外，所述旋转轴在壳体外侧的部分连接测线的一端，所述测线的另一端通过吊锤固定在基座内，所述旋转轴在壳体内侧的部分套有光栅板，所述光栅板上刻有等间隔刻度，所述光栅板的一侧设有固定光栅板，所述固定光栅板上刻有与光栅板上相一致的等间隔刻度，所述光栅板和固定光栅板的外侧分别设有发光元件和受光元件，所述发光元件和光栅板之间设有棱镜，所述受光元件连接信号转换单元，所述测线的变化带动旋转轴的旋转，所述旋转轴的旋转带动光栅板转动，所述光栅板的转动遮挡发光元件产生的光亮得到与旋转轴的转速成比例的明暗条纹，明暗条纹通过受光元件作为电气信号发出，经过信号转换单元进行波形整形后作为方波信号输出，根据输出的方波信号的个数得到旋转轴的旋转角度大小，转化即可得到边坡在Z轴方向的位移。

进一步，所述发光元件为发光二极管，所述受光元件为光敏管

进一步，所述测斜管内还设有柔性测斜仪，所述柔性测斜仪测量边坡X轴方向和Y轴方向的位移，所述柔性测斜仪连接数据接收器，所述柔性测斜仪测量的X轴方向和Y轴方向的位移数据传输给数据接收器，所述数据接收器连接太阳能电池板，所述数据接收器、柔性测斜仪和旋转编码器均由太阳能电池板供电。

进一步，所述柔性测斜仪包括数个感测器和导线，所述感测器沿测斜管竖向排列，所述感测器与相邻感测器之间通过导线串联，所述测斜管的内壁上设有定位槽，所述定位槽的数量与感测器的数量相适配，所述感测器设在定位槽内。

一种边坡位移自动化监测装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)通过钻机钻出贯穿边坡的滑体且深入边坡稳定基岩的测斜孔；

(2)在测斜孔内埋设边坡位移自动化监测装置，并根据监测要求在测斜管内布设定位槽，并将柔性测斜仪的感测器置于定位槽中；

(3)将测线与吊锤连接，通过吊锤将测线从测斜管的顶端延伸至测斜管的底端，然后将吊锤固定在基座内；

(4)边坡发生位移时，测线发生变化，所述旋转编码器根据测线的变化得到边坡在Z轴方向的位移，所述柔性测斜仪通过感测器感应边坡在X轴方向和Y轴方向的位移，所述旋转编码器和柔性测斜仪分别将边坡在Z轴方向、X轴方向和Y轴方向的位移数据传输给数据接收器，即得到边坡三维空间的位移数据。

进一步，所述步骤(3)中，吊锤固定在基座内的方法如下：吊锤挤压钢球，钢球向两侧移动，钢球挤压弹簧收缩，吊锤落入凹槽中，弹簧伸长，钢球向中间移动，吊锤固定在凹槽内；

所述步骤(4)中，旋转编码器得到边坡在Z轴方向的位移的方法如下：发光元件产生光亮，并将光亮通过棱镜聚焦后依次传到光栅板，固定光栅板和受光元件，所述测线发生变化时带动旋转轴旋转，旋转轴的旋转带动光栅板转动，光栅板的转动遮挡发光元件产生的光亮得到与旋转轴的转速成比例的发出明暗条纹，明暗条纹通过受光元件作为电气信号发出，经过信号转换单元进行波形整形后作为方波信号输出，根据输出的方波信号的个数得到旋转轴的旋转角度大小，转化即可得到边坡在Z轴方向的位移。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的测量装置具有结构简单，制造成本较低，可持续使用性较强，更大程度的提高了数据测量的准确性以及实时性，经济效益显著，而且本发明的施工方法简单，可操作性强，施工效率高；

(2)本发明可以测量边坡的深部位移，改变传统监测方法只能测量两个方向的位移的弊端，可以更好的反映地边坡的位移变化情况，为监测预警提供更加良好的指导；

(3)本发明能够满足边坡内岩土体大变形的要求，可用性更强，适用范围更广。

附图说明

图1是本发明一种边坡位移自动化监测装置的结构示意图。

图2是图1中旋转编码器的结构示意图。

图3是图1中底端固定装置的结构示意图。

图4是图3中底端固定装置的固定状态示意图。

图5是本发明一种边坡位移自动化监测装置的使用示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种边坡位移自动化监测装置，包括测斜管1，测斜管1的顶端设有旋转编码器3，旋转编码器3固定，旋转编码器3连接测线4，测线4能从测斜管1的顶端延伸至测斜管1的底端，旋转编码器3通过测线4测量边坡Z轴方向的位移。

请参考图3和图4，边坡位移自动化监测装置还包括底端固定装置7，底端固定装置7包括吊锤72和与吊锤72相匹配的基座71，基座71设在测斜管1的下端，吊锤72连接测线4，测线4通过吊锤72从测斜管1的顶端延伸至测斜管1的底端，并通过基座71固定。

基座71的上部中间开有凹槽73，凹槽73的尺寸和吊锤72的尺寸相适配，基座71的上端两侧均开有横槽74，两横槽74内均设有横槽75，两横槽75处于自然状态的长度与基座71的长度相适配，横槽75的一侧固接在横槽74的内壁，横槽75的另一侧连接一钢球76。在一实施例中，吊锤72呈三角形，凹槽73为V型槽。

请参考图2，旋转编码器3包括壳体31和设在壳体31中间的旋转轴32，旋转轴32的一部分在壳体31内，另一部分在壳体31外，旋转轴32在壳体31外侧的部分连接测线4的一端，测线4的另一端通过吊锤72固定在基座71内，旋转轴32在壳体31内侧的部分套有光栅板33，光栅板33上刻有等间隔刻度，光栅板33的一侧设有固定光栅板34，固定光栅板34上刻有与光栅板33上相一致的等间隔刻度，光栅板33和固定光栅板34的外侧分别设有发光元件35和受光元件36，发光元件35和光栅板33之间设有棱镜37，受光元件36连接信号转换单元38，测线4的变化带动旋转轴32的旋转，旋转轴32的旋转带动光栅板33转动，光栅板33的转动遮挡发光元件35产生的光亮得到与旋转轴32的转速成比例的明暗条纹，明暗条纹通过受光元件36作为电气信号发出，经过信号转换单元38进行波形整形后作为方波信号输出，根据输出的方波信号的个数得到旋转轴32的旋转角度大小，转化即可得到边坡在Z轴方向的位移。在一实施例中，发光元件35为发光二极管，受光元件36为光敏管。

请参考图1，测斜管1内还设有柔性测斜仪2，柔性测斜仪2测量边坡X轴方向和Y轴方向的位移，在一实施例中，柔性测斜仪2包括数个感测器21和导线22，感测器21沿测斜管1竖向排列，感测器21与相邻感测器21之间通过导线22串联，测斜管1的内壁上设有定位槽11，定位槽11的数量与感测器21的数量相适配，感测器21设在定位槽11内。

旋转编码器3和柔性测斜仪2均连接数据接收器5，柔性测斜仪2测量的X轴方向和Y轴方向的位移数据传输给数据接收器5，旋转编码器3测量的Z轴方向的位移数据传输给数据接收器5，数据接收器5连接太阳能电池板6，数据接收器5、柔性测斜仪2和旋转编码器3均由太阳能电池板6供电。

请参考图5，一种边坡位移自动化监测装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)通过钻机钻出贯穿边坡的滑体且深入边坡稳定基岩的测斜孔；

(2)在测斜孔内埋设边坡位移自动化监测装置，并根据监测要求在测斜管1内布设定位槽11，并将柔性测斜仪2的感测器21置于定位槽11中；

(3)将测线4与吊锤72连接，通过吊锤72将测线4从测斜管1的顶端延伸至测斜管1的底端，然后将吊锤72固定在基座71内；

吊锤72固定在基座71内的方法如下：吊锤72挤压钢球76，钢球76向两侧移动，钢球76挤压横槽75收缩，吊锤72落入凹槽73中，横槽75伸长，钢球76向中间移动，吊锤72固定在凹槽73内；

(4)边坡发生位移时，测线4发生变化，所述旋转编码器3根据测线4的变化得到边坡在Z轴方向的位移，所述柔性测斜仪2通过感测器21感应边坡在X轴方向和Y轴方向的位移，所述旋转编码器3和柔性测斜仪2分别将边坡在Z轴方向、X轴方向和Y轴方向的位移数据传输给数据接收器5，即得到边坡三维空间的位移数据；

旋转编码器3得到边坡在Z轴方向的位移的方法如下：发光元件35产生光亮，并将光亮通过棱镜37聚焦后依次传到光栅板33，固定光栅板34和受光元件36，所述测线4发生变化时带动旋转轴32旋转，旋转轴32的旋转带动光栅板33转动，光栅板33的转动遮挡发光元件35产生的光亮得到与旋转轴32的转速成比例的发出明暗条纹，明暗条纹通过受光元件36作为电气信号发出，经过信号转换单元38进行波形整形后作为方波信号输出，根据输出的方波信号的个数得到旋转轴32的旋转角度大小，转化即可得到边坡在Z轴方向的位移。

本发明的测量装置具有结构简单，制造成本较低，可持续使用性较强，更大程度的提高了数据测量的准确性以及实时性，经济效益显著，而且本发明的施工方法简单，可操作性强，施工效率高；本发明可以测量边坡的深部位移，改变传统监测方法只能测量两个方向的位移的弊端，可以更好的反映地边坡的位移变化情况，为监测预警提供更加良好的指导；本发明能够满足边坡内岩土体大变形的要求，可用性更强，适用范围更广。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种边坡位移自动化监测装置，包括测斜管，其特征在于，所述测斜管的顶端设有旋转编码器，所述旋转编码器固定，所述旋转编码器连接测线，所述测线能从测斜管的顶端延伸至测斜管的底端，所述旋转编码器通过测线测量边坡Z轴方向的位移，所述旋转编码器连接数据接收器，所述旋转编码器测量的Z轴方向的位移数据传输给数据接收器；

所述边坡位移自动化监测装置还包括吊锤和与吊锤相匹配的基座，所述基座设在测斜管的下端，所述吊锤连接测线，所述测线通过吊锤从测斜管的顶端延伸至测斜管的底端，并通过基座固定；

所述测斜管内还设有柔性测斜仪，所述柔性测斜仪测量边坡X轴方向和Y轴方向的位移，所述柔性测斜仪连接数据接收器，所述柔性测斜仪测量的X轴方向和Y轴方向的位移数据传输给数据接收器；

所述柔性测斜仪包括数个感测器和导线，所述感测器沿测斜管竖向排列，所述感测器与相邻感测器之间通过导线串联，所述测斜管的内壁上设有定位槽，所述定位槽的数量与感测器的数量相适配，所述感测器设在定位槽内；

所述基座的上部中间开有凹槽，所述凹槽的尺寸和吊锤的尺寸相适配，所述基座的上端两侧均开有横槽，两横槽内均设有弹簧，两弹簧处于自然状态的长度与基座的长度相适配，所述弹簧的一侧固接在横槽的内壁，所述弹簧的另一侧连接一钢球。

2.根据权利要求1所述的边坡位移自动化监测装置，其特征在于，所述吊锤呈三角形，所述凹槽为V型槽。

3.根据权利要求1所述的边坡位移自动化监测装置，其特征在于，所述旋转编码器包括壳体和设在壳体中间的旋转轴，所述旋转轴的一部分在壳体内，另一部分在壳体外，所述旋转轴在壳体外侧的部分连接测线的一端，所述测线的另一端通过吊锤固定在基座内，所述旋转轴在壳体内侧的部分套有光栅板，所述光栅板上刻有等间隔刻度，所述光栅板的一侧设有固定光栅板，所述固定光栅板上刻有与光栅板上相一致的等间隔刻度，所述光栅板和固定光栅板的外侧分别设有发光元件和受光元件，所述发光元件和光栅板之间设有棱镜，所述受光元件连接信号转换单元，所述测线的变化带动旋转轴的旋转，所述旋转轴的旋转带动光栅板转动，所述光栅板的转动遮挡发光元件产生的光亮得到与旋转轴的转速成比例的明暗条纹，明暗条纹通过受光元件作为电气信号发出，经过信号转换单元进行波形整形后作为方波信号输出，根据输出的方波信号的个数得到旋转轴的旋转角度大小，转化即可得到边坡在Z轴方向的位移。

4.根据权利要求3所述的边坡位移自动化监测装置，其特征在于，所述发光元件为发光二极管，所述受光元件为光敏管。

5.根据权利要求1所述的边坡位移自动化监测装置，其特征在于，所述数据接收器连接太阳能电池板，所述数据接收器、柔性测斜仪和旋转编码器均由太阳能电池板供电。

6.根据权利要求1所述的边坡位移自动化监测装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过钻机钻出贯穿边坡的滑体且深入边坡稳定基岩的测斜孔；

(2)在测斜孔内埋设边坡位移自动化监测装置，并根据监测要求在测斜管内布设定位槽，并将柔性测斜仪的感测器置于定位槽中；

(3)将测线与吊锤连接，通过吊锤将测线从测斜管的顶端延伸至测斜管的底端，然后将吊锤固定在基座内；

(4)边坡发生位移时，测线发生变化，所述旋转编码器根据测线的变化得到边坡在Z轴方向的位移，所述柔性测斜仪通过感测器感应边坡在X轴方向和Y轴方向的位移，所述旋转编码器和柔性测斜仪分别将边坡在Z轴方向、X轴方向和Y轴方向的位移数据传输给数据接收器，即得到边坡三维空间的位移数据。

7.根据权利要求6所述的边坡位移自动化监测装置的使用方法，其特征在于，所述步骤(3)中，吊锤固定在基座内的方法如下：吊锤挤压钢球，钢球向两侧移动，钢球挤压弹簧收缩，吊锤落入凹槽中，弹簧伸长，钢球向中间移动，吊锤固定在凹槽内；

所述步骤(4)中，旋转编码器得到边坡在Z轴方向的位移的方法如下：发光元件产生光亮，并将光亮通过棱镜聚焦后依次传到光栅板，固定光栅板和受光元件，所述测线发生变化时带动旋转轴旋转，旋转轴的旋转带动光栅板转动，光栅板的转动遮挡发光元件产生的光亮得到与旋转轴的转速成比例的发出明暗条纹，明暗条纹通过受光元件作为电气信号发出，经过信号转换单元进行波形整形后作为方波信号输出，根据输出的方波信号的个数得到旋转轴的旋转角度大小，转化即可得到边坡在Z轴方向的位移。