CN113188692A - 一种水土压力监测预警装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水土压力监测预警装置。该装置包括水土压力监测传感器和终端显示器；水土压力监测传感器包括土压力传感腔体、水压力传感腔体和信号采集处理系统；土压力传感腔体设置于水压力传感腔体的两侧并与待测建筑物相接；水压力传感腔体通过透水石与待测建筑物相接；信号采集处理系统用于根据接收到的土压力监测数据和水压力监测数据与预设值的关系得到分级预警数据，并传输至终端显示器；终端显示器用于根据分级预警数据显示不同颜色进行分级预警警示。解决土压力和水压力监测需要多个监测装置以及无法准确分级预警的问题，实现一个监测装置同时监测土压力和水压力，并处理得到分级预警数据，进行分级预警显示的效果。

Description

一种水土压力监测预警装置
技术领域
本发明实施例涉及压力监测技术，尤其涉及一种水土压力监测预警装置。
背景技术
由于土石坝长期浸水，产生坝身渗漏破坏的问题屡见不鲜，因此对土石坝水压力的检测预警保障了土石坝相关工程的长期安全运行，同时对于土石坝土压力的检测预警对抗震和滑坡灾害等显得极为重要。
近年来，随着光纤光栅制作技术及波长解调技术的不断发展和日趋成熟，光纤光栅制作成本大幅下降，解调精度和可靠性得到大幅提高，检测数据能够更精确地反映被测信号的实际变化情况，光纤光栅正逐步走向实用化。土木工程中，诸如桥梁、隧道、高层建筑、大坝、高陡边坡等大型结构，通过将光纤光栅传感器安装在结构表面或预先埋入结构内部，实时获取工程结构的振动、载荷、应力、温度等状态信息，对其进行实时在线健康监测。
多个数据的监测需要设置多个传感器，并且缺少对水压力和土压力的分级预警，存在传感器设置成本较高、监测预警信息不精确等问题。
发明内容
本发明提供一种水土压力监测预警装置，以实现一个监测装置同时监测土压力和水压力，并处理得到分级预警数据，进行分级预警显示的效果。
第一方面，本发明实施例提供了一种水土压力监测预警装置，包括水土压力监测传感器和终端显示器；
所述水土压力监测传感器包括土压力传感腔体、水压力传感腔体和信号采集处理系统；
所述土压力传感腔体设置于所述水压力传感腔体的两侧并与待测建筑物相接，用于监测所述待测建筑物的土压力，并将土压力监测数据传输至所述信号采集处理系统；
所述水压力传感腔体通过透水石与所述待测建筑物相接，用于监测所述待测建筑物的水压力，并将水压力监测数据传输至所述信号采集处理系统；
所述信号采集处理系统用于根据接收到的所述土压力监测数据和所述水压力监测数据与预设值的关系得到分级预警数据，并传输至所述终端显示器；
所述终端显示器用于根据所述分级预警数据显示不同颜色进行分级预警警示。
可选的，所述土压力传感腔体包括第一土压力传感腔体和第二土压力传感腔体；
所述第一土压力传感腔体的第一侧与所述水压力腔体的第一侧相接，所述第一土压力传感腔体的第二侧与所述待测建筑物相接，所述第一土压力传感腔体内设置OFDR传感器对所述待测建筑物的土压力进行监测；
所述第二土压力传感腔体的第一侧与所述水压力腔体的第二侧相接，所述第二土压力传感腔体的第二侧与所述待测建筑物相接，所述第二土压力传感腔体内设置Flex传感器对所述待测建筑物的土压力进行监测。
可选的，所述第一土压力传感腔体内还包括：承压板、铰支座、连接体、导向轨、固定滑轨和可滑动滑轨；
所述承压板与所述待测建筑物相接，用于接收所述待测建筑物的土压力以及保护所述第一土压力传感腔体；
所述铰支座与所述承压板固定连接，用于将监测到的土压力传输至所述连接体；
所述连接体的一端与所述铰支座铰接，所述连接体的另一端与所述固定滑轨及所述可滑动滑轨连接，用于将监测到的土压力传导至所述可滑动滑轨；
所述导向轨的两端均固定连接，一端与所述固定滑轨固定连接，另一端穿过所述可滑动滑轨，用于所述可滑动滑轨在土压力的作用下沿所述导向轨滑动；
所述OFDR传感器的两端分别与所述固定滑轨和所述可滑动滑轨刚接，用于接收所述可滑动滑轨传导的土压力。
可选的，所述承压板受到水平土压力时，通过所述铰支座和所述连接体传导至所述可滑动滑轨上，所述可滑动滑轨沿所述导向轨滑动，使得所述OFDR传感器接收到所述水平土压力；
在所述水平土压力的作用下，所述OFDR传感器中的光纤的横截面积变小，折射率随着应变的增加而变化，当折射率达到预设折射率时，所述水平土压力达到预设土压力二级预警峰值，产生二级预警数据。
可选的，所述第二土压力传感腔体内还包括：承压板、铰支座、连接体、导向轨、固定铰接球和可滑动铰接球；
所述承压板与所述待测建筑物相接，用于接收所述待测建筑物的土压力以及保护所述第二土压力传感腔体；
所述铰支座与所述承压板固定连接，用于将监测到的土压力传输至所述连接体；
所述连接体分别与所述铰支座、所述固定铰接球和所述可滑动铰接球铰接，用于根据监测到的土压力产生形变；
所述导向轨的两端均固定连接，一端与所述固定铰接球固定连接，另一端穿过所述可滑动铰接球，用于所述可滑动铰接球在土压力的作用下沿所述导向轨滑动；
所述连接体为PLA管，所述Flex传感器设置于所述连接体内部预留孔和所述铰支座中，用于接收所述连接体传导的土压力。
可选的，所述承压板受到水平土压力时，通过所述铰支座传导至所述连接体，所述可滑动滑轨沿所述导向轨滑动，所述连接体产生形变，使得所述Flex传感器接收到所述水平土压力；
在所述水平土压力的作用下，所述Flex传感器的夹角随着所述连接体的形变而变化，当所述Flex传感器的夹角度数达到预设度数时，所述水平土压力达到预设土压力一级预警峰值，产生一级预警数据。
可选的，所述水压力传感腔体包括第一水压力传感腔体和第二水压力传感腔体；
所述第一水压力传感腔体的第一侧与第一土压力腔体的第二侧相接，所述第二水压力传感腔体的第二侧与第二土压力腔体的第一侧相接；
所述第一水压力传感腔体和所述第二水压力传感腔体内设置FBG传感器对所述待测建筑物的水压力进行监测。
可选的，所述第一水压力传感腔体和所述第二水压力传感腔体均分为上腔体和下腔体；
所述上腔体上端与透水石连接，所述待测建筑物中的水通过所述透水石进入所述上腔体，所述上腔体用于将所述待测建筑物中的水压力传导至下腔体；
所述下腔体包括：活塞、空心管、传力杆、上铰接球、下铰接球、第一铰接球、第二铰接球、传感器承台和连接体；
所述空心管连接所述上腔体和所述下腔体，所述活塞和所述传力杆设置于所述空心管中，所述活塞通过所述传力杆与所述上铰接球连接，并可以在所述空心管中自由滑动，所述活塞用于将监测到的水压力传导至所述上铰接球；
所述上铰接球与所述第一铰接球和所述第二铰接球通过所述连接体相连，用于将监测到的水压力传导至所述第一铰接球和所述第二铰接球；
所述第一铰接球和所述第二铰接球通过所述连接体与所述下铰接球相连，所述第一铰接球和所述第二铰接球分别连接所述FBG传感器的两端，用于将接收到的水压力传导至所述FBG传感器；
所述下铰接球固定在所述传感器承台上，所述传感器承台用于支撑下铰接球、所述FBG传感器和所述传力杆。
可选的，还包括蓝牙发射器，用于将所述信号采集处理系统产生的分级预警数据发射至所述终端显示屏。
可选的，所述终端显示屏包括四种颜色的显示灯，用于对所述分级预警数据分别进行显示。
本发明通过包含土压力传感腔体和水压力传感腔体的水土压力监测预警装置对待测建筑物进行土压力和水压力监测，并将水压力监测数据传输至信号采集处理系统，得到分级预警数据，并传输至终端显示器进行分级显示，解决土压力和水压力监测需要多个监测装置以及无法准确分级预警的问题，实现一个监测装置同时监测土压力和水压力，并处理得到分级预警数据，进行分级预警显示的效果。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种水土压力监测预警装置的结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的一种水土压力监测预警装置的结构示意图；
图3为本发明实施例二提供的第二土压力传感腔体内Flex传感器的结构示意图；
图4为本发明实施例二提供的水压力腔体的下腔体的结构示意图；
图5为本发明实施例二提供的一种水土压力监测预警装置的终端显示器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种水土压力监测预警装置的结构示意图，本实施例可适用于对土压力和水压力同时监测的情况，如图1所示，一种水土压力监测预警装置1，包括水土压力监测传感器10和终端显示器20；
所述水土压力监测传感器10包括土压力传感腔体100、水压力传感腔体200和信号采集处理系统300；
所述土压力传感腔体100设置于所述水压力传感腔体200的两侧并与待测建筑物相接，用于监测所述待测建筑物的土压力，并将土压力监测数据传输至所述信号采集处理系统300；
所述水压力传感腔体200通过透水石400与所述待测建筑物相接，用于监测所述待测建筑物的水压力，并将水压力监测数据传输至所述信号采集处理系统300；
所述信号采集处理系统300用于根据接收到的所述土压力监测数据和所述水压力监测数据与预设值的关系得到分级预警数据，并传输至所述终端显示器20；
所述终端显示器20用于根据所述分级预警数据显示不同颜色进行分级预警警示。
水土压力监测预警装置1的水土压力监测传感器10埋入待测建筑物中或设置于待测建筑物的表面，示例性的，待测建筑物包括：桥梁、隧道、高层建筑、大坝、高陡边坡等大型结构；水土压力监测传感器10包括2个土压力传感腔体100和1个水压力传感腔体200，2个土压力传感腔体100分别设置于水压力传感腔体200两侧，并和待测建筑物相接用于监测所述待测建筑物的土压力，水压力传感腔体200通过透水石400与所述待测建筑物相接，示例性的，待测建筑物为大坝时，透水石400朝向大坝外侧即与水库或河流的接触侧面，水压力传感腔体200用于监测所述待测建筑物的水压力；水土压力监测传感器10实时获取待测建筑物水压力和土压力的状态信息，对待测建筑物进行实时在线监测，信号采集处理系统300接收土压力监测数据和水压力监测数据，并根据监测数据与预设值的关系得到分级预警数据，在终端显示器上进行分级预警显示，确保建筑物的安全可靠。
本发明通过包含土压力传感腔体和水压力传感腔体的水土压力监测预警装置对待测建筑物进行土压力和水压力监测，并将水压力监测数据传输至信号采集处理系统，得到分级预警数据，并传输至终端显示器进行分级显示，解决土压力和水压力监测需要多个监测装置以及无法准确分级预警的问题，实现一个监测装置同时监测土压力和水压力，并处理得到分级预警数据，进行分级预警显示的效果。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的一种水土压力监测预警装置的结构示意图，图3为本发明实施例二提供的第二土压力传感腔体内Flex传感器的结构示意图，图4为本发明实施例二提供的水压力腔体的下腔体的结构示意图，图5为本发明实施例二提供的一种水土压力监测预警装置的终端显示器的结构示意图。
在上述实施例的基础上，如图2所示，可选的，所述土压力传感腔体100包括第一土压力传感腔体110和第二土压力传感腔体120；
所述第一土压力传感腔体110的第一侧与所述水压力腔体200的第一侧相接，所述第一土压力传感腔体110的第二侧与所述待测建筑物相接，所述第一土压力传感腔体110内设置OFDR传感器111对所述待测建筑物的土压力进行监测；
所述第二土压力传感腔体120的第一侧与所述水压力腔体200的第二侧相接，所述第二土压力传感腔体120的第二侧与所述待测建筑物相接，所述第二土压力传感腔体120内设置Flex传感器121对所述待测建筑物的土压力进行监测。
第一土压力传感腔体110和第二土压力传感腔体120中任意一个设置于水压力腔体200的左侧，另一个设置于水压力腔体200的右侧；本实施例以第一土压力传感腔体110设置于水压力腔体200的左侧为例进行说明，第二土压力传感腔体120设置于水压力腔体200的右侧。第一土压力传感腔体110内的OFDR传感器111为光纤光栅传感器，根据光纤折射率变化得到OFDR传感器111的所受拉力即水平土压力，第二土压力传感腔体120内的Flex传感器121为弯曲度传感器，根据检测到的弯曲度引起的电阻变化得到Flex传感器121所受外力。信号采集处理系统300包含多个采集口，分别与OFDR传感器111和Flex传感器121连接，对监测到的土压力进行收集和处理，得到相应的预警信号。
可选的，继续参考图2，所述第一土压力传感腔体110内还包括：承压板112、铰支座113、连接体114、导向轨115、固定滑轨116和可滑动滑轨117；
所述承压板112与所述待测建筑物相接，用于接收所述待测建筑物的土压力以及保护所述第一土压力传感腔体；
所述铰支座113与所述承压板112固定连接，用于将监测到的土压力传输至所述连接体；
所述连接体的一端与所述铰支座113铰接，所述连接体的另一端与所述固定滑轨116及所述可滑动滑轨117连接，用于将监测到的土压力传导至所述可滑动滑轨117；
所述导向轨115的两端均固定连接，一端与所述固定滑轨116固定连接，另一端穿过所述可滑动滑轨117，用于所述可滑动滑轨117在土压力的作用下沿所述导向轨115滑动；
所述OFDR传感器111的两端分别与所述固定滑轨116和所述可滑动滑轨117刚接，用于接收所述可滑动滑轨117传导的土压力。
可选的，所述承压板112受到水平土压力时，通过所述铰支座113和所述连接体传导至所述可滑动滑轨117上，所述可滑动滑轨117沿所述导向轨115滑动，使得所述OFDR传感器111接收到所述水平土压力；
在所述水平土压力的作用下，所述OFDR传感器111中的光纤的横截面积变小，折射率随着应变的增加而变化，当折射率达到预设折射率时，所述水平土压力达到预设土压力二级预警峰值，产生二级预警数据。
在第一土压力传感腔体110的承压板112受到待测建筑物的水平土压力时，铰支座113将监测到的水平土压力传输至连接体114，连接体114包括2根连接杆，第一连接杆1141一端与铰支座113铰接，另一端与固定滑轨116连接，第二连接杆1142一端与铰支座113铰接，另一端与可滑动滑轨117连接，导向轨115与固定滑轨116和可滑动滑轨117固定连接；在水平土压力的作用下，第二连接杆1142在可滑动滑轨117上滑动，方向沿导向轨115的设置方向；OFDR传感器111的设置方向与导向轨115的设置方向相同，两端与固定滑轨116和可滑动滑轨117固定连接，连接体114滑动导致OFDR传感器111中的光纤的横截面积变小，折射率随着应变的增加而变化，根据折射率的变化可计算得出水平土压力。
其中，OFDR传感器111中的光纤的折射率随着应变而变化，从而得到水平土压力的具体内容包括：
OFDR传感器中光纤胡克定律如公式(1)所示：
Figure BDA0003047247510000101
其中，σx,σy和σz为施加在光纤上的正应力，εx,εy和εz为应力产生的正应变，Y是材料的杨氏模量，v为泊松比。受到水平土压力时，力通过铰支座传输到连接体上，使得下端滑轨向下滑动，从而使得OFDR传感器受拉。其中σx＝σy＝0，
Figure BDA0003047247510000111
F为轴向力，A为光纤的横截面积。
由公式(1)可以推出公式(2)：
Figure BDA0003047247510000112
光纤被拉伸横截面积变小，弹性模量Y＝6.5×1010N/m2，v＝0.17。折射率会随着应变的增加而变化，光纤折射率变化量如公式(3)所示：
Figure BDA0003047247510000113
其中，Δnx,Δny为有效折射率变化量，p11和p12弹光系数。
将公式(2)代入公式(3)中可得公式(4)，如下所示：
Figure BDA0003047247510000114
通过公式(4)式可以得到公式(5)，如下所示：
Figure BDA0003047247510000115
其中γ为有效弹光系数γ＝-n2[(1-v)p12-vp11]/2其中p11＝0.113,p12＝0.252，neff为光纤的有效折射率。
对于石英材料来说neff＝0.456，γ＝-0.22，所以应变可表示为如公式(6)所示：
εz＝2.072L/n (6)
其中L为光纤长度，n为光纤折射率变化量。所以OFDR传感器所受拉力如公式(7)所示：
T＝Eεz＝2.072LE/n (7)
通过实验不断改变连接体之间角度，得到当连接体角度为α时为土压力二级预警峰值，峰值如公式(8)所示：
Figure BDA0003047247510000121
其中，N2为二级土压力预警峰值，f为滑轨摩擦力，E为弹性模量。
当折射率达到预设折射率时，第一土压力传感腔体110监测到的土压力达到预设土压力二级预警峰值，产生二级预警数据。
可选的，继续参考图2，所述第二土压力传感腔体120内还包括：承压板122、铰支座123、连接体124、导向轨125、固定铰接球126和可滑动铰接球127；
所述承压板122与所述待测建筑物相接，用于接收所述待测建筑物的土压力以及保护所述第二土压力传感腔体；
所述铰支座123与所述承压板122固定连接，用于将监测到的土压力传输至所述连接体；
所述连接体分别与所述铰支座123、所述固定铰接球126和所述可滑动铰接球126铰接，用于根据监测到的土压力产生形变；
所述导向轨125的两端均固定连接，一端与所述固定铰接球126固定连接，另一端穿过所述可滑动铰接球127，用于所述可滑动铰接球127在土压力的作用下沿所述导向轨125滑动；
所述连接体124为2根PLA管，所述Flex传感器121设置于所述连接体124内部预留孔和所述铰支座123中，用于接收所述连接体传导的土压力。
可选的，如图3所示，所述承压板122受到水平土压力时，通过所述铰支座123传导至所述连接体124，所述可滑动铰接球127沿所述导向轨125滑动，所述连接体124产生形变，使得所述Flex传感器121接收到所述第二土压力；
在所述水平土压力的作用下，所述Flex传感器121的夹角随着所述连接体224的形变而变化，当所述Flex传感器121的夹角度数达到预设度数时，所述水平土压力达到预设土压力一级预警峰值，产生一级预警数据。
连接体124包括2根PLA管，第一PLA管1241一端与铰支座123铰接，另一端与固定铰接球126连接，第二PLA管1242一端与铰支座123铰接，另一端与可滑动铰接球127连接，导向轨125与固定铰接球126和可滑动铰接球127固定连接；在水平土压力的作用下，第二PLA管1242连接的可滑动铰接球127在导向轨125上滑动，方向沿导向轨115的设置方向。
Flex传感器对角度变化比较敏感，通过标定实验得到，当2个PLA管夹角为β时候，土压力达到一级预警峰值，土压力与角度关系不做详细叙述。
可选的，如图2所示，所述水压力传感腔体200包括第一水压力传感腔体210和第二水压力传感腔体220；
所述第一水压力传感腔体210的第一侧与第一土压力腔体110的第二侧相接，所述第二水压力传感腔体220的第二侧与第二土压力腔体120的第一侧相接；
所述第一水压力传感腔体210和所述第二水压力传感腔体220内设置FBG传感器230对所述待测建筑物的水压力进行监测。
第一水压力传感腔体210和第二水压力传感腔体220内设置的FBG传感器230的测量范围不一样，示例性的，第一水压力传感腔体210的测量范围较小，用于根据水压力监测是否产生水压力一级预警信息，第二水压力传感腔体220用于根据水压力监测是否产生水压力二级预警信息，从而对监测到的水压力进行分级预警。第一水压力传感腔体210和第二水压力传感腔体220分别与信号采集处理系统的接口连接，对监测到的水压力进行处理生成相应的预警信息。
可选的，继续参考图2，所述第一水压力传感腔体210和所述第二水压力传感腔体220均分为上腔体240和下腔体250；
所述上腔体240上端与透水石400连接，所述待测建筑物中的水通过所述透水石400进入所述上腔体240，所述上腔体240用于将所述待测建筑物中的水压力传导至下腔体250。
如图4所示，第一水压力传感腔体210和第二水压力传感腔体220的下腔体结构相同，以其中一个为例进行说明，所述下腔体250包括：活塞251、空心管252、传力杆253、上铰接球254、下铰接球255、第一铰接球256、第二铰接球257、传感器承台258和连接体259；
所述空心管252连接所述上腔体240和所述下腔体250，所述活塞251和所述传力杆253设置于所述空心管252中，所述活塞251通过所述传力杆253与所述上铰接球254连接，并可以在所述空心管252中自由滑动，所述活塞251用于将监测到的水压力传导至所述上铰接球254；
所述上铰接球254与所述第一铰接球256和所述第二铰接球257通过所述连接体相连，用于将监测到的水压力传导至所述第一铰接球256和所述第二铰接球257；
所述第一铰接球256和所述第二铰接球257通过所述连接体与所述下铰接球255相连，所述第一铰接球256和所述第二铰接球257分别连接所述FBG传感器230的两端，用于将接收到的水压力传导至所述FBG传感器230；
所述下铰接球255固定在所述传感器承台258上，所述传感器承台258用于支撑下铰接球255、所述FBG传感器230和所述传力杆253。
连接体259包括4根连接杆，第一连接杆2591连接上铰接球254和第一铰接球256，第二连接杆2592连接第一铰接球256和下铰接球255，第三连接杆2593连接上铰接球254和第二铰接球257，第四连接杆2594连接下铰接球255和第二铰接球257，其中，第一铰接球256位于上铰接球254和下铰接球255中线的左侧，第二铰接球257位于上铰接球254和下铰接球255中线的右侧，上铰接球254、下铰接球255、第一铰接球256和第二铰接球257通过4根连接杆形成四边形。FBG传感器230的一端连接于第一铰接球256，另一端连接于第二铰接球257。
待测建筑物中的水透水石头400进入上腔体240，对左右两个下腔体250产生水压力，水压力通过传力杆253对FBG传感器230产生压力。FBG传感器的光栅中心反射波长如公式(9)所示：
λb＝2neffΛ (9)
其中，neff光纤光栅周期，Λ为光纤纤芯的有效折射率。
水压力会使得中心波长发生偏移，其表达式如公式(10)所示：
Δλb＝2(ΔneffΛ+neffΔΛ) (10)
当外界轴向应力作用于光纤光栅，会使其产生轴向应变ε，进而改变纤芯的有效折射neff，其表达式如公式(11)所示：
Figure BDA0003047247510000161
其中，p12,p11为光纤的弹光系数。
FBG传感器的光栅的轴应变会光栅周期发生变化，如公式(12)所示：
Figure BDA0003047247510000162
根据公式(9)到公式(12)可以得到公式(13)：
Δλb＝λb(1-Pe)ε＝Kε (13)
其中，
Figure BDA0003047247510000163
K为光纤光栅应变灵敏度系数，其大小与光纤材料相关，光纤材料确定时，其为常数。
通过实验，采用不同的光纤材料，改变连接体的角度，第一水压力传感腔体210达到一级预警时，水压力如公式(14)所示
Figure BDA0003047247510000164
其中E为弹性模量，f1为活塞与空心管的摩擦力，K1为实验所得常数。
同理可得第一水压力传感腔体220达到二级预警时，水压力如公式(15)所示：
Figure BDA0003047247510000165
其中E为弹性模量，f2为活塞与空心管的摩擦力，K2为实验所得常数。
可选的，水土压力监测预警装置还包括蓝牙发射器，用于将所述信号采集处理系统产生的分级预警数据发射至所述终端显示屏。
进一步的，水土压力监测预警装置还包括无线模块，用于将所述信号采集处理系统产生的分级预警数据发射至所述终端显示屏。
可选的，如图5所示，所述终端显示屏20包括四种颜色的显示灯，用于对所述分级预警数据分别进行显示。
示例性的，终端显示屏20上包括两个红色和两个黄色显示灯，第一红色显示灯对应着土压力一级峰值N1，第二红色显示灯对应着土压力二级峰值N2，第一黄色显示灯对应着水压力一级峰值P1，第二黄色显示灯对应着水压力二级峰值P2，显示灯下方设置标识，用以分辨水压力和土压力的预警信息；通过不同颜色和不同标识的显示灯对水土压力进行多级预警。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种水土压力监测预警装置，其特征在于，包括水土压力监测传感器和终端显示器；
所述水土压力监测传感器包括土压力传感腔体、水压力传感腔体和信号采集处理系统；
所述土压力传感腔体设置于所述水压力传感腔体的两侧并与待测建筑物相接，用于监测所述待测建筑物的土压力，并将土压力监测数据传输至所述信号采集处理系统；
所述水压力传感腔体通过透水石与所述待测建筑物相接，用于监测所述待测建筑物的水压力，并将水压力监测数据传输至所述信号采集处理系统；
所述信号采集处理系统用于根据接收到的所述土压力监测数据和所述水压力监测数据与预设值的关系得到分级预警数据，并传输至所述终端显示器；
所述终端显示器用于根据所述分级预警数据显示不同颜色进行分级预警警示。
2.根据权利要求1所述的一种水土压力监测预警装置，其特征在于，所述土压力传感腔体包括第一土压力传感腔体和第二土压力传感腔体；
所述第一土压力传感腔体的第一侧与所述水压力腔体的第一侧相接，所述第一土压力传感腔体的第二侧与所述待测建筑物相接，所述第一土压力传感腔体内设置OFDR传感器对所述待测建筑物的土压力进行监测；
所述第二土压力传感腔体的第一侧与所述水压力腔体的第二侧相接，所述第二土压力传感腔体的第二侧与所述待测建筑物相接，所述第二土压力传感腔体内设置Flex传感器对所述待测建筑物的土压力进行监测。
3.根据权利要求2所述的一种水土压力监测预警装置，其特征在于，所述第一土压力传感腔体内还包括：承压板、铰支座、连接体、导向轨、固定滑轨和可滑动滑轨；
所述承压板与所述待测建筑物相接，用于接收所述待测建筑物的土压力以及保护所述第一土压力传感腔体；
所述铰支座与所述承压板固定连接，用于将监测到的土压力传输至所述连接体；
所述连接体的一端与所述铰支座铰接，所述连接体的另一端与所述固定滑轨及所述可滑动滑轨连接，用于将监测到的土压力传导至所述可滑动滑轨；
所述导向轨的两端均固定连接，一端与所述固定滑轨固定连接，另一端穿过所述可滑动滑轨，用于所述可滑动滑轨在土压力的作用下沿所述导向轨滑动；
所述OFDR传感器的两端分别与所述固定滑轨和所述可滑动滑轨刚接，用于接收所述可滑动滑轨传导的土压力。
4.根据权利要求3所述的一种水土压力监测预警装置，其特征在于，所述承压板受到水平土压力时，通过所述铰支座和所述连接体传导至所述可滑动滑轨上，所述可滑动滑轨沿所述导向轨滑动，使得所述OFDR传感器接收到所述水平土压力；
在所述水平土压力的作用下，所述OFDR传感器中的光纤的横截面积变小，折射率随着应变的增加而变化，当折射率达到预设折射率时，所述水平土压力达到预设土压力二级预警峰值，产生二级预警数据。
5.根据权利要求2所述的一种水土压力监测预警装置，其特征在于，所述第二土压力传感腔体内还包括：承压板、铰支座、连接体、导向轨、固定铰接球和可滑动铰接球；
所述承压板与所述待测建筑物相接，用于接收所述待测建筑物的土压力以及保护所述第二土压力传感腔体；
所述铰支座与所述承压板固定连接，用于将监测到的土压力传输至所述连接体；
所述连接体分别与所述铰支座、所述固定铰接球和所述可滑动铰接球铰接，用于根据监测到的土压力产生形变；
所述导向轨的两端均固定连接，一端与所述固定铰接球固定连接，另一端穿过所述可滑动铰接球，用于所述可滑动铰接球在土压力的作用下沿所述导向轨滑动；
所述连接体为PLA管，所述Flex传感器设置于所述连接体内部预留孔和所述铰支座中，用于接收所述连接体传导的土压力。
6.根据权利要求5所述的一种水土压力监测预警装置，其特征在于，所述承压板受到水平土压力时，通过所述铰支座传导至所述连接体，所述可滑动滑轨沿所述导向轨滑动，所述连接体产生形变，使得所述Flex传感器接收到所述水平土压力；
在所述水平土压力的作用下，所述Flex传感器的夹角随着所述连接体的形变而变化，当所述Flex传感器的夹角度数达到预设度数时，所述水平土压力达到预设土压力一级预警峰值，产生一级预警数据。
7.根据权利要求1所述的一种水土压力监测预警装置，其特征在于，所述水压力传感腔体包括第一水压力传感腔体和第二水压力传感腔体；
所述第一水压力传感腔体的第一侧与第一土压力腔体的第二侧相接，所述第二水压力传感腔体的第二侧与第二土压力腔体的第一侧相接；
所述第一水压力传感腔体和所述第二水压力传感腔体内设置FBG传感器对所述待测建筑物的水压力进行监测。
8.根据权利要求7所述的一种水土压力监测预警装置，其特征在于，所述第一水压力传感腔体和所述第二水压力传感腔体均分为上腔体和下腔体；
所述上腔体上端与透水石连接，所述待测建筑物中的水通过所述透水石进入所述上腔体，所述上腔体用于将所述待测建筑物中的水压力传导至下腔体；
所述下腔体包括：活塞、空心管、传力杆、上铰接球、下铰接球、第一铰接球、第二铰接球、传感器承台和连接体；
所述空心管连接所述上腔体和所述下腔体，所述活塞和所述传力杆设置于所述空心管中，所述活塞通过所述传力杆与所述上铰接球连接，并可以在所述空心管中自由滑动，所述活塞用于将监测到的水压力传导至所述上铰接球；
所述上铰接球与所述第一铰接球和所述第二铰接球通过所述连接体相连，用于将监测到的水压力传导至所述第一铰接球和所述第二铰接球；
所述第一铰接球和所述第二铰接球通过所述连接体与所述下铰接球相连，所述第一铰接球和所述第二铰接球分别连接所述FBG传感器的两端，用于将接收到的水压力传导至所述FBG传感器；
所述下铰接球固定在所述传感器承台上，所述传感器承台用于支撑下铰接球、所述FBG传感器和所述传力杆。
9.根据权利要求1所述的一种水土压力监测预警装置，其特征在于，还包括蓝牙发射器，用于将所述信号采集处理系统产生的分级预警数据发射至所述终端显示屏。
10.根据权利要求9所述的一种水土压力监测预警装置，其特征在于，所述终端显示屏包括四种颜色的显示灯，用于对所述分级预警数据分别进行显示。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114034427A (zh) * 2021-10-21 2022-02-11 长沙理工大学 一种土压力多点分布测试装置
CN114563036A (zh) * 2022-01-27 2022-05-31 深圳大学 一种3d打印岩土工程多参数监测的石墨烯传感器应用系统

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10206255A (ja) * 1996-11-20 1998-08-07 Sumitomo Electric Ind Ltd 水圧センサ
JPH11316164A (ja) * 1998-04-30 1999-11-16 Oyo Corp ロードセル型２方向土圧計
US20070156019A1 (en) * 2005-12-30 2007-07-05 Larkin David Q Robotic surgery system including position sensors using fiber bragg gratings
CN201532280U (zh) * 2009-11-23 2010-07-21 北京科技大学 一种同步测量水压力和土压力的三向振弦式传感器
CN201901865U (zh) * 2010-12-17 2011-07-20 上海市电力公司 一种软土深基坑水土压力测试装置
CN104863108A (zh) * 2015-03-31 2015-08-26 河海大学 一种地连墙侧向土压力盒埋设装置
CN105258824A (zh) * 2015-11-05 2016-01-20 白云 一种盾构隧道水土压力监测棒
CN105352641A (zh) * 2015-10-21 2016-02-24 上海交通大学 可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置及其安装方法
CN106980008A (zh) * 2017-04-14 2017-07-25 桂林理工大学 一种岩溶地区土层崩解装置
CN107478374A (zh) * 2017-08-28 2017-12-15 叁陆伍科技服务（深圳）有限公司 一种基于flex弯曲传感与3d打印技术的无线测斜监测系统
CN109001421A (zh) * 2018-05-30 2018-12-14 西南交通大学 一种土压力和孔隙水压力监测装置
CN109682416A (zh) * 2018-12-19 2019-04-26 中国地质大学（武汉） 测量隧道水土压力分布及隧道变形规律的实验装置及方法
CN110992711A (zh) * 2019-12-25 2020-04-10 深圳大学 一种汽车流量监控系统及监控方法
CN211013345U (zh) * 2019-10-11 2020-07-14 中国海洋大学 一种浅海型海底沉积物压力观测装置
CN111855529A (zh) * 2020-07-30 2020-10-30 中电建南方建设投资有限公司 一种土体监测系统和方法

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10206255A (ja) * 1996-11-20 1998-08-07 Sumitomo Electric Ind Ltd 水圧センサ
JPH11316164A (ja) * 1998-04-30 1999-11-16 Oyo Corp ロードセル型２方向土圧計
US20070156019A1 (en) * 2005-12-30 2007-07-05 Larkin David Q Robotic surgery system including position sensors using fiber bragg gratings
CN201532280U (zh) * 2009-11-23 2010-07-21 北京科技大学 一种同步测量水压力和土压力的三向振弦式传感器
CN201901865U (zh) * 2010-12-17 2011-07-20 上海市电力公司 一种软土深基坑水土压力测试装置
CN104863108A (zh) * 2015-03-31 2015-08-26 河海大学 一种地连墙侧向土压力盒埋设装置
CN105352641A (zh) * 2015-10-21 2016-02-24 上海交通大学 可同时监测管片土压力和孔隙水压力的装置及其安装方法
CN105258824A (zh) * 2015-11-05 2016-01-20 白云 一种盾构隧道水土压力监测棒
CN106980008A (zh) * 2017-04-14 2017-07-25 桂林理工大学 一种岩溶地区土层崩解装置
CN107478374A (zh) * 2017-08-28 2017-12-15 叁陆伍科技服务（深圳）有限公司 一种基于flex弯曲传感与3d打印技术的无线测斜监测系统
CN109001421A (zh) * 2018-05-30 2018-12-14 西南交通大学 一种土压力和孔隙水压力监测装置
CN109682416A (zh) * 2018-12-19 2019-04-26 中国地质大学（武汉） 测量隧道水土压力分布及隧道变形规律的实验装置及方法
CN211013345U (zh) * 2019-10-11 2020-07-14 中国海洋大学 一种浅海型海底沉积物压力观测装置
CN110992711A (zh) * 2019-12-25 2020-04-10 深圳大学 一种汽车流量监控系统及监控方法
CN111855529A (zh) * 2020-07-30 2020-10-30 中电建南方建设投资有限公司 一种土体监测系统和方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114034427A (zh) * 2021-10-21 2022-02-11 长沙理工大学 一种土压力多点分布测试装置
CN114034427B (zh) * 2021-10-21 2024-03-26 长沙理工大学 一种土压力多点分布测试装置
CN114563036A (zh) * 2022-01-27 2022-05-31 深圳大学 一种3d打印岩土工程多参数监测的石墨烯传感器应用系统
CN114563036B (zh) * 2022-01-27 2023-12-05 深圳大学 一种3d打印岩土工程多参数监测的石墨烯传感器应用系统

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