CN113295301A - 一种土体应力监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土体应力监测装置，属于监测技术领域。土体应力监测装置包括壳体、第一检测组件和第二检测组件；第一检测组件设于壳体的容纳槽内，第一检测组件的触板能够与部分土体抵接，第一传感器用于检测部分土体相对于整体土体的位移；第二检测组件设于壳体的容纳腔内，当重力件与竖直方向之间的角度发生变化时，第二传感器用于检测整体土体的位移。由于部分土体相对于整体土体的位移和整体土体的位移能够表征土体内部的应力，因此本发明中第一检测组件与第二检测组件的相互配合，实现了土体应力监测装置对土体内部应力变化的精准监测，提高了土体应力监测装置的及时性，从而提高了工作人员抢修的成功率，最大程度地挽回损失。

Description

一种土体应力监测装置

技术领域

本发明涉及土体监测技术领域，尤其涉及一种土体应力监测装置。

背景技术

随着电力电网的不断铺设，输电线路经过的地貌越来越复杂多样，为了避免输电线路受到泥石流、山体滑坡、暴风雪等自然灾害的影响，从而出现线路断路的突发事故，现如今多在输电线路经过的地质灾害多发区的土体中埋设土体位移监测装置，以用于检测土体的内部结构是否发生破坏，判断土体是否无法继续承载输电线路。

但现有的土体位移监测装置多为视频监测，视频监测具有延时性，当土体能够肉眼观测到运动时，土体的内部结构已经发生了破坏，降低了工作人员抢修的成功率。

为此，亟需提供一种土体应力监测装置以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土体应力监测装置，解决了现有土体位移监测装置无法精准监测土体内部结构变化的问题，提高了工作人员抢修的成功率。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一种土体应力监测装置，包括：

壳体，能够放置于土体的内部，所述壳体内开设有容纳腔和容纳槽，所述容纳槽包括开口，所述开口设于所述壳体的侧壁上；

第一检测组件，包括触板和第一传感器，所述触板设于所述开口处，且能够与部分所述土体抵接；所述第一传感器的自由端与所述触板相连接，用于测量部分所述土体移动时，所述触板在所述容纳槽内的滑动位移；

第二检测组件，包括重力件和第二传感器，所述重力件沿竖直方向悬挂于所述容纳腔内；所述第二传感器设于所述重力件上，用于测量整体所述土体裹挟所述土体应力监测装置一起移动时，所述重力件与竖直方向之间的角度变化。

作为土体应力监测装置的一种可选方案，所述容纳槽内设有挡板，所述挡板将所述容纳槽分隔为安装槽和滑槽，所述第一传感器设于所述安装槽内，所述触板设于所述滑槽内，所述挡板上设有通孔，所述第一传感器的自由端穿过所述通孔与所述触板相连。

作为土体应力监测装置的一种可选方案，所述土体应力监测装置包括多个所述第一检测组件，多个所述第一检测组件的所述触板能够覆盖所述壳体的侧壁。

作为土体应力监测装置的一种可选方案，所述第二检测组件还包括连接件，用于连接所述重力件与所述壳体的内壁，所述连接件由不易形变的材料制成。

作为土体应力监测装置的一种可选方案，所述连接件上设有应变片，用于检测所述连接件的形变量。

作为土体应力监测装置的一种可选方案，所述土体应力监测装置还包括支撑件，所述支撑件设于所述壳体的底端，用于将所述土体应力监测装置固定于所述土体内。

作为土体应力监测装置的一种可选方案，所述支撑件包括多个支撑杆，多个所述支撑杆均与竖直方向呈夹角设置。

作为土体应力监测装置的一种可选方案，所述土体应力监测装置还包括有信号处理模块，所述第一传感器、所述第二传感器均与所述信号处理模块电连接，所述信号处理模块用于处理并分析所述第一传感器和所述第二传感器发出的信号，以得到部分所述土体的位移量与整体所述土体的位移量。

作为土体应力监测装置的一种可选方案，所述土体应力监测装置还包括：

控制器，所述控制器中存储有部分所述土体的位移量的临界值A和整体所述土体的位移量的临界值B，所述信号处理模块与所述控制器电连接，所述信号处理模块将得到的部分所述土体的位移量与整体所述土体的位移量均传输至所述控制器中，当部分所述土体的位移量超过临界值A，和/或整体所述土体的位移量超过临界值B时，所述控制器发出报警信号；

远程报警器，设于观测点处，所述远程报警器能够远程接收到所述报警信号，以实现所述土体应力监测装置的实时报警。

作为土体应力监测装置的一种可选方案，所述土体应力监测装置还包括振动件，所述振动件设于所述壳体的外侧，以使所述土体应力监测装置振动，根据所述第二检测组件是否能检测出所述土体的位移，从而判断所述土体应力监测装置在所述土体内是否松动。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的土体应力监测装置通过在壳体内设置的第一检测组件和第二检测组件，以监测土体内部的应力，从而得到土体内部的破坏程度。第一检测组件的触板能够与部分土体抵接，第一传感器用于检测部分土体相对于整体土体的位移；当整体土体裹挟土体应力监测装置一起移动时，重力件与竖直方向之间的角度发生变化，土体应力监测装置通过第二传感器检测整体土体的位移。由于部分土体相对与整体土体的位移和整体土体的位移能够表征土体内部的应力，因此第一检测组件与第二检测组件的相互配合，实现了土体应力监测装置对土体内部应力变化的精准监测，提高了土体应力监测装置的及时性，从而提高了工作人员抢修的成功率，最大程度地挽回损失。

附图说明

图1为本发明实施例中土体应力监测装置的剖视图。

附图标记：

1、壳体；2、第一检测组件；3、第二检测组件；4、支撑件；5、振动件；

11、容纳腔；12、容纳槽；121、挡板；122、安装槽；123、滑槽；

21、触板；22、第一传感器；

31、重力件；32、第二传感器；33、连接件；331、应变片；

41、支撑杆。

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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种土体应力监测装置，土体应力监测装置包括壳体1、第一检测组件2和第二检测组件3，壳体1能够放置于土体的内部，壳体1内开设有容纳腔11和容纳槽12，容纳槽12包括开口，开口设于壳体的侧壁上；第一检测组件2包括触板21和第一传感器22，触板21设于开口处，且能够与部分土体抵接，当部分土体移动时，部分土体挤压触板21，触板21在容纳槽12内能够滑动，从而将部分土体的位移转化为触板21的位移；第一传感器22的自由端与触板21相连接，用于测量部分土体移动时，触板21在容纳槽12内的滑动位移，从而检测部分土体相对于整体土体的位移；第二检测组件3包括重力件31和第二传感器32，重力件31沿竖直方向悬挂于容纳腔11内，当整体土体裹挟土体应力监测装置一起移动时，重力件31与竖直方向之间的角度因惯性能够发生变化，从而用重力件31与竖直方向之间的角度变化来表征整体土体的位移；第二传感器32设于重力件31上，用于测量整体土体裹挟土体应力监测装置一起移动时，重力件31与竖直方向之间的角度变化，从而检测整体土体的位移。

土体内部的应力发生改变时，打破了埋设于土体中的土体应力监测装置的平衡状态，土体应力监测装置的侧壁受到与之接触的土体对其的挤压力，当土体内部的应力足够大时，土体还可以裹挟土体应力监测装置一起移动。因此，部分土体相对与整体土体的位移和整体土体的位移能够表征土体内部的应力。

本实施例提供的土体应力监测装置通过在壳体1内设置的第一检测组件2和第二检测组件3，以监测土体内部的应力，从而得到土体内部的破坏程度。第一检测组件2的触板21能够与部分土体抵接，第一传感器22用于检测部分土体相对于整体土体的位移；当整体土体裹挟土体应力监测装置一起移动时，重力件31与竖直方向之间的角度发生变化，土体应力监测装置通过第二传感器32以检测整体土体的位移。由于部分土体相对与整体土体的位移和整体土体的位移能够表征土体内部的应力，因此第一检测组件2与第二检测组件3的相互配合，实现了土体应力监测装置对土体内部应力变化的精准监测，提高了土体应力监测装置的及时性，从而提高了工作人员抢修的成功率，最大程度地挽回损失。且触板21的设置避免了因第一传感器22的自由端与部分土体的接触面积较小而造成的测量误差，提高了土体应力监测装置的精准性。

具体地，第一传感器22为直线位移传感器。

进一步可选地，容纳槽12内设有挡板121，挡板121将容纳槽12分隔为安装槽122和滑槽123，第一传感器22设于安装槽122内，触板21设于滑槽123内，挡板121上设有通孔，第一传感器22的自由端穿过通孔与触板21相连，一方面实现了第一传感器22对触板21位移的测量，另一方面避免了部分土体进入土体应力监测装置内部，附着在第一传感器22上，对监测结果的精准性造成不良影响。并且挡板121的设置限制了触板21在容纳槽12内的最大位移。

进一步可选地，土体应力监测装置包括多个第一检测组件2，多个第一检测组件2的触板21能够覆盖壳体1的侧壁，使得土体应力监测装置可以检测出壳体1周围任意一方向上部分土体的位移，从而提高土体应力监测装置的监测范围和精准性。

进一步可选地，第二传感器32为倾角传感器。进一步地，在本实施例中，重力件31为圆球体。进一步可选地，第二检测组件3还包括连接件33，用于连接重力件31与壳体1的内壁，以实现重力件31悬挂于容纳腔11内，连接件33由不易形变的材料制成，减小出现在重力件31的摆动过程中，因连接件33发生形变，从而导致重力件31的角度测量存在误差的可能性，进一步提高了第二检测组件3的检测精准性。进一步可选地，连接件33上设有应变片331，用于检测连接件33的形变量，从而排除连接件33形变对第二传感器32的影响，进一步减小了第二传感器32的测量误差。

进一步可选地，土体应力监测装置还包括支撑件4，支撑件4设于壳体1的底端，用于将土体应力监测装置固定于土体内。在本实施例中，使用土体应力监测装置时，需要将土体应力监测装置埋设于土体内，土体应力监测装置的埋设深度范围为1-5m处，具体埋设深度可以根据实际工况需要进行调整。

进一步可选地，支撑件4包括多个支撑杆41，多个支撑杆41均与竖直方向呈夹角设置，以便于提高支撑件4对壳体1支撑的稳固性。进一步可选地，壳体1与支撑件4均由铝合金材料制成，由于铝合金具有密度低、强度大等优点，在同等体积下，相比于其他金属材料，铝合金制成的壳体1与支撑件4质量更低，更易受到土体的裹挟而移动，使得土体应力监测装置对整体土体的位移检测更敏感。

可选地，土体应力监测装置还包括有信号处理模块，第一传感器22、第二传感器32均与信号处理模块电连接，信号处理模块用于处理并分析第一传感器22和第二传感器32发出的信号，以得到部分土体的位移量与整体土体的位移量。

部分土体的位移量有一个临界值A，整体土体的位移量有一个临界值B，当部分土体的位移量超过临界值A，和/或整体土体的位移量超过临界值B时，说明土体的内部结构破坏严重，此时的土体无法再承载输电线路，需要工作人员及时进行抢修，以降低损失。

进一步可选地，土体应力监测装置还包括控制器和远程报警器，控制器中存储有部分土体的位移量的临界值A和整体土体的位移量的临界值B，信号处理模块与控制器电连接，信号处理模块将得到的部分土体的位移量与整体土体的位移量均传输至控制器中，分别与对应的临界值做比较，以此来判断土体内部的破坏程度，当部分土体的位移量超过临界值A，和/或整体土体的位移量超过临界值B时，说明土体无法再支撑输电线路时，控制器发出报警信号；远程报警器设于观测点处，远程报警器能够远程接收到报警信号，从而发出刺耳的报警声，以实现土体应力监测装置的实时报警，直观地提醒工作人员进行抢修。

实施例二

本实施例提供一种土体应力监测装置，与实施例一相比，本实施例提供的土体应力监测装置的基本结构与实施例一相同，不同之处在于，本实施例的土体应力监测装置中还设有振动件5。

可选地，振动件5设于壳体1的外侧，以使土体应力监测装置振动，根据第二检测组件3是否能检测出土体的位移，从而判断土体应力监测装置在土体内是否松动。具体原理如下：当土体应力监测装置与土体紧密连接时，由于振动的原因，土体的内部应力发生改变，从而产生位移，进而反作用于土体应力监测装置，以使第二检测组件3发生位移。因此，若检测到第二检测组件3发生位移，则说明土体应力监测装置与土体是紧密连接的，土体能够裹挟土体应力监测装置一起移动；若未检测到第二检测组件3发生位移，说明土体应力监测装置与土体之间发生松动，不能裹挟土体应力监测装置一起移动，此时需要工作人员及时对该土体应力检测装置进行重新埋设。

进一步地，本实施例的振动件5的振动频率应适中，不宜过大或过小，具体振动频率设定条件如下：在土体应力监测装置与土体紧密连接的情况下，该频率应能够引起土体裹挟土体应力监测装置一起移动，但不会引起土体应力监测装置在土体内部松动。这是因为，当振动频率适中时，土体能够裹挟土体应力监测装置一起移动，从而使得第一检测组件2和第二检测组件3均能检测出土体的位移，以判断土体是否松动；当振动频率偏大时，会由于振动的原因导致土体应力监测装置在土体内松动，虽然土体应力监测装置周围的土体可能会与第一检测组件2接触并推动触板21移动，但松动的土体并不能裹挟土体应力监测装置一起移动，因此第二检测组件3不能检测出土体的位移；当振动频率偏小时，土体不会发生移动，因而也不会裹挟土体应力监测装置移动，此时第二检测组件3无法检测出土体的位移。因此，适当的频率设置一方面使得土体应力装置在土体内是否松动的测试顺利进行，一方面避免测试本身导致土体应力装置在土体内松动，造成无效测试的后果。具体而言，上述振动频率的具体范围可根据实际的埋设场景进行计算。

综上，在土体应力监测装置按照一定的频率进行振动后，第二检测组件3是否能检测出土体的位移可以作为判断土体应力监测装置在土体内是否松动的标准。

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)

1.一种土体应力监测装置，其特征在于，包括：

壳体(1)，能够放置于土体的内部，所述壳体(1)内开设有容纳腔(11)和容纳槽(12)，所述容纳槽(12)包括开口，所述开口设于所述壳体(1)的侧壁上；

第一检测组件(2)，包括触板(21)和第一传感器(22)，所述触板(21)设于所述开口处，且能够与部分所述土体抵接；所述第一传感器(22)的自由端与所述触板(21)相连接，用于测量部分所述土体移动时，所述触板(21)在所述容纳槽(12)内的滑动位移；

第二检测组件(3)，包括重力件(31)和第二传感器(32)，所述重力件(31)沿竖直方向悬挂于所述容纳腔(11)内；所述第二传感器(32)设于所述重力件(31)上，用于测量整体所述土体裹挟所述土体应力监测装置一起移动时，所述重力件(31)与竖直方向之间的角度变化。

2.根据权利要求1所述的土体应力监测装置，其特征在于，所述容纳槽(12)内设有挡板(121)，所述挡板(121)将所述容纳槽(12)分隔为安装槽(122)和滑槽(123)，所述第一传感器(22)设于所述安装槽(122)内，所述触板(21)设于所述滑槽(123)内，所述挡板(121)上设有通孔，所述第一传感器(22)的自由端穿过所述通孔与所述触板(21)相连。

3.根据权利要求1所述的土体应力监测装置，其特征在于，所述土体应力监测装置包括多个所述第一检测组件(2)，多个所述第一检测组件的所述触板(21)能够覆盖所述壳体(1)的侧壁。

4.根据权利要求1所述的土体应力监测装置，其特征在于，所述第二检测组件(3)还包括连接件(33)，用于连接所述重力件(31)与所述壳体(1)的内壁，所述连接件(33)由不易形变的材料制成。

5.根据权利要求4所述的土体应力监测装置，其特征在于，所述连接件(33)上设有应变片(331)，用于检测所述连接件(33)的形变量。

6.根据权利要求1所述的土体应力监测装置，其特征在于，所述土体应力监测装置还包括支撑件(4)，所述支撑件(4)设于所述壳体(1)的底端，用于将所述土体应力监测装置固定于所述土体内。

7.根据权利要求6所述的土体应力监测装置，其特征在于，所述支撑件(4)包括多个支撑杆(41)，多个所述支撑杆(41)均与竖直方向呈夹角设置。

8.根据权利要求1所述的土体应力监测装置，其特征在于，所述土体应力监测装置还包括信号处理模块，所述第一传感器(22)、所述第二传感器(32)均与所述信号处理模块电连接，所述信号处理模块用于处理并分析所述第一传感器(22)和所述第二传感器(32)发出的信号，以得到部分所述土体的位移量与整体所述土体的位移量。

9.根据权利要求8所述的土体应力监测装置，其特征在于，所述土体应力监测装置还包括：

控制器，所述控制器中存储有部分所述土体的位移量的临界值A和整体所述土体的位移量的临界值B，所述信号处理模块与所述控制器电连接，所述信号处理模块将得到的部分所述土体的位移量与整体所述土体的位移量均传输至所述控制器中，当部分所述土体的位移量超过临界值A，和/或整体所述土体的位移量超过临界值B时，所述控制器发出报警信号；

远程报警器，设于观测点处，所述远程报警器能够远程接收到所述报警信号，以实现所述土体应力监测装置的实时报警。

10.根据权利要求1所述的土体应力监测装置，其特征在于，所述土体应力监测装置还包括振动件(5)，所述振动件(5)设于所述壳体(1)的外侧，以使所述土体应力监测装置振动，根据所述第二检测组件(3)是否能检测出所述土体的位移，从而判断所述土体应力监测装置在所述土体内是否松动。

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