CN113432577B - 滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构与监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构与监测方法，电子元器件全部焊接于PCB电路板的正面上，多个测量单元模块在开窗排线的延伸方向上间隔设置，开窗排线依次与多个测量单元模块的PCB电路板反面电连接形成测量单元簇，测量单元簇与强化钢丝绳平行排列，经过硅胶挤出加工工艺封装成型形成硅胶封装层，测量单元簇、强化钢丝绳封装于硅胶封装层内形成柔性传感条带，柔性传感条带可绕卷成传感条带卷盘。本发明提出的技术方案的有益效果是：加强各测量单元模块之间连接的整体性，提高连接强度，从而提高柔性测斜装置的可靠性。柔性传感条带可绕卷成传感条带卷盘，便于携带运送，可随同滑坡体产生耦合变形，能够满足较大的变形监测要求。
Description
技术领域
本发明涉及地质灾害监测与防治技术领域，尤其涉及一种滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构与监测方法。
背景技术
滑坡地质灾害分布范围广、危害性严重、持续时间长，在全球范围内严重影响区域城镇化建设、铁路交通干线、水资源利用，因而是自然灾害中较为人类关注的一种。随着监测技术的发展，多技术类别结合的专业地质灾害风险调查、隐患排查、早期识别已经成为科学主动防范滑坡地质灾害损失的重要途径。其中，变形监测是滑坡地质灾害识别预警、决策管理中最直接、有效的途径。
滑坡变形监测手段包括水准仪、GPS观测站、裂缝计、TDR技术、纤光栅传感技术的测斜仪器、拉线式位移计等，随着时间在高精度、自动化、可靠性等方面不断发展。然而，由于滑坡变形存在大变形、多演化阶段、持续时间长等特点，上述监测手段囿于自身技术往往存在应用的局限性，难以反映滑坡变形的完整周期的演化特征与变形规律。近些年，针对此，诸如加拿大Shape Accel Array(SAA)等基于微电子技术的变形传感器序列，三段连续轴、微电子机械系统加速度计组成的柔性测斜技术被提出。国内也有包括专利CN104833328A、CN108917695A、CN105783823A在内的相关技术。该类技术多通过柔性连接件点连接各个测量节点，虽可以自适应变形避免破坏，但存在连接性差、难以抵抗拉力作用从而可靠性差的缺点。因而，针对柔性测斜装置的监测环境与受力特点，提出一种可以通过强化测量节点之间连接强度来提高其可靠度的封装工艺具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构与监测方法。
本发明的实施例提供一种滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构，包括多个测量单元模块、开窗排线、强化钢丝绳和硅胶封装层；
所述测量单元模块包括PCB电路板和电子元器件，所述电子元器件全部焊接于所述PCB电路板的正面上，多个所述测量单元模块在所述开窗排线的延伸方向上间隔设置，所述开窗排线依次与多个所述测量单元模块的PCB电路板反面电连接形成测量单元簇，所述测量单元簇与所述强化钢丝绳平行排列，经过硅胶挤出加工工艺封装成型形成硅胶封装层，所述测量单元簇、强化钢丝绳封装于硅胶封装层内形成柔性传感条带，所述柔性传感条带可绕卷成传感条带卷盘。
进一步地，所述测量单元模块还包括多对接口焊盘；
每对所述接口焊盘对称地布置于所述PCB电路板的正反面，所述PCB电路板与每对所述接口焊盘相对应的位置贯穿有通孔，每对所述接口焊盘电性一致，所述开窗排线与所述接口焊盘电连接。
进一步地，所述开窗排线包括线芯和包裹在线芯上的封装皮，所述开窗排线与所述接口焊盘对应的位置的封装皮被刮除使线芯裸露，裸露的线芯与所述接口焊盘电连接。
进一步地，所述开窗排线的开窗位置裸露的线芯做镀锡处理。
进一步地，裸露的所述线芯与所述接口焊盘之间通过热熔焊锡焊接。
进一步地，还包括U形导电卡扣，所述U形导电卡扣具有U形连接部和两个卡接部，两个所述卡接部分别向外侧弯折形成弯折部，所述弯折部从所述通孔穿过与位于所述PCB电路板正面的所述接口焊盘卡扣连接，裸露的所述线芯位于所述U形连接部内侧。
进一步地，所述强化钢丝绳与所述开窗排线的延伸方向相同，位于所述PCB电路板反面一侧。
进一步地，所述强化钢丝绳设有两条，分别位于所述开窗排线两侧。
进一步地，所述电子元器件包括微机电系统、九轴传感器、微处理器、CAN总线驱动器、电源管理芯片。
本发明的实施例还提供一种监测方法，基于如上所述的滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构，包括以下步骤：
S1将柔性传感条带绕卷成传感条带卷盘，携带至监测现场；
S2展开传感条带卷盘，将柔性传感条带依附于卡位钢带嵌入监测孔中测斜管的卡槽内，固定埋设于滑坡体内部，随同滑坡体产生耦合变形；
S3利用太阳能电源与柔性传感条带电连接为其供电，利用控制器与柔性传感条带电连接，读取柔性传感条带测得的各个测量单元数据，即可实现滑坡体深部变形的实时自动化监测。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：多个测量单元模块和开窗排线电连接形成测量单元簇，测量单元簇与强化钢丝绳一同经过硅胶挤出加工工艺封装成型形成柔性传感条带，加强了各测量单元模块之间连接的整体性，提高了连接强度，从而提高了柔性测斜装置的可靠性。所述柔性传感条带具有较好的柔韧性，可绕卷成传感条带卷盘，便于携带运送。柔性传感条带应用于野外滑坡深部大位移监测时，埋设于滑坡体内部，其对滑坡体的滑动变形具有良好的耦合协调性，可随同滑坡体产生耦合变形，能够满足较大的变形监测要求。
附图说明
图1是本发明提供的滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构现场安装示意图；
图2是本发明提供的滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构中测量单元模块一实施例的结构示意图；
图3是本发明提供的滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构中开窗排线一实施例的结构示意图；
图4是图2中测量单元模块和图3中开窗排线连接成测量单元簇的正面图；
图5是测量单元簇的反面图；
图6是柔性传感条带正面图；
图7是柔性传感条带反面图；
图8是柔性传感条带剖面图；
图9是图8中柔性传感条带的局部放大图；
图10是柔性传感条带绕卷成传感条带卷盘的结构示意图；
图11是滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构随同滑坡体产生耦合变形示意图；
图12是本发明提供的监测方法一实施例的流程示意图。
图中：测量单元模块1、PCB电路板1-1、电子元器件1-2、接口焊盘1-3、通孔1-4、开窗排线2、线芯2-1、封装皮2-2、接线窗口2-3、镀锡2-4、U形导电卡扣3、U形连接部3-1、卡接部3-2、弯折部3-3、柔性传感条带4、硅胶封装层4-1、强化钢丝绳4-2、现场配套设施5、监测孔5-1、测斜管5-2、滑坡体5-3、控制器5-4、太阳能电源5-5。
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。
请参见图1至图11，本发明的实施例提供一种滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构，包括多个测量单元模块1、开窗排线2、强化钢丝绳4-2和硅胶封装层4-1。
所述测量单元模块1包括PCB电路板1-1和电子元器件1-2，所述电子元器件1-2包括微机电系统(MEMS)九轴传感器、微处理器、CAN总线驱动器、电源管理芯片等，可同步测量三轴加速度、三轴角速度和三轴角度。所述电子元器件1-2全部焊接于所述PCB电路板1-1的正面上，多个所述测量单元模块1在所述开窗排线2的延伸方向上间隔设置，测量单元模块1的具体数量依据监测跨度和间距定制，所述开窗排线2依次与多个所述测量单元模块1的PCB电路板1-1反面电连接形成测量单元簇，所述测量单元簇与所述强化钢丝绳4-2平行排列，经过硅胶挤出加工工艺封装成型形成硅胶封装层4-1，所述测量单元簇、强化钢丝绳4-2封装于硅胶封装层4-1内形成柔性传感条带4，所述柔性传感条带4可绕卷成传感条带卷盘(请参见图10)，具有较好的柔韧性，实现便捷携带或运送。
强化钢丝绳4-2与所述开窗排线2的延伸方向相同，位于所述PCB电路板1-1反面一侧，所述强化钢丝绳4-2与测量单元簇(请参见图4和图5)一同经过硅胶挤出加工工艺封装成型，可增强成品柔性传感条带4的整体抗拉强度，本实施例中，所述强化钢丝绳4-2设有两条，分别位于所述开窗排线2两侧。通过模具引导成图7截面所示排布状态，经由硅胶挤出机挤压硅胶均匀包裹测量单元簇和强化钢丝绳4-2，形成柔性传感条带4的雏形，后续通过长距水平传送烘箱烘烤固化定型。特别地，测量单元簇经过硅胶挤出加工工艺封装后实现整体密封，其防护等级达到IP68。
为了便于开窗排线2和PCB电路板1-1的连接，所述测量单元模块1还包括多对接口焊盘1-3和U形导电卡扣3。每对所述接口焊盘1-3对称地布置于所述PCB电路板1-1的正反面，所述PCB电路板1-1与每对所述接口焊盘1-3相对应的位置贯穿有通孔1-4，每对所述接口焊盘1-3电性一致且严格居中，所述开窗排线2与所述接口焊盘1-3电连接。PCB电路板1-1两端均设有多对接口焊盘1-3，PCB电路板1-1两端的接口焊盘1-3对称设置。
开窗排线2的长度依据最终柔性传感条带4的长度整体定制，所述开窗排线2包括线芯2-1和包裹在线芯2-1上的封装皮2-2，所述开窗排线2与所述接口焊盘1-3对应的位置的封装皮2-2被刮除使线芯2-1裸露，裸露的线芯2-1与接口焊盘1-3电连接，所述开窗排线2的开窗位置裸露出的线芯2-1做镀锡2-4处理，裸露的所述线芯2-1与所述接口焊盘1-3之间通过热熔焊锡焊接，避免多段拼接，保证电性通道为一个整体。
所述U形导电卡扣3具有U形连接部3-1和两个卡接部3-2，两个所述卡接部3-2分别向外侧弯折形成弯折部3-3，所述弯折部3-3从所述通孔1-4穿过与位于所述PCB电路板1-1正面的所述接口焊盘1-3卡扣连接，裸露的所述线芯2-1位于所述U形连接部3-1内侧。开窗排线2的开窗位置(裸露的线芯2-1)对应测量单元模块1的接口焊盘1-3位置，采用U形导电卡扣3分别将暴露的线芯2-1套扣于对应接口焊盘1-3的通孔1-4处，U形导电卡扣3可保证开窗排线2和PCB电路板1-1之间的相对位置，热熔焊锡将线芯2-1与接口焊盘1-3焊接牢固。
请参见图12，基于上述滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构，本发明实施例提供一种监测方法，包括以下步骤：
S1将柔性传感条带4绕卷成传感条带卷盘，携带至监测现场；
S2展开传感条带卷盘，将柔性传感条带4依附于卡位钢带嵌入监测孔5-1中测斜管5-2的卡槽内，固定埋设于滑坡体5-3内部，随同滑坡体5-3产生耦合变形，能够满足较大的变形监测要求；
S3利用现场配套设施5中的太阳能电源5-5与柔性传感条带4电连接为其供电，利用控制器5-4与柔性传感条带4电连接，读取柔性传感条带4测得的各个测量单元数据，即可实现滑坡体5-3深部变形的实时自动化监测。
本发明提供的技术方案，多个测量单元模块1和开窗排线2电连接形成测量单元簇，测量单元簇与强化钢丝绳4-2一同经过硅胶挤出加工工艺封装成型形成柔性传感条带4，加强了各测量单元模块1之间连接的整体性，提高了连接强度，从而提高了柔性测斜装置的可靠性。所述柔性传感条带4具有较好的柔韧性，可绕卷成传感条带卷盘，便于携带运送。柔性传感条带4应用于野外滑坡深部大位移监测时，埋设于滑坡体5-3内部，其对滑坡体5-3的滑动变形具有良好的耦合协调性，可随同滑坡体5-3产生耦合变形，能够满足较大的变形监测要求。
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 (9)
1.一种滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构，其特征在于，包括多个测量单元模块、开窗排线、强化钢丝绳和硅胶封装层；
所述测量单元模块包括PCB电路板和电子元器件，所述电子元器件全部焊接于所述PCB电路板的正面上，多个所述测量单元模块在所述开窗排线的延伸方向上间隔设置，所述开窗排线依次与多个所述测量单元模块的PCB电路板反面电连接形成测量单元簇，所述测量单元簇与所述强化钢丝绳平行排列，经过硅胶挤出加工工艺封装成型形成硅胶封装层，所述测量单元簇、强化钢丝绳封装于硅胶封装层内形成柔性传感条带，所述柔性传感条带可绕卷成传感条带卷盘；
所述测量单元模块还包括多对接口焊盘；每对所述接口焊盘对称地布置于所述PCB电路板的正反面，所述PCB电路板与每对所述接口焊盘相对应的位置贯穿有通孔，每对所述接口焊盘电性一致，所述开窗排线与所述接口焊盘电连接。
2.如权利要求1所述的滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构，其特征在于，所述开窗排线包括线芯和包裹在线芯上的封装皮，所述开窗排线与所述接口焊盘对应的位置的封装皮被刮除使线芯裸露，裸露的线芯与所述接口焊盘电连接。
3.如权利要求2所述的滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构，其特征在于，所述开窗排线的开窗位置裸露的线芯做镀锡处理。
4.如权利要求3所述的滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构，其特征在于，裸露的所述线芯与所述接口焊盘之间通过热熔焊锡焊接。
5.如权利要求2所述的滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构，其特征在于，还包括U形导电卡扣，所述U形导电卡扣具有U形连接部和两个卡接部，两个所述卡接部分别向外侧弯折形成弯折部，所述弯折部从所述通孔穿过与位于所述PCB电路板正面的所述接口焊盘卡扣连接，裸露的所述线芯位于所述U形连接部内侧。
6.如权利要求1所述的滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构，其特征在于，所述强化钢丝绳与所述开窗排线的延伸方向相同，位于所述PCB电路板反面一侧。
7.如权利要求6所述的滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构，其特征在于，所述强化钢丝绳设有两条，分别位于所述开窗排线两侧。
8.如权利要求1所述的滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构，其特征在于，所述电子元器件包括微机电系统、九轴传感器、微处理器、CAN总线驱动器、电源管理芯片。
9.一种监测方法，其特征在于，基于如权利要求1至8任一项所述的滑坡深部大变形监测柔性传感条带封装结构，包括以下步骤：
S1将柔性传感条带绕卷成传感条带卷盘，携带至监测现场；
S2展开传感条带卷盘，将柔性传感条带依附于卡位钢带嵌入监测孔中测斜管的卡槽内，固定埋设于滑坡体内部，随同滑坡体产生耦合变形；
S3利用太阳能电源与柔性传感条带电连接为其供电，利用控制器与柔性传感条带电连接，读取柔性传感条带测得的各个测量单元数据，即可实现滑坡体深部变形的实时自动化监测。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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