CN116145521B - 一种基于物联网的地面塌陷监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开以一种基于物联网的地面塌陷监测装置；第一圆筒、连接筒和第二圆筒之间连接有检测组件；第一圆筒内侧连接有供电组件；使用时，通过电气模块监测到磁环与波导线的相对位置发生改变，达到实时监测地面塌陷的功能，相对于人工检测具有实时监测的优点，相对于高精度定位系统监测具有造价低、功耗低的优点，且通过散热筒上的凹槽提高与土基层的连接稳定性，防止土层与散热筒相对滑动而影响监测结果，同时，散热筒将热量传导至温度相对较低的土基层中，对电气模块散热，散热筒上的凹槽提高与土基层的接触面积，增加换热面积，有利于提高散热效果，同时，支撑柱设置于散热筒内侧，防止塌陷的土基层将散热筒压弯变形。

Description

一种基于物联网的地面塌陷监测装置

技术领域

本发明涉及公路监测的技术领域。更具体地，本发明涉及一种基于物联网的地面塌陷监测装置。

背景技术

路面主要由土基、基层和面层组成，地面沉降或者塌陷主要是由于土基层的缺失（因为地下施工、污水管线泄露、下层沉降等原因），导致基层和面层悬空，在受到较大压力的时候就会产生沉降或者塌陷，因此监测土基层的完整情况是非常重要的。

现有的地面沉降和塌陷的监测手段有：

一、地面打洞后植入钢筋，定期检测钢筋下降情况，其主要问题是对地面破坏大（打孔直径200mm以上），需要人工定期检测，无法达到监测的实时性要求；

二、采用高精度定位系统，监测山体滑坡，地质下沉等参数，主要问题是价格昂贵，功耗大，不适合在公路上使用。

因此，需要设计一种可以在低功耗情况下连续监测地面沉降的装置，且无需人工干预，自动上传监测数据。

发明内容

本发明提供一种基于物联网的地面塌陷监测装置，其目的是克服现有设备监测地面塌陷时，需要人工定期检测，无法达到监测的实时性要求，若通过高精度定位系统监测，则存在价格昂贵，功耗大的缺点。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于物联网的地面塌陷监测装置，包括有第一圆筒、第一连接块、固定块、连接筒、第二圆筒、支撑柱、散热筒、第二滑块、检测组件和供电组件；第一圆筒外侧上部固接有第一连接块；第一连接块上侧固接有固定块；固定块由POM材料制成；第一圆筒下侧旋接有连接筒；连接筒下侧旋接有第二圆筒；第一圆筒、连接筒和第二圆筒之间连接有用于对地面塌陷进行实时监测的检测组件；第一圆筒内侧连接有用于对检测组件提供能源的供电组件；检测组件下侧连接有支撑柱；检测组件下侧连接有散热筒，并且散热筒位于支撑柱外侧；通过散热筒将检测组件工作产生的热量传导至土基层中，在土基层坍塌时，通过支撑柱对散热筒进行结构支撑；供电组件下侧连接有第二滑块；第二滑块在第一圆筒内侧滑动；供电组件维护过程中，第二滑块对流向第一圆筒的泥沙进行阻挡。

进一步地，散热筒上开设有若干个凹槽，用于增加与泥土的接触面积。

进一步地，检测组件包括有第二连接块、电气模块、波导线、第一圆管、第一滑块、第三圆筒、磁环、第一密封圈、第二密封圈和散热单元；第一圆筒下侧固接有两个第二连接块；两个第二连接块之间固接有电气模块；电气模块下侧连接有波导线；连接筒中部旋接有第一圆管，并且波导线位于第一圆管内侧；第一圆管上滑动连接有第一滑块；第一滑块外侧固接有第三圆筒；第三圆筒内侧上部固接有磁环；第二圆筒上侧固接有第一密封圈；第一密封圈与连接筒相接触；第二圆筒上侧内侧下部固接有第二密封圈；第二密封圈与第三圆筒相接触；第一圆管上连接有散热单元。

进一步地，散热单元包括有散热块、导热板和第二圆管；电气模块左侧固接有散热块；位于下方的第二连接块左侧固接有导热板；导热板与散热块接触；导热板与第一圆管固接；第三圆筒下侧固接有第二圆管；第二圆管与第一圆管滑动连接；第三圆筒下侧与支撑柱固接；第二圆管下侧与散热筒固接。

进一步地，供电组件包括有天线、第三连接块、电源单元、联动单元、接电单元和阻拦单元；电气模块右侧中部连接有天线；天线穿过第二连接块；天线上端与固定块固接；天线与第二滑块滑动连接；第一圆筒上侧右部固接有第三连接块；第三连接块与天线固接；第二滑块上侧连接有电源单元；第二滑块上侧连接有联动单元，并且联动单元位于电源单元外侧；电气模块上侧连接有接电单元；第二滑块内侧连接有阻拦单元。

进一步地，电源单元包括有第四圆筒、电池、电极、第一圆杆和拉杆；第二滑块上侧中部承接有第四圆筒；第四圆筒内侧阻尼滑动连接有电池；电池下侧固接有两个电极；第四圆筒上侧固接有第一圆杆；第一圆杆上侧固接有拉杆。

进一步地，联动单元包括有磁铁、第一铁块和第二圆杆；第二滑块上侧前部和上侧后部均固接有磁铁；第四圆筒前侧下部和后侧下部均固接有一个第一铁块；两个第一铁块分别与相邻的磁铁通过磁力吸紧；两个磁铁上侧中部均固接有一个第二圆杆；两个第二圆杆分别与相邻的第一铁块滑动连接。

进一步地，接电单元包括有第一弹簧和接电块；电气模块上侧前部和上侧后部均固接有一个第一弹簧；两个第一弹簧上侧均固接有一个接电块；两个接电块均与电气模块滑动连接；两个电极分别与相邻的接电块电连接。

进一步地，阻拦单元包括有第二弹簧、第三滑块和第二铁块；第二滑块内侧前部和内侧后部均固接有四个第二弹簧；每前后相邻两个第二弹簧之间均固接有一个第三滑块；四个第三滑块均与第二滑块滑动连接；四个第三滑块分别与相邻的电极相接触；第一圆筒上侧前部和上侧后部均固接有一个第二铁块；两个第二铁块分别与相邻的磁铁相配合。

进一步地，电极侧面为两个等腰斜面，第三滑块上侧面靠近电极的边缘开设有倒角，使电极向下运动时推动两个第三滑块进行相背运动。

有益效果：本发明采用上述技术方案，通过电气模块监测到磁环与波导线的相对位置发生改变，达到实时监测地面塌陷的功能，相对于人工检测具有实时监测的优点，相对于高精度定位系统监测具有造价低、功耗低的优点，且通过散热筒上的凹槽提高与土基层的连接稳定性，防止土层与散热筒相对滑动而影响监测结果，同时，散热筒将热量传导至温度相对较低的土基层中，对电气模块散热，散热筒上的凹槽提高与土基层的接触面积，增加换热面积，有利于提高散热效果，同时，支撑柱设置于散热筒内侧，防止塌陷的土基层将散热筒压弯变形，当发生塌陷支撑柱设置和散热筒下移时，散热筒带动第二圆管向下移动，使第一圆管与散热筒仍保持热连接，从而保持提供散热效果；

此外，通过第一圆杆和拉杆实现对位于地底下的电池进行快速更换，提高便利性，同时，第二滑块和第三滑块相配合将第一圆筒上侧封堵，从而避免了更换电池过程中地面的沙土进入第一圆筒内部干扰电连接操作的问题，同时，通过第二圆杆快速将新电池与位于地底的接电块对齐，进一步提高人工更换电池的便利性。

附图说明

附图所示内容及图中的标记简要说明如下：

图1示出了本发明基于物联网的地面塌陷监测装置的第一种结构示意图；

图2示出了本发明基于物联网的地面塌陷监测装置的第二种结构示意图；

图3示出了本发明检测组件的第一种结构示意图；

图4示出了本发明检测组件的第二种结构示意图；

图5示出了本发明图4中A处的放大图；

图6示出了本发明图4中B处的放大图；

图7示出了本发明检测组件的部分结构示意图；

图8示出了本发明供电组件的第一种部分结构示意图；

图9示出了本发明供电组件的第二种部分结构示意图；

图10示出了本发明供电组件的第三种部分结构示意图；

图11示出了本发明图10中C处的放大图。

图中标记为：

1-第一圆筒，2-第一连接块，3-固定块，4-连接筒，5-第二圆筒，201-第二连接块，202-电气模块，203-波导线，204-第一圆管，205-第一滑块，206-第三圆筒，207-磁环，208-第一密封圈，209-第二密封圈，2010-散热块，2011-导热板，2012-第二圆管，2013-支撑柱，2014-散热筒，301-天线，302-第三连接块，303-第四圆筒，304-电池，305-电极，306-第一圆杆，307-拉杆，308-第二滑块，309-磁铁，3010-第一铁块，3011-第二圆杆，3012-第一弹簧，3013-接电块，3014-第二弹簧，3015-第三滑块，3016-第二铁块。

实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施方案1

一种基于物联网的地面塌陷监测装置，如图1-7所示，包括有第一圆筒1、第一连接块2、固定块3、连接筒4、第二圆筒5、支撑柱2013、散热筒2014、第二滑块308、检测组件和供电组件；第一圆筒1外侧上部焊接有第一连接块2；第一连接块2上侧螺栓连接有固定块3；固定块3由POM材料制成；第一圆筒1下侧旋接有连接筒4；连接筒4下侧旋接有第二圆筒5；第一圆筒1、连接筒4和第二圆筒5之间连接有检测组件；第一圆筒1内侧连接有供电组件；检测组件下侧连接有支撑柱2013；检测组件下侧连接有散热筒2014，并且散热筒2014位于支撑柱2013外侧；供电组件下侧连接有第二滑块308；第二滑块308在第一圆筒1内侧滑动；散热筒2014上开设有若干个凹槽，用于增加与泥土的接触面积。

检测组件包括有第二连接块201、电气模块202、波导线203、第一圆管204、第一滑块205、第三圆筒206、磁环207、第一密封圈208、第二密封圈209和散热单元；第一圆筒1下侧螺栓连接有两个第二连接块201；两个第二连接块201之间螺栓连接有电气模块202；电气模块202下侧连接有波导线203；连接筒4中部旋接有第一圆管204，并且波导线203位于第一圆管204内侧；第一圆管204上滑动连接有第一滑块205；第一滑块205外侧焊接有第三圆筒206；第三圆筒206内侧上部固接有磁环207；第二圆筒5上侧固接有第一密封圈208；第一密封圈208与连接筒4相接触；第二圆筒5上侧内侧下部固接有第二密封圈209；第二密封圈209与第三圆筒206相接触；第一圆管204上连接有散热单元。

散热单元包括有散热块2010、导热板2011和第二圆管2012；电气模块202左侧焊接有散热块2010；位于下方的第二连接块201左侧固接有导热板2011；导热板2011与散热块2010接触；导热板2011与第一圆管204焊接；第三圆筒206下侧焊接有第二圆管2012；第二圆管2012与第一圆管204滑动连接；第三圆筒206下侧与支撑柱2013焊接；第二圆管2012下侧与散热筒2014焊接。

公路施工时，人工将支撑柱2013和散热筒2014埋入土基层中，固定块3露出于地面，当土基层出现塌陷时，土基层带动支撑柱2013和散热筒2014向下运动，支撑柱2013带动第三圆筒206向下运动，第三圆筒206带动第一滑块205向下滑动，第三圆筒206带动磁环207向下运动，使电气模块202监测到磁环207与波导线203的相对位置发生改变，然后电气模块202通过供电组件将检测信号发射至控制中心，达到实时监测地面塌陷的功能，相对于人工检测具有实时监测的优点，相对于高精度定位系统监测具有造价低、功耗低的优点，且通过散热筒2014上的凹槽提高与土基层的连接稳定性，防止土层与散热筒2014相对滑动而影响监测结果；

电气模块202运行过程中会持续产热，若不及时散热，则会出现过热现象，影响监测操作，而第一圆筒1的位置靠近地面，夏季地面温度过高，导致第一圆筒1温度较高，不利于散热，此时，电气模块202工作产生的热量集中于散热块2010，然后热量依次传导至导热板2011、第一圆管204、第二圆管2012和散热筒2014上，然后散热筒2014将热量传导至温度相对较低的土基层中，达到散热效果，同时通过散热筒2014上的凹槽提高与土基层的接触面积，即加大换热面积，从而提高散热效果，同时支撑柱2013设置于散热筒2014内侧，防止塌陷的土基层将散热筒2014压弯变形，当发生塌陷支撑柱2013和散热筒2014下移时，散热筒2014带动第二圆管2012向下移动，使第一圆管204与散热筒2014仍保持热连接，从而保持提供散热效果。

实施方案2

在实施方案1的基础上，如图1-2和图8-11所示，供电组件包括有天线301、第三连接块302、电源单元、联动单元、接电单元和阻拦单元；电气模块202右侧中部连接有天线301；天线301穿过第二连接块201；天线301上端与固定块3固接；天线301与第二滑块308滑动连接；第一圆筒1上侧右部焊接有第三连接块302；第三连接块302与天线301固接；第二滑块308上侧连接有电源单元；第二滑块308上侧连接有联动单元，并且联动单元位于电源单元外侧；电气模块202上侧连接有接电单元；第二滑块308内侧连接有阻拦单元。

电源单元包括有第四圆筒303、电池304、电极305、第一圆杆306和拉杆307；第二滑块308上侧中部承接有第四圆筒303；第四圆筒303内侧阻尼滑动连接有电池304；电池304下侧焊接有两个电极305；第四圆筒303上侧焊接有第一圆杆306；第一圆杆306上侧焊接有拉杆307。

联动单元包括有磁铁309、第一铁块3010和第二圆杆3011；第二滑块308上侧前部和上侧后部均固接有磁铁309；第四圆筒303前侧下部和后侧下部均焊接有一个第一铁块3010；两个第一铁块3010分别与相邻的磁铁309通过磁力吸紧；两个磁铁309上侧中部均固接有一个第二圆杆3011；两个第二圆杆3011分别与相邻的第一铁块3010滑动连接。

接电单元包括有第一弹簧3012和接电块3013；电气模块202上侧前部和上侧后部均焊接有一个第一弹簧3012；两个第一弹簧3012上侧均焊接有一个接电块3013；两个接电块3013均与电气模块202滑动连接；两个电极305分别与相邻的接电块3013电连接。

阻拦单元包括有第二弹簧3014、第三滑块3015和第二铁块3016；第二滑块308内侧前部和内侧后部均焊接有四个第二弹簧3014；每前后相邻两个第二弹簧3014之间均固接有一个第三滑块3015；四个第三滑块3015均与第二滑块308滑动连接；四个第三滑块3015分别与相邻的电极305相接触；第一圆筒1上侧前部和上侧后部均焊接有一个第二铁块3016；两个第二铁块3016分别与相邻的磁铁309相配合；电极305侧面为两个等腰斜面，第三滑块3015上侧面靠近电极305的边缘开设有倒角，使电极305向下运动时推动两个第三滑块3015进行相背运动。

实施方案1中电气模块202发出监测信号的具体操作为：电气模块202通过天线301将监测信号传导出地面，由于固定块3为POM材料制成，既能保证无线信号的有效传输，又能保持很好的抗压、抗冲击的机械性能；

电气模块202工作过程中，通过电池304、电极305、第一弹簧3012和接电块3013相配合，对电气模块202提供电力，当电池304的电能用尽时，人工将固定块3拆卸，然后拉动拉杆307向上运动，拉杆307带动第一圆杆306向上运动，第一圆杆306带动第四圆筒303向上运动，第四圆筒303通过摩擦力带动电池304向上运动，从而将电池304从地下取出，然后将旧的电池304从第四圆筒303中取出，再将新的电池304插入至第四圆筒303中，然后手持拉杆307，将第四圆筒303安装回原位，完成电池304更换操作，使用时通过第一圆杆306和拉杆307实现对位于地底下的电池304进行快速更换，提高便利性；

更换电池304过程中，地面的沙土受到外力会进入至第一圆筒1内部，影响新电池304上的电极305和接电块3013的连接，此时，第四圆筒303带动第一铁块3010向上运动，第一铁块3010带动磁铁309向上运动，磁铁309带动第二滑块308向上滑动，磁铁309向上运动接触第二铁块3016，磁铁309与第二铁块3016通过磁力相吸紧，第四圆筒303继续向上运动，而磁铁309被第二铁块3016阻挡无法继续向上，使第四圆筒303带动第一铁块3010脱离磁铁309，从而使第四圆筒303带动电池304远离第二滑块308，电池304带动电极305远离第二滑块308，使得第二弹簧3014回弹带动左右相邻的第三滑块3015相向运动，将第二滑块308上对应电极305的滑道封堵，此时第二滑块308通过磁铁309固定在第二铁块3016上，第二滑块308和第三滑块3015相配合将第一圆筒1上侧封堵，从而避免了更换电池304过程中地面的沙土进入第一圆筒1内部干扰电连接操作的问题；

将新电池304插入第四圆筒303中后，第四圆筒303带动两个第一铁块3010套入至相邻的第二圆杆3011外侧，从而快速对新电池304进行定位，使新电极305与第三滑块3015对齐，第四圆筒303继续向下运动，由于电极305侧面为两个等腰斜面，而第三滑块3015上侧面靠近电极305边缘开设有倒角，从而使电极305推动相邻的第三滑块3015进行相背运动，第三滑块3015对第二弹簧3014进行压缩，从而使得电极305穿过第二滑块308，然后第一铁块3010接触磁铁309上侧，使第一铁块3010推动磁铁309向下运动远离第二铁块3016，从而使第二滑块308及其上的零件跟随第四圆筒303一同向下运动，进而使得新电极305与接电块3013相接触，完成电连接操作，使用时通过第二圆杆3011快速将新电池304与位于地底的接电块3013对齐，从而提高人工更换电池304的便利性。

以上所述仅为本发明的实施例子而已，并不用于限制本发明。凡在本发明的原则之内，所作的等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明未作详细阐述的内容属于本专业领域技术人员公知的已有技术。

Claims (3)

1.一种基于物联网的地面塌陷监测装置，包括有第一圆筒（1）、第一连接块（2）、固定块（3）、连接筒（4）和第二圆筒（5）；第一圆筒（1）外侧上部固接有第一连接块（2）；第一连接块（2）上侧固接有固定块（3）；固定块（3）由POM材料制成；第一圆筒（1）下侧旋接有连接筒（4）；连接筒（4）下侧旋接有第二圆筒（5）；其特征在于，还包括有支撑柱（2013）、散热筒（2014）、第二滑块（308）、检测组件和供电组件；第一圆筒（1）、连接筒（4）和第二圆筒（5）之间连接有用于对地面塌陷进行实时监测的检测组件；第一圆筒（1）内侧连接有用于对检测组件提供能源的供电组件；检测组件下侧连接有支撑柱（2013）；检测组件下侧连接有散热筒（2014），并且散热筒（2014）位于支撑柱（2013）外侧；通过散热筒（2014）将检测组件工作产生的热量传导至土基层中，在土基层坍塌时，通过支撑柱（2013）对散热筒（2014）进行结构支撑；供电组件下侧连接有第二滑块（308）；第二滑块（308）在第一圆筒（1）内侧滑动；供电组件维护过程中，第二滑块（308）对流向第一圆筒（1）的泥沙进行阻挡；

检测组件包括有第二连接块（201）、电气模块（202）、波导线（203）、第一圆管（204）、第一滑块（205）、第三圆筒（206）、磁环（207）、第一密封圈（208）、第二密封圈（209）和散热单元；第一圆筒（1）下侧固接有两个第二连接块（201）；两个第二连接块（201）之间固接有电气模块（202）；电气模块（202）下侧连接有波导线（203）；连接筒（4）中部旋接有第一圆管（204），并且波导线（203）位于第一圆管（204）内侧；第一圆管（204）上滑动连接有第一滑块（205）；第一滑块（205）外侧固接有第三圆筒（206）；第三圆筒（206）内侧上部固接有磁环（207）；第二圆筒（5）上侧固接有第一密封圈（208）；第一密封圈（208）与连接筒（4）相接触；第二圆筒（5）上侧内侧下部固接有第二密封圈（209）；第二密封圈（209）与第三圆筒（206）相接触；第一圆管（204）上连接有散热单元；

散热单元包括有散热块（2010）、导热板（2011）和第二圆管（2012）；电气模块（202）左侧固接有散热块（2010）；位于下方的第二连接块（201）左侧固接有导热板（2011）；导热板（2011）与散热块（2010）接触；导热板（2011）与第一圆管（204）固接；第三圆筒（206）下侧固接有第二圆管（2012）；第二圆管（2012）与第一圆管（204）滑动连接；第三圆筒（206）下侧与支撑柱（2013）固接；第二圆管（2012）下侧与散热筒（2014）固接；

供电组件包括有天线（301）、第三连接块（302）、电源单元、联动单元、接电单元和阻拦单元；电气模块（202）右侧中部连接有天线（301）；天线（301）穿过第二连接块（201）；天线（301）上端与固定块（3）固接；天线（301）与第二滑块（308）滑动连接；第一圆筒（1）上侧右部固接有第三连接块（302）；第三连接块（302）与天线（301）固接；第二滑块（308）上侧连接有电源单元；第二滑块（308）上侧连接有联动单元，并且联动单元位于电源单元外侧；电气模块（202）上侧连接有接电单元；第二滑块（308）内侧连接有阻拦单元；

电源单元包括有第四圆筒（303）、电池（304）、电极（305）、第一圆杆（306）和拉杆（307）；第二滑块（308）上侧中部承接有第四圆筒（303）；第四圆筒（303）内侧阻尼滑动连接有电池（304）；电池（304）下侧固接有两个电极（305）；第四圆筒（303）上侧固接有第一圆杆（306）；第一圆杆（306）上侧固接有拉杆（307）；

联动单元包括有磁铁（309）、第一铁块（3010）和第二圆杆（3011）；第二滑块（308）上侧前部和上侧后部均固接有磁铁（309）；第四圆筒（303）前侧下部和后侧下部均固接有一个第一铁块（3010）；两个第一铁块（3010）分别与相邻的磁铁（309）通过磁力吸紧；两个磁铁（309）上侧中部均固接有一个第二圆杆（3011）；两个第二圆杆（3011）分别与相邻的第一铁块（3010）滑动连接；

接电单元包括有第一弹簧（3012）和接电块（3013）；电气模块（202）上侧前部和上侧后部均固接有一个第一弹簧（3012）；两个第一弹簧（3012）上侧均固接有一个接电块（3013）；两个接电块（3013）均与电气模块（202）滑动连接；两个电极（305）分别与相邻的接电块（3013）电连接；

阻拦单元包括有第二弹簧（3014）、第三滑块（3015）和第二铁块（3016）；第二滑块（308）内侧前部和内侧后部均固接有四个第二弹簧（3014）；每前后相邻两个第二弹簧（3014）之间均固接有一个第三滑块（3015）；四个第三滑块（3015）均与第二滑块（308）滑动连接；四个第三滑块（3015）分别与相邻的电极（305）相接触；第一圆筒（1）上侧前部和上侧后部均固接有一个第二铁块（3016）；两个第二铁块（3016）分别与相邻的磁铁（309）相配合。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的地面塌陷监测装置，其特征在于，散热筒（2014）上开设有若干个凹槽，用于增加与泥土的接触面积。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的地面塌陷监测装置，其特征在于，电极（305）侧面为两个等腰斜面，第三滑块（3015）上侧面靠近电极（305）的边缘开设有倒角，使电极（305）向下运动时推动两个第三滑块（3015）进行相背运动。

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