CN205016054U - 一种输电线路杆塔基础滑坡体位移监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种输电线路杆塔基础滑坡体位移监测系统，属于监测系统领域。本实用新型包括测斜管，放置测斜管内的至少一个位移传感器、滑坡体监测主机和无线数据收发装置，所述滑坡体监测主机与位移传感器相连，所述滑坡体监测主机与无线数据收发装置无线相连。本实用新型的有益效果为：能够对输电线路杆塔基础所在坡面下的滑坡体进行有效的全天候实时监测，从而保障输电线路杆塔的安全，整个系统安全可靠；不需要工作人员频繁到处于滑坡体的输电线路杆塔进行检测和维护；成本低，功耗低、结构简单，安装后维护方便，智能化程度高；布置并支持多组位移传感器数据传输，使数据更加精准。

Description

一种输电线路杆塔基础滑坡体位移监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种监测系统，尤其涉及一种输电线路杆塔基础滑坡体位移监测系统。

背景技术

滑坡是一种地质现象，对电力杆塔而言是一种致命的地质灾害，轻则塔基移动、杆塔倾斜，重则杆塔倒塌，线路中断。目前对它的监测治理显得越来越紧迫，其中监测是非常重要的一个环节，有了准确的监测预警就能最大程度减少损失，因此建立完善的杆塔基地质滑坡监测预警系统，是解决这类问题的重要手段，迫在眉睫。

实用新型内容

为解决现有技术中的问题，本实用新型提供一种输电线路杆塔基础滑坡体位移监测系统。

本实用新型包括测斜管，放置测斜管内的至少一个位移传感器、滑坡体监测主机和无线数据收发装置，所述滑坡体监测主机与位移传感器相连，所述滑坡体监测主机与无线数据收发装置无线相连。

本实用新型作进一步改进，所述测斜管内的位移传感器的数量为1-8个。

本实用新型作进一步改进，所述无线数据收发装置能够接收和发送四个滑坡体监测主机发送的一组水平位移数据。

本实用新型作进一步改进，所述滑坡体监测主机的数量为1-4个，每个滑坡体监测主机与一个测斜管内的位移传感器相连。

本实用新型作进一步改进，所述滑坡体监测主机包括主控模块、无线收发模块、电源和电源管理模块，所述主控模块分别与无线收发模块、电源管理模块相连，所述电源管理模块分别与电源和位移传感器相连。

本实用新型作进一步改进，所述电源管理模块包括将电源电压转换为位移传感器所需电压的DC-DC变换器。

本实用新型作进一步改进，所述主控模块为MSP430系列单片机。

本实用新型作进一步改进，所述无线收发模块为CC1101无线数传芯片，所述CC1101无线数传芯片与主控模块通过SPI接口连接。

本实用新型作进一步改进，所述主控模块设有信道选择拨码开关，通过信道选择拨码开关选择4个信道与CC1101无线数传芯片连接。

本实用新型作进一步改进，所述滑坡体监测主机与位移传感器通过RS485通讯电路连接，所述RS485通讯电路接口采用两级保护，前级为贴片气体放电管，后级为双向瞬态抑制管，两级之间设有退耦器件，保障通讯的安全性。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：能够对输电线路杆塔基础所在坡面下的滑坡体进行有效的全天候实时监测，从而保障输电线路杆塔的安全，整个系统安全可靠；不需要工作人员频繁到处于滑坡体的输电线路杆塔进行检测和维护；成本低，功耗低、结构简单，安装后维护方便，智能化程度高；布置并支持多组位移传感器数据传输，使数据更加精准。

附图说明

图1为本实用新型计算水平位移值的原理示意图；

图2本实用新型结构示意图；

图3为本实用新型滑坡体监测主机结构示意图；

图4为本实用新型电路图；

图5为图4中电源管理模块电路放大图；

图6为图4中RS485通讯电路放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。

本发明目的在于对输电线路杆塔基础所在坡面下的滑坡体进行有效的全天候实时监测，从而保障输电线路杆塔的安全。

通过在杆塔基础所处坡面上布置专门的监测仪器，用来监测滑坡体深层位移、倾斜变形的数据，通过GPRS无线传输把数据发送给数据中心，从而可以实现实时监控、异常报警的目的，从而可远程监控该滑坡体的表面裂缝开合位移、深层变形等状态。

如图2所示，本实用新型包括测斜管，放置测斜管内的至少一个位移传感器、滑坡体监测主机和无线数据收发装置，所述滑坡体监测主机与位移传感器相连，所述滑坡体监测主机与无线数据收发装置无线相连。

所述测斜管根据钻孔的深度和排列间隔，内部可以放置1-8个位移传感器，组成位移传感器组。每个测斜管对应一个滑坡体监测主机。所述无线数据收发装置能够接收和发送四个滑坡体监测主机发送的一组水平位移数据，因此在本实施例中，所述滑坡体监测主机的数量为4个，每个滑坡体监测主机与一个测斜管内的位移传感器组相连。

如图3所示，所述滑坡体监测主机包括主控模块、无线收发模块、电源和电源管理模块，所述主控模块分别与无线收发模块、电源管理模块相连，所述电源管理模块分别与电源和位移传感器相连。

滑坡体监测主机采用大容量锂亚硫酰氯电池作为电源，采用低功耗系列单片机作为主控模块，负责对位移传感器采样的滑坡位移数据进行处理，并通过无线收发模块把处理好的位移数据上传到无线数据收发装置中；位移传感器具有高分辨率，低噪声，工作温度范围宽，长期稳定性好等特点，负责采集滑坡体水平位移数据。

位移采集方法为：在滑坡体地表通过钻孔方式，一般孔经为110mm，孔斜3度以内，将测斜管通过铁连杆方式埋入地下，每个测斜管可埋设多个传感器，通过电缆将信号传输到地面送到滑坡体监测主机中，当杆塔基础的地基产生形变倾斜时，从而可精确测出水平位移量ΔX。根据ΔX的值大小作出预报。具体方法为以孔底为基准点，从下往上每间距3--5米安装一个位移传感器，连杆落在孔底，底部点应为稳定点，水平位移不会影响到该点。每次测试值与初次测量值相减后就得到各测点的水平位移值ΔX。

如图1所示，初次安装的测斜管所在直线为原基准线，初次测量的位移数据作为基准点，为了使测试数据更加准确，初值X_初需测2―3次，取得较为稳定的值，以后每次再测量的数据X_测与初值X_初相减，所得差值即为该点土体水平位移值ΔX＝X_测―X_初。其中，ΔX＝∑Δi,Δi＝Lsinθ_i，L为位移传感器的导轮间距，θ为传感器探头相对于地球重心方向产生的倾角。

位移传感器采用进口石英挠性伺服加速度计为敏感元件，它是一个力平衡式的伺服系统，当传感器探头相对于地球重心方向产生倾角θ时，由于重力作用，传感器中敏感元件相对于铅锤方向摆动一个角度，通过高灵敏的石英换能器将此角度转换成信号，经过分析处理，直接可以换算为水平位移量Δi的值，如果一个测斜管中的位移传感器为一个，那么ΔX＝Δi；如果一个测斜管中的位移传感器为多个，那么ΔX＝∑Δi。

在本实用新型中，滑坡体监测主机部分作为一个整体部件可以接入本实用新型监测系统中，每个滑坡体监测主机最多可以配置8个位移传感器监测杆塔基础所在滑坡体内8个点的深层位移变形或倾斜情况。

滑坡体监测主机的外形为小型盒体，该盒体可安装在选择监测滑坡体的地表上，而位移传感器放入测斜管里。测斜管提供地下测量的入口，埋入地下事先打入的孔里。孔的上方现场彻出一个水泥台，将滑坡体检测主机的盒体放在水泥台内，水泥台上方用一挡板封住，保护盒体的安全。

在测斜管内部的导槽控制着位移传感器的方向。测斜管安装在垂直的钻孔中，该钻孔穿过地下可能发生位移运动的地区。一组导槽需对准在预期的位移方向。例如，沿着山体向下或朝向开挖的洞体。位移传感器固定在测斜管内，并跨越位移活动地区。当地层发生位移时，测斜管产生位移，从而引起安装在管内的位移传感器发生倾斜。位移传感器的倾斜可以得到测斜管的位移剖面，每个传感器的测量长度以毫米显示位移，整串传感器的累计位移也以毫米显示。

由于监测点位置选择的不固定性，滑坡体监测主机没有办法取得监测点附近的电源供电，所以采用电池供电，不需要外接电源。这就要求对滑坡体监测主机采用低功耗的设计方案，所以整个滑坡位移监测主机设计和元器件选用均遵循节能原则。

如图4-6所示，滑坡体监测主机采用一枚3.6V大容量锂亚硫酰氯电池ER34615作为电源，锂亚硫酰氯电池具有比能量高，单体电压高，工作电压平稳，工作温度范围宽，自放电率低，全密封，储存寿命长等优点，工作温度可达-55C～+120C，自放电一年只有电量的1％。

由于位移传感器电源为9-15V，而电池供电电源为3.6V，因此在电源管理模块中，需要使用DC-DC电路将3.6V升到9V以上，其中的DC-DC变换器采用TI公司DC-DC芯片TPS61086，TPS61086采用BOOST电路，转换效率在90％以上，开关电流可到2A，其中PTC1，TVS4，Z3为输出电源提供保护。

TPS61086输入电压通过P-MOS管Q1进行控制，当输入VOUT-EN为高时，TPS61086输入电压截止，此时TPS61086输出将为0V，当输入VOUT-EN为低时，TPS61086输入电压为3.6V，此时TPS61086输出为9.6V，位移传感器将得电。

本实用新型的滑坡体监测主机采用MSP430系列单片机作为主控模块，无线收发模块负责与无线数据收发装置进行数据通讯，在本实施例中，所述主控模块通过RS485通讯接口与位移传感器进行通讯，获取滑坡体内位移传感器所在位置的水平位移。由于这个系统遵循了节能设计，在不需要更换电池的情况下可以保证提供整个滑坡体监测主机运行二年以上，从而不需要频繁的去更换电池，维护系统。

MSP430系列单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V电压，因而可使其在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在165μA左右，由于独特的时钟系统设计和灵活的低功耗模式配置，保持模式下的最低功耗只有0.1μA。所以整个滑坡体监测主机的功耗极低。

无线数据收发装置负责接收滑坡体监测主机上传的滑坡体位移数据，并通过GPRS/3G无线网络进行信号传输与数据中心通信，一个无线数据收发装置最大可接收4个滑坡体监测主机上传的数据。

所述无线收发模块为CC1101无线数传芯片(简称CC1101)，所述CC1101无线数传芯片与主控模块通过SPI接口连接。CC1101是一款低于1GHz设计旨在用于极低功耗RF应用，因此节能效果非常好。

在本实用新型中，设置CC1101工作频率波段为430MHz,在滑坡体监测主机内设有信道选择拨码开关，可以通过信道选择拨码开关任意选择4个信道，每个信道相隔频率为400hz。

CC1101与主控模块采用SPI接口连接，平时CC1101处于休眠状态，主控模块定时将CC1101唤醒，将采样数据信息通过CC1101无线发送给无线数据收发装置。

优选地，所述滑坡体监测主机与位移传感器通过RS485通讯电路连接，RS485通讯电路中的RS485通讯芯片采用TI公司的芯片SN65HVD1781，在信号RS-485接口上采用两级保护，前级采用贴片气体放电管做浪涌电流的泄放，后级采用双向瞬态抑制管,在更短的时间将浪涌电压限制在较低水平。两级之间退耦器件选择可恢复保险丝。RS-485通讯电路更加安全可靠。

RS485通讯电路的通讯协议采用MODBUS-RTU协议，MODBUS是由Modicon(现为施耐德电气公司的一个品牌)在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。它是一种完全开放的协议，目前国际上有无数自动化和仪表厂商采用该种协议。MODBUS协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其它设备之间可以通信。

滑坡体监测主机采用轮询方式采集每个位移传感器的水平位移数据，轮询时间可按照实际情况配置，当滑坡体监测主机采集到每个点的水平位移数据，就将数据信息上传到无线数据收发装置。

无线数据收发装置由DC12V供电，一个无线数据收发装置可以接收最多4个滑坡体监测主机发送的一组水平位移数据，并通过GPRS或者2G/3G/4G网络无线传输把数据发送给数据中心。无线数据收发装置的主控制器选用与滑坡体监测主机相同的的MSP430系列单片机作为主控单元。

本实用新型带来的有益效果：

(1)能对输电线路杆塔基础所在坡面下的滑坡体进行有效的全天候实时监测，当杆塔基础所在的滑坡体超过预设告警的水平位移时，系统将自动将数据上传到数据中心，以便及时采取措施，输电线路杆塔安全可靠。

(2)不需要工作人员频繁到处于滑坡体的输电线路杆塔进行检测和维护。

(3)本系统结构简单，维护方便，智能化程度高。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种输电线路杆塔基础滑坡体位移监测系统，其特征在于：包括测斜管，放置测斜管内的至少一个位移传感器、滑坡体监测主机和无线数据收发装置，所述滑坡体监测主机与位移传感器相连，所述滑坡体监测主机与无线数据收发装置无线相连。

2.根据权利要求1所述的输电线路杆塔基础滑坡体位移监测系统，其特征在于：所述测斜管内的位移传感器的数量为1-8个。

3.根据权利要求1所述的输电线路杆塔基础滑坡体位移监测系统，其特征在于：所述无线数据收发装置能够接收和发送四个滑坡体监测主机发送的一组水平位移数据。

4.根据权利要求3所述的输电线路杆塔基础滑坡体位移监测系统，其特征在于：所述滑坡体监测主机的数量为1-4个，每个滑坡体监测主机与一个测斜管内的位移传感器相连。

5.根据权利要求4所述的输电线路杆塔基础滑坡体位移监测系统，其特征在于：所述滑坡体监测主机包括主控模块、无线收发模块、电源和电源管理模块，所述主控模块分别与无线收发模块、电源管理模块相连，所述电源管理模块分别与电源和位移传感器相连。

6.根据权利要求5所述的输电线路杆塔基础滑坡体位移监测系统，其特征在于：所述电源管理模块包括将电源电压转换为位移传感器所需电压的DC-DC变换器。

7.根据权利要求5所述的输电线路杆塔基础滑坡体位移监测系统，其特征在于：所述主控模块为MSP430系列单片机。

8.根据权利要求5所述的输电线路杆塔基础滑坡体位移监测系统，其特征在于：所述无线收发模块为CC1101无线数传芯片，所述CC1101无线数传芯片与主控模块通过SPI接口连接。

9.根据权利要求8所述的输电线路杆塔基础滑坡体位移监测系统，其特征在于：所述主控模块设有信道选择拨码开关，通过信道选择拨码开关选择4个信道与CC1101无线数传芯片连接。

10.根据权利要求1-9任一项所述的输电线路杆塔基础滑坡体位移监测系统，其特征在于：所述滑坡体监测主机与位移传感器通过RS485通讯电路连接，所述RS485通讯电路接口采用两级保护，前级为贴片气体放电管，后级为双向瞬态抑制管，两级之间设有退耦器件。