CN205718937U - 基于加速度传感器阵列的多节点超长深部位移监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于加速度传感器阵列的多节点超长深部位移监测装置，包括：N个多节点加速度传感器单元，用于测量地质变形数据，其中N>1；N个中继控制单元，每个中继控制单元用于控制对应的一个多节点加速度传感器单元的通断电时间和数据采集；无线数据采集发射装置，是对N个多节点加速度传感器单元以及中继控制单元进行管理，从而合理采集传感器数据，并且将传感器数据进行整理和远端传输。根据本实用新型的深部位移多节点监测装置，能够长期捕捉深部位移变形测量，且安装简便造价低廉，适合我国国情广泛使用，对于地质灾害的监测和预警具有重大意义。

Description

基于加速度传感器阵列的多节点超长深部位移监测装置

技术领域

本实用新型涉及滑坡钻孔三维变形监测领域，属于岩土工程深部位移监测设备，具体涉及一种基于加速度传感器阵列的多节点超长深部位移监测装置。

背景技术

在滑坡深部位移监测中，传统的测量方法常采用滑动式测斜仪或者固定式测斜仪来监测边坡深部变形，滑动式测斜仪则是在钻孔内沉放测斜管，利用手拉滑动式测斜仪在测斜管导轨上下定长定点测量钻孔内部倾斜位移，从而掌握钻孔内部的形变情况。然而，无论是滑动测斜仪还是固定测斜仪都有自身的缺陷：固定测斜仪精度高，能够随着边坡变形进行长期监测，但是固定测斜仪在同一深部位移钻孔可安装测量点数有限；滑动测斜仪本身测量精度很高，但是随着滑坡不断的演化变形，钻孔内的测斜管或被错断或被挤压变形，此时滑动式测斜仪不能沉入钻孔中进行测量。两种设备虽然都能够进行精确测量，但是对于整个钻孔测量点位数量和深部位移长期监测上都不能满足实际使用需求。

然而，同类型用于深部位移测量的国外产品无论在测量方式或者是在使用效果上都非常的好，也能够满足三维大位移的测量需求。但是国外产品安装结构复杂，需要相应的安装空间，以及设备造价安装成本上不符合我国的地质灾害监测国情，因此一种能够进行深部位移多节点测量，并且能够长期捕捉深部位移变形测量，且安装简便造价低廉的监测设备就显得尤为重要。

实用新型内容

深部位移监测是获取地质体变形特征及演化过程最直接、最有效的手段之一。针对目前深部位移监测的不足，本实用新型的目的在于提供一种通过485总线连接，多节点重力加速度传感器并联在485总线上，对深部钻孔各个点位层位进行三维静态位移测量的监测装置。

为实现上述目的，本实用新型提供一种基于加速度传感器阵列的多节点超长深部位移监测装置，包括：

N个多节点加速度传感器单元，用于测量地质变形数据，其中N>1；

N个中继控制单元，每个中继控制单元用于控制对应的一个多节点加速度传感器单元的通断电时间和数据采集；

无线数据采集发射装置，是对N个多节点加速度传感器单元以及中继控制单元进行管理，从而合理采集传感器数据，并且将传感器数据进行整理和远端传输。

进一步，所述装置还包括：

电路板固定支架，用于固定多节点加速度传感器单元和中继控制单元；

传感器测量刚性单元管，用于保护放置在其中的电路板单元，同时作为钻孔测量单元的刚性段；

柔性连接件，两端具有钢结构连接件，相邻的传感器测量刚性单元管之间通过柔性连接件连接，在地质变形过程中吸收能量，保护传感器测量刚性单元管不发生变形。

进一步，还包括：

外部保护层，套附于传感器测量刚性单元管以及柔性连接件外壁的保护单元。

所述外部保护层共有四层，一层热塑管，用来防止深部位移监测中水压渗透入管的防水层，热塑管外套设一层钢编网，用来屏蔽外界复杂环境电干扰，再在钢编网外套设一层热塑管，用来收紧钢编网且进行二次防水渗透处理，再在整个外壁套设一层钢编网，该层钢编网是二次进行屏蔽外界复杂环境电干扰且对热塑管进行保护。

进一步，所述中继控制单元为485数字中继器，所述每个多节点加速度传感器单元由8只数字量加速度传感器组成，每8只485数字量加速度传感器组成的多节点加速度传感器单元由对应的1只485数字中继器进行控制。

进一步，所述每个加速度传感器具有水平圆板传感器单元和垂直板传感器中控单元，所述水平圆板传感器单元为传感器芯片板，为主要测量芯片单元；所述垂直板传感器中控单元为传感器单片机中控中心，主要进行控制采集、多采样数据均差运算、和存储传输功能。

进一步，所述水平圆板传感器单元上焊接有mems加速度传感器芯片，且该芯片放置水平即与钻孔方向垂直，利用加速度传感器的XY轴测量岩土体的前后左右变形，再利用加速传感器的Z轴测量岩土体的沉降变形，垂直板传感器中控单元焊接有传感器单片机主芯片、通讯芯片及电路器件，水平圆板传感器单元与垂直板传感器中控单元的链接采用4焊点焊接连接。

进一步，所述装置通过485总线进行连接对深部钻孔各个点位层位进行三维静态位移测量，所述N个485数字中继器配合控制N个多节点加速度传感器单元，确保供电线路的电流能够通过各个单元的逐次开关，将电流依次传输到各个加速度传感器直至整串传感器的末端,于此同时确保485总线能够依次使用。

根据本实用新型的深部位移多节点测量装置，能够长期捕捉深部位移变形测量，且安装简便造价低廉，适合我国国情广泛使用，对于地质灾害的监测和预警具有重大意义。

附图说明

图1是根据本实用新型的设备结构原理图；

图2是根据本实用新型的电路结构管理示意图；

图3是图1中A部放大图；

附图标记：多节点加速度传感器单元1、485数字中继器2、电路板固定支架3、传感器测量刚性单元管4、柔性连接件5、热塑管及钢编网6、数据采集模块以及数据发射模块7、数据线8。

具体实施方式

下面，参考附图，对本实用新型进行更全面的说明，附图中示出了本实用新型的示例性实施例。然而，本实用新型可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本实用新型全面和完整，并将本实用新型的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

根据附图1、图2、图3所示，本实用新型基于加速度传感器阵列的多节点深部位移监测装置，包括多节点加速度传感器单元1、485数字中继器2、电路板固定支架3、传感器测量刚性单元管4、柔性连接件5、热塑管及钢编网6、数据采集模块以及数据发射模块7。

本实施例中，多节点加速度传感器单元1为8只485数字量加速度传感器：加速度传感器1-1，加速度传感器1-2，加速度传感器1-3，加速度传感器1-4，加速度传感器1-5，加速度传感器1-6，加速度传感器1-7，加速度传感器1-8，每只加速度传感器与每节传感器测量刚性单元管以及柔性连接件组成一个测量节，每只485数字中继器与8个测量节组成一个测量组，每套设备由若干测量组组成。

加速度传感器分为水平圆板传感器单元和垂直板传感器中控单元。水平圆板传感器单元为传感器芯片板，为主要测量芯片单元；垂直板传感器中控单元为传感器单片机中控中心，主要对传感器进行控制采集、多采样数据均差运算、存储传输等功能。水平圆板传感器单元上焊接有mems加速度传感器芯片，且该芯片放置水平即与钻孔方向垂直，利用加速度传感器的XY轴测量岩土体的前后左右变形，再利用加速传感器的Z轴测量岩土体的沉降变形，水平圆板直径为17.5mm，上面除了有mems芯片主体外，还有直径为1mm 的走线孔8个；垂直板传感器中控单元焊接有传感器单片机主芯片、通讯芯片及电路器件，电路板与水平圆板垂直且与钻孔平行，该板子上有四个连线孔分别为电源正负连接孔，485AB通讯连线孔。水平圆板传感器单元与垂直板传感器中控单元的链接采用4焊点焊接连接。

485数字中继器2为加速度传感器阵列中继控制单元，每8只485数字量加速度传感器组成的多节点加速度传感器单元1由1只485数字传感器中继器2为中继控制单元进行控制，中继控制单元主要作用是控制多节点加速度传感器单元1的通断电时间，以及数字传感器的数据采集。若干个485数字中继器2配合，控制若干个多节点加速度传感器单元1，确保供电线路的电流能够通过各个单元的逐次开关，将电流依次传输到各个加速度传感器直至整串传感器的末端,于此同时确保485总线能够依次使用，有效使用485总线资源， 485总线合理依次使用，不造成线路数据内部相互干扰。

电路板固定支架3是用来固定多节点加速度传感器单元1和485数字中继器2的工程塑料件，传感器单元1和中继器2作为电路板是封装于传感器测量刚性单元管4中，在封装前要将传感器单元1和中继器2固定于电路板固定支架3然后装进传感器测量刚性单元管4中，之后用环氧胶在管内进行灌注，电路板固定支架3除了固定电路板的作用外，还作为环氧胶收缩的承力单元存在，环氧胶在固化的过程中要产生收缩，会对电路板及电路板上的器件造成伤害，节点加速度传感器单元1和485数字中继器2固定在固定支架3上，固定支架3做收缩承力单元，防止速度传感器单元1和数字中继器2收缩受伤。

传感器测量刚性单元管4是长度为1m或者0.5m内径为18mm的不锈钢管，该部分是放置保护多节点加速度传感器单元1和485数字中继器2的不锈钢管，该单元不仅作为保护放置在其中的电路板单元，也是作为钻孔测量单元刚性段存在（即整个管长作为单元测量长度，测量管长长度的深部岩土体整体变形情况）。

柔性连接件5是内衬钢丝网的高强橡胶管，柔性连接件5左右两端有钢结构连接件用以连接传感器测量刚性单元管4，柔性连接件5具有一定的抗拉抗压功能，但是同时又能够产生弯曲，该部分是作为深部位移测量的吸能环节而存在的，该部分在深部测量过程中吸收岩土体变形的位移量，从而使传感器测量刚性单元管4不产生变形。

热塑管及钢编网6是套附于传感器测量刚性单元管4以及柔性连接件5外壁的外部保护单元，首先套附一层热塑管，该层热塑管是用来防止深部位移监测中水压渗透入管的防水层，然后在套附一层钢编网，该层钢编网是用来屏蔽外界复杂环境电干扰的，然后再在钢编网外套附一层热塑管，该层热塑管是用来收紧钢编网且进行二次防水渗透处理，再之后再在整个外壁爱套附一层钢编网，该层钢编网是二次进行屏蔽外界复杂环境电干扰且对热塑管进行保护的单元。

无线数据采集发射装置7是对整个多节点加速度传感器单元1以及485数字中继器2进行管理而存在的单元，其主要作用是对485数字中继2进行管理，从而合理采集传感器数据，并且将传感器数据进行整理打包进行远端传输。

本实用新型中采用的监测方法如下：

1） 将多节点加速度传感器单元1以及485数字中继器2固定于电路板固定支架3；

2） 将多节点加速度传感器单元1以及485数字中继器2的数据线8焊接，并且将数据线8穿过水平圆板传感器单元；

3） 将上述单元安装于传感器测量刚性单元管4内部；

4） 使用环氧树脂胶灌封安装于测量刚性单元管4内部的多节点加速度传感器单元1以及485数字中继器2；

5） 将柔性连接件5的两端与安装有多节点加速度传感器单元1以及485数字中继器2的测量刚性单元管4进行两两焊接连接，焊接前将电路板数据线8穿过柔性连接件5内腔；

6） 制作若干个以上的单元，并且将其连接，首先进行数据线8连接，然后进行柔性连接件5与测量刚性单元管4进行连接；

7） 连接完成整条测线后，套附首层热塑管，然后在套附钢编网；

8） 然后收紧钢编网套附第二层热塑管以及第二层钢编网；

9） 此时将数据线8引出至整个测量设备的端部；

10）深部位移监测现场打钻孔并且沉入直径20mm的PVC管材；

11）将整条设备逐节数的沉入钻孔的PVC管材中；

12）将PVC管材与钻孔之间的空隙用中砂填满；

13）将整条设备的数据线8与无线数据采集发射装置7进行连接；

14）根据各个传感器测量出来的数据积分出整个钻孔的三维变形；

15）该设备科根据钻孔深度进行大尺度的测量，超长深度的测量。

尽管已经对本实用新型的优选实施例进行了描述，对于本领域技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对上述实施例进行多种变化、修改、替换和变形。

Claims (8)

1.基于加速度传感器阵列的多节点超长深部位移监测装置，其特征在于，该监测装置包括：

N个多节点加速度传感器单元，用于测量地质变形数据，其中N>1；

N个中继控制单元，每个中继控制单元用于连接对应的一个多节点加速度传感器单元，并控制其通断电时间和数据采集；

无线数据采集发射装置，连接N个多节点加速度传感器单元以及中继控制单元并进行管理，从而合理采集传感器数据，并且将传感器数据进行整理和远端传输。

2.根据权利要求1所述的基于加速度传感器阵列的多节点超长深部位移监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括：

电路板固定支架，用于固定多节点加速度传感器单元和中继控制单元；

传感器测量刚性单元管，用于保护放置在其中的电路板单元，同时作为钻孔测量单元的刚性段；

柔性连接件，两端具有钢结构连接件，相邻的传感器测量刚性单元管之间通过柔性连接件连接，在地质变形过程中吸收能量，保护传感器测量刚性单元管不发生变形。

3.根据权利要求1或2所述的基于加速度传感器阵列的多节点超长深部位移监测装置，其特征在于，还包括：外部保护单元，套附于传感器测量刚性单元管以及柔性连接件外壁的保护层。

4.根据权利要求3所述的基于加速度传感器阵列的多节点超长深部位移监测装置，其特征在于，所述外部保护单元共有四层，一层热塑管，用来防止深部位移监测中水压渗透入管的防水层，热塑管外套设一层钢编网，用来屏蔽外界复杂环境电干扰，再在钢编网外套设一层热塑管，用来收紧钢编网且进行二次防水渗透处理，再在整个外壁套设一层钢编网，该层钢编网是二次进行屏蔽外界复杂环境电干扰且对热塑管进行保护。

5.根据权利要求1或2所述的基于加速度传感器阵列的多节点超长深部位移监测装置，其特征在于，所述中继控制单元为485数字中继器，所述每个多节点加速度传感器单元由8只数字量加速度传感器组成，每8只485数字量加速度传感器组成的多节点加速度传感器单元由对应的1只485数字中继器进行控制。

6.根据权利要求5所述的基于加速度传感器阵列的多节点超长深部位移监测装置，其特征在于，所述每个加速度传感器具有水平圆板传感器单元和垂直板传感器中控单元，所述水平圆板传感器单元为传感器芯片板，为主要测量芯片单元；所述垂直板传感器中控单元为传感器单片机中控中心，主要进行控制采集、多采样数据均差运算、和存储传输功能。

7.根据权利要求6所述的基于加速度传感器阵列的多节点超长深部位移监测装置，其特征在于，所述水平圆板传感器单元上焊接有mems加速度传感器芯片，且该芯片放置水平即与钻孔方向垂直，利用加速度传感器的XY轴测量岩土体的前后左右变形，再利用加速传感器的Z轴测量岩土体的沉降变形，垂直板传感器中控单元焊接有传感器单片机主芯片、通讯芯片及电路器件，水平圆板传感器单元与垂直板传感器中控单元的链接采用4焊点焊接连接。

8.根据权利要求5或6所述的基于加速度传感器阵列的多节点超长深部位移监测装置，其特征在于，所述监测装置通过485总线进行连接对深部钻孔各个点位层位进行三维静态位移测量，所述N个485数字中继器配合控制N个多节点加速度传感器单元，确保供电线路的电流能够通过各个单元的逐次开关，将电流依次传输到各个加速度传感器直至整串传感器的末端,于此同时确保485总线能够依次使用。