CN208126613U - 一种泥石流检测传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种泥石流检测传感装置，在泥石流到达前的必经路径上布设传感器进行警戒，当泥石流的冲击破坏力导致传感器的姿态发生改变或损毁时，传感器接通电路，驱动报警声光电路工作而发出警报，使人员能在泥石流抵达前疏散，以损失低成本的传感器为代价防止重大人员伤亡。本实用新型传感器由姿态检测部分和信号输出部分构成，姿态检测包括水平姿态检测和垂直姿态检测两种方式。本实用新型具有结构简单可靠，成本低廉，误报率低，损毁时可重新快速部署，未触发时无静态电流，使用电池供电可野外长期部署等优点。

Description

一种泥石流检测传感装置

技术领域

本实用新型涉及泥石流检测领域，特别是一种泥石流检测传感装置。

背景技术

泥石流是常见的自然灾害，具有很强的破坏力，常埋没乡村，冲毁城镇，在灾害发生时常造成巨大的生命财产损失。

现有对泥石流的检测技术，主要有遥感技术、次声波技术、视频分析技术等，技术含量高，成本相对较高。现有技术方案基本上属于提供整套的解决方案，不便于模块化设计，使用部署灵活性差，因此需要一种成本低廉、安装维护简单、误报率低的泥石流传感器来对泥石流的发生进行检测，实现泥石流报警的模块化设计以降低设计难度、实现快速安装和部署，以适应不同的应用环境和配置需求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种泥石流检测传感装置，能及时地检测到泥石流灾害的发生，灾害抵达之前进行人员和贵重物品的转移，减少人员伤亡和财产损失。

为解决上述技术问，本实用新型采用的技术方案是：

一种泥石流检测传感装置，包括姿态检测部分和信号输出部分；

当姿态检测部分为水平姿态检测时，所述姿态检测部分的结构为：在安装柱上端固定有安装盒，在安装盒内设置了4只水银开关，4只水银开关互相呈 90度的十字形圆周排列；所述水银开关的引线端通过导线并联并且连接至输出电路板，水银开关的引线端位置高于无引线端；4只水银开关在信号输出电路中分别以开关S1、开关S2、开关S3和开关S4表示；

当姿态检测部分为垂直姿态检测时，所述姿态检测部分的结构为：在安装柱上端固定有保护盒，在保护盒内部固定有悬挂支架，中心导体通过万向悬挂支点自由悬挂于悬挂支架；中心导体的下端位于导电环的中心，导电环引出线和中心导体引出线连接到输出电路板；导电环和中心导体形成的电路通断结构在信号输出电路中以开关S5表示；

信号输出部分结构为：包括晶体管Q1，所述晶体管Q1的发射极接电源VCC，晶体管Q1的集电极为信号输出，晶体管Q1的基极通过限流电阻R2连接开关 S1、开关S2、开关S3和开关S4组成的并联支路的一端，开关S1、开关S2、开关S3和开关S4组成的并联支路的另一端接地，或者晶体管Q1的基极通过限流电阻R2连接开关S5一端，开关S5另一端接地；在晶体管Q1的基极和发射极之间连接有电阻R1和电容C1组成的并联支路。

进一步的，在信号输出与报警器之间设置有扩展应用电路，所述扩展应用电路的结构为：

以B1代表姿态检测部分和信号输出部分组成的传感器，传感器B1的信号输出与传感器B1的电源负极之间连接有远端电阻R11，在传感器B1的信号输出与传感器B1的电源负极之间还连接有电容C11、分压电阻R13和分压电阻 R14的串联支路；传感器B1的电源正极与信号输出之间连接有分压电阻R12；设置有晶体管Q11，所述晶体管Q11的发射极接电源负极，晶体管Q11的集电极分两路，一路通过继电器K1的线圈A连接电源正极，另一路通过继电器K1 的常开触点B连接到电源负极，晶体管Q11的基极接到分压电阻R13和分压电阻R14之间，同时晶体管Q11的基极通过电容C2接电源负极；迅响器Spk1一端连接电源正极，一端通过继电器K1的常开触点C连接到电源负极。

进一步的，使用钢丝扩展网对所述安装柱的检测范围进行扩展延伸。

进一步的，对所述安装盒进行防水密封。

进一步的，所述水银开关的水平安装倾斜角度能够调节，进而更改被触发的动作灵敏度。

进一步的，在所述中心导体下端固定有重垂体，所述重垂体用导电材料制成。

进一步的，在传感器B1所在的检测监控区域与迅响器Spk1所在的生产生活区域之间，所用导线采用三芯屏蔽线。

进一步的，在电源负极支路上串联有保险FUSE2。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型具有结构简单可靠，成本低廉，误报率低，损毁时可重新快速部署，未触发时无静态电流，使用电池供电可野外长期部署等优点。

附图说明

图1是本实用新型中水平姿态检测部分结构示意图。

图2是本实用新型中垂直姿态检测部分结构示意图。

图3是本实用新型中水平姿态检测及其输出的电路原理图。

图4是本实用新型中垂直姿态检测及其输出的电路原理图。

图5是本实用新型中泥石流检测传感装置简易应用电路原理图。

图6是本实用新型中泥石流检测传感装置有线远距离应用原理图。

图中：1-安装盒；2-水银开关；3-水银颗粒；4-引线端；5-安装柱；6-钢丝扩展网；7-导线；8-输出电路板；9-导电环；10-导电环引出线；11-重垂体；12- 中心导体；13-保护盒；14-万向悬挂支点；15-悬挂支架；16-中心导体引出线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型总体思路是：在泥石流到达前的必经路径上布设传感器进行警戒，当泥石流的冲击破坏力导致传感器的姿态发生改变或损毁时，传感器接通电路，驱动报警声光电路工作而发出警报，使人员能在泥石流抵达前疏散，以损失低成本的传感器为代价防止重大人员伤亡。本实用新型传感器由姿态检测部分和信号输出部分构成，姿态检测包括水平姿态检测和垂直姿态检测两种方式。

水平姿态检测机构处于安装柱5上方，由并联的四支水银开关2(或钢珠开关或二支V形水银开关)检测其安装面的水平姿态，水银开关2的轴线俯视呈十字形排列且在水平上呈V型倾斜安装，引线端4均处于高的一侧，内部水银颗粒3位于无引线的低端，水银开关2平时处于断开状态，泥石流的冲击力引起安装柱5倾斜或弯曲时，水银开关2安装面水平状态被打破而发生跟着倾斜，当倾斜超过水银开关2的倾斜角度时，四支水银开关2中至少有一支引线端4 会低于无引线端，水银颗粒3从无引线端滚到引线端4，水银开关2被接通，触发输出电路输出。

垂直姿态检测机构处于安装柱5上方的保护盒13内，由中心导体12和导电环9构成，中心导体12垂直悬挂于导电环9之内且相互绝缘，在机构垂直时中心导体12与导电环9不接通，当泥石流的冲击力导致安装柱5弯曲或倾斜时，中心导体12与导电环9发生触碰而接通电路触发输出。保护盒13用于防止风力等外力引起误触发。

信号输出电路用于输出信号放大和持续保持输出，防止因水银开关2的水银颗粒3或垂直检测的中心导体12跳动而引起输出中断。

如图1所示，水平姿态检测机构主要由4只水银开关2构成。水平姿态检测机构水平安装于安装柱5的顶部，使用钢丝扩展网6对安装柱的检测范围进行扩展延伸，钢丝网的抗拉强度要高于安装柱的弯曲强度。四支水银开关2在安装盒1内以互相呈90度的十字形圆周排列，水银开关2的引线端4通过导线 7并联，连接至输出电路板8，水银开关2的引线端位置高于无引线端，每两只在水平视图上呈V字形。对整个安装盒进行防水密封。安装盒处于水平状态时，水银颗粒3会处于较低的无引线侧，四只水银开关2均处于未接通状态，当安装柱5或钢丝扩展网6受泥石流的力作用，使安装柱5发生弯曲或倾斜时，其顶端的安装盒1跟着发生倾斜，其倾斜度超过水银开关2的安装倾斜角度时，4 只水银开关2中至少有一只的引线端4会低于无引线端，水银颗粒3从无引线端滚动到引线端4而接通引线，触发电路板上的输出电路工作，调整水银开关2 安装倾斜角度可更改被触发的动作灵敏度。

如图2所示，垂直姿态检测机构垂直安装于安装柱5的顶端，安装柱5通过钢丝扩展网6对检测范围进行延伸扩展。机构主要由中心导体12、导电环9 构成整个机构封闭于细长的保护盒13内部，中心导体12通过万向悬挂支点14 自由悬挂于悬挂支架15，重垂体11用导电材料制成，仅用于增加中心导体12 下端重量，当中心导体12悬挂点下端自重远大于上端自重时，重垂体11可以省略，中心导体12外面有一导电环9，导电环9与中心导体12之间绝缘安装，中心导体12和导电环9分别通过导电环引出线10和中心导体引出线16引至输出电路。当机构处于垂直状态时，中心导体12和导电环9不接触，两者之间不导通，当安装柱5受泥石流作用力发生倾斜或弯曲时，其顶端的检测机构发生倾斜，重垂体11与导电环9发生碰撞，中心导体12和导电环9被接通(当无重垂体11或重垂体11位置低于导电环的情况下是中心导体12和导电环9直接接通)，通过导电环引出线10和中心导体引出线16触发输出电路工作。更改导电环9半径和安装高度可以更改垂直检测机构的动作灵敏度。

水平姿态检测及输出电路原理如图3所示，其中开关S1-S4为四支并联的水银开关2，一端引线直接与电路参考地相连接，另一端通过限流电阻R2连接至晶体管Q1的基极，在晶体管Q1的基极和发射极间并联有电阻R1和电容C1， R1阻值取值远大于R2。当开关S1-S4均未接通时，电阻R1使晶体管Q1的基极与发射极电位差为0伏，晶体管Q1处于可靠的关断状态，水平姿态检测不输出信号；一旦开关S1-S4有任意一只导通，电容C1被快速充上电，晶体管Q1 的基极和发射极之间的电压升高，晶体管Q1的集电极和发射极导通，接通电源端VCC与输出端OUT，若水银开关2在接通时发生水银颗粒3弹跳，电容C1 继续维持晶体管Q1的基极和发射极之间的电压差，使晶体管Q1输出保持连续状态，同时电容C1起到防止环境电磁场对晶体管Q1的干扰，电阻R1可以在数KΩ到数百KΩ的范围内取值，电容C1取值取决于电容C1与电阻R1的放电时间常数，放电时间常数可以在零点几到几秒的范围内取值；晶体管Q1为单极型晶体管(单极型晶体管的源极s、栅极g、漏极d分别对应于双极型晶体管的发射极e、基极b、集电极c，它们的作用相似)，也可以使用双极型晶体管，晶体管Q1选择P型晶体管时，VCC用正电源，晶体管Q1选择N型晶体管时， VCC使用负电源。整个电路在不被触发时没有静态电流，处于完全不耗电状态，可以将整个电路内置放入检测机构的安装盒内。采用B1是泥石流传感器的等效图符号，在对整个传感器作为部件应用时，不考虑其内部结构，只考虑其特性，内部字母H|V代表“水平或垂直”，其表达的含义是该部件是一只受水平或垂直姿态控制接通和断开的开关型传感器。在后面的应用电路图中，将以B1的的图形符号代表整个姿态传感器的结构图。

垂直姿态检测及输出电路原理如图4所示，其电路结构与图3相似，其中的开关S5为垂直检测机构中心导体12和导电环9构成的等效开关，其余部分工作原理和图3完全一致。

应用示例

图5是泥石流传感器简易应用电路原理图。该电路仅由电源Bt1、电源开关 S6、传感器B1、迅响器Spk1及其安装附属机构组成。适用于工地施工作业过程中的作业现场警戒，电源Bt1使用蓄电池、锂电池组或碱性电池组供电，迅响器Spk1使用高响度报警迅响器做报警声源，在施工现场上游溪流设置报警检测点，电池组、迅响器、传感器均安装于安装柱5的顶端，安装柱5上增加钢丝扩展网6进行检测范围扩展，钢丝扩展网6的抗拉破力高于安装柱5的弯曲力。正常状态下，传感器B1处于水平/垂直状态，传感器内部处于断开状态，迅响器Spk1不通电，当泥石流冲击钢丝扩展网6导致安装柱5弯曲或倾斜时，传感器内晶体管Q1导通，电流从电源Bt1流出，流经传感器B1内部晶体管Q1，到达迅响器Spk1，形成电流通路，迅响器Spk1通电发出报警声，提示附近下游的作业人员逃生。简易电路也存在一些不足：警戒位置离作业场所距离太远可能导致报警声小未引起警觉，太近报警容易太晚，泥石流过大过快时可能会损毁安装柱5，导致迅响器Spk1仅在倒下过程中响一声就淹没入泥石流中，由电池组供电的迅响器功率一般较小，响度一般在100分贝以下。

图6为有线警戒距离扩展的电路示意图。检测监控区域设置于生产生活区域上游泥石流发生时的必经路径上，该电路由安装在检测监控区域的传感器B1 及安装在生产生活区的报警输出装置构成，传感器B1和报警装置之间通过信号传输三芯屏蔽线W1连接，在传感器B1被触发或者信号传输线路W1发生毁损时，报警输出装置电路将被触发报警，报警一旦被触发后即使触发信号消失，报警也会保持输出状态直至人工关闭电源。

图6所示电路主要由传感器B1、信号传输线W1、晶体管Q11、远端电阻 R11、分压电阻R12、R13、R14、抗干扰滤波电容C11、C2、输出继电器K1、迅响器Spk1、蓄电池浮充电源模块Md1、蓄电池Bt1、供电开关S11和保险FUSE1、 FUSE2构成。由蓄电池浮充模块Md1和蓄电池Bt1构成带后备电源的双重供电电路，向报警输出装置电路各部分供电，同时通过信号传输线W1向安装于向远处检测监控区域的传感器B1供电，R11、R12、R13、R14四只电阻和保险FUSE2 的作用主要是防止在灾害发生时信号传输线W1同时被泥石流破坏引起报警电路不响应，取值关系要满足以下两个要求：1、电源电压先经过R11、R12分压后再经过R13、R14分压时，在晶体管Q11基极的电压低于晶体管Q11的导通 be电压(硅晶体管约为0.6V)；2、电源电压直接经过R12、R13、R14的分压值要大于晶体管Q11的基极导通be电压。保险FUSE2的额定电流要远小于保险 FUSE1。在未受泥石流影响传感器未接通的情况下，传感器内部处于断开状态，电源通过R11、R12先分压再经过R13、R14分压向晶体管Q11基极分压供电，即条件1的分压值，其分压不足以使晶体管Q11导通，晶体管Q11集电极无电流，输出继电器K1线圈A不通电，其触点B和C不闭合，迅响器Spk1不通电。当泥石流冲击钢丝扩展网6导致传感器安装柱发生弯曲或倾斜时，传感器B1内部接通，电源电压经传感器B1、信号传输线W1，R13、R14分压向晶体管Q11 的基极供电，传感器B1和信号传输线W1的电阻值相对于电阻器R13、R14的电阻值非常小可忽略不计，晶体管Q11的基极电压约等于电源电压经R13、R14 分压，其值大于条件2电源经R12、R13、R14分压到晶体管Q11基极的值，晶体管Q11导通，产生集电极电流使继电器K1线圈通电，继电器K1的输出触点 C闭合接通迅响器Spk1的电源，迅响器Spk1发出报警声，同时继电器K1的触点B也闭合，将晶体管Q11的集电极和发射极短接，使电路处于自保持状态，即使传感器B1损毁而晶体管Q11截止，继电器K1的触点B依然保持报警信号的输出。当信号传输线W1在传感器被触发前就被破坏时，若被破坏的线芯之间处于断开状态，电源电压经R12、R13、R14分压至晶体管Q11的基极，其分压满足条件2，晶体管Q11导通触发报警并保持，若被破坏的线芯之间处于短路状态，保险FUSE2将过流发生熔断，电源电压经R12、R13、R14分压至晶体管Q11的基极，晶体管Q11也会导通触发报警输出并保持。电容C11电阻R13 和电容C2构成П形滤波电路，以消除过长的信号传输线路引入的无线电波干扰。

Claims (8)

1.一种泥石流检测传感装置，其特征在于，包括姿态检测部分和信号输出部分；

当姿态检测部分为水平姿态检测时，所述姿态检测部分的结构为：在安装柱(5)上端固定有安装盒(1)，在安装盒(1)内设置了4只水银开关(2)，4只水银开关(2)互相呈90度的十字形圆周排列；所述水银开关(2)的引线端(4)通过导线(7)并联并且连接至输出电路板(8)，水银开关(2)的引线端(4)位置高于无引线端；4只水银开关(2)在信号输出电路中分别以开关S1、开关S2、开关S3和开关S4表示；

当姿态检测部分为垂直姿态检测时，所述姿态检测部分的结构为：在安装柱(5)上端固定有保护盒(13)，在保护盒(13)内部固定有悬挂支架(15)，中心导体(12)通过万向悬挂支点(14)自由悬挂于悬挂支架(15)；中心导体(12)的下端位于导电环(9)的中心，导电环引出线(10)和中心导体引出线(16)连接到输出电路板(8)；导电环(9)和中心导体(12)形成的电路通断结构在信号输出电路中以开关S5表示；

信号输出部分结构为：包括晶体管Q1，所述晶体管Q1的发射极接电源VCC，晶体管Q1的集电极为信号输出，晶体管Q1的基极通过限流电阻R2连接开关S1、开关S2、开关S3和开关S4组成的并联支路的一端，开关S1、开关S2、开关S3和开关S4组成的并联支路的另一端接地，或者晶体管Q1的基极通过限流电阻R2连接开关S5一端，开关S5另一端接地；在晶体管Q1的基极和发射极之间连接有电阻R1和电容C1组成的并联支路。

2.如权利要求1所述的一种泥石流检测传感装置，其特征在于，在信号输出与报警器之间设置有扩展应用电路，所述扩展应用电路的结构为：

以B1代表姿态检测部分和信号输出部分组成的传感器，传感器B1的信号输出与传感器B1的电源负极之间连接有远端电阻R11，在传感器B1的信号输出与传感器B1的电源负极之间还连接有电容C11、分压电阻R13和分压电阻R14的串联支路；传感器B1的电源正极与信号输出之间连接有分压电阻R12；设置有晶体管Q11，所述晶体管Q11的发射极接电源负极，晶体管Q11的集电极分两路，一路通过继电器K1的线圈A连接电源正极，另一路通过继电器K1的常开触点B连接到电源负极，晶体管Q11的基极接到分压电阻R13和分压电阻R14之间，同时晶体管Q11的基极通过电容C2接电源负极；迅响器Spk1一端连接电源正极，一端通过继电器K1的常开触点C连接到电源负极。

3.如权利要求1所述的一种泥石流检测传感装置，其特征在于，使用钢丝扩展网(6)对所述安装柱(5)的检测范围进行扩展延伸。

4.如权利要求1所述的一种泥石流检测传感装置，其特征在于，对所述安装盒(1)进行防水密封。

5.如权利要求1所述的一种泥石流检测传感装置，其特征在于，所述水银开关(2)的水平安装倾斜角度能够调节，进而更改被触发的动作灵敏度。

6.如权利要求1所述的一种泥石流检测传感装置，其特征在于，在所述中心导体(12)下端固定有重垂体(11)，所述重垂体(11)用导电材料制成。

7.如权利要求2所述的一种泥石流检测传感装置，其特征在于，在传感器B1所在的检测监控区域与迅响器Spk1所在的生产生活区域之间，所用导线采用三芯屏蔽线。

8.如权利要求2所述的一种泥石流检测传感装置，其特征在于，在电源负极支路上串联有保险FUSE2。