CN208781385U - 自然灾害监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种自然灾害监控装置，包括信号接收装置和信号发射装置，信号发射装置与信号接收装置通过通讯模块连接，信号接收装置包括第一信号处理器和具有弹性、用于监测外界变化的导光纤维，导光纤维的弹性应变的范围为0‑1000％，第一信号监测处理装置用于监测并获取导光纤维的弹性形变量，信号发射装置包括用于接收第一信号处理器发出信号的第二信号处理器以及与第二信号处理器电连接的报警器。本实用新型提供的自然灾害监控装置在信号监测处理装置中连接弹性应变范围大的导光纤维，导光纤维采用具有高弹性的材料制成，弹性应变能力强，提高了监控的灵敏度和及时性，提高了对自然灾害的监控效果。

Description

自然灾害监控装置

技术领域

本实用新型属于自然灾害监控技术领域，更具体地说，是涉及一种自然灾害监控装置。

背景技术

自然灾害是人类所难以控制和预见的，地震、泥石流、山体滑坡等自然灾害的突发性和破坏力是生命和财产安全的巨大威胁，对建筑物、公路、铁路、水利、人类、动物等的威胁和破坏有着巨大的影响和破坏力。

目前的一些自然灾害监控系统多采用光纤铺设在需要监控的物体的周围，通过一些监测装置监测光纤的光学信号变化从而获取所需要监控的物体所处在的周围的状况。

然而，普通的光纤多是使用的是二氧化硅的材料，由于二氧化硅的弹性形变能力有限，在外力的作用下所产生的形变量较小，而且在外力较大的情况下很容易发生断裂而失去效用，对自然灾害的监控效果较差，使用普通光纤的监控装置适用的范围有限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种适用于监控滑坡、泥石流、塌陷等自然灾害，能够监控大型基础设施安全的监控装置，以解决现有技术中存在的对自然灾害的监控效果较差的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种自然灾害监控装置,包括信号接收装置和信号发射装置，所述信号发射装置与所述信号接收装置通讯连接，所述信号接收装置包括第一信号处理器和具有弹性、用于监测外界变化的导光纤维，所述导光纤维的弹性应变的范围为0-1000％，所述信号监测处理装置用于监测并获取所述导光纤维的弹性形变量，所述信号发射装置包括用于接收所述第一信号处理器发出信号的第二信号处理器以及与所述第二信号处理器电连接的报警器。

进一步地，所述导光纤维包括芯层和包覆在所述芯层外的包层。

进一步地，所述芯层的折光指数大于所述包层的折光指数。

进一步地，所述芯层的直径范围在7微米到1000微米之间。

进一步地，所述芯层为折光率大于所述包层材料的液体或者为热固性弹性体或者热塑性弹性体；所述包层为热固性弹性体或者热塑性弹性体。

进一步地，所述导光纤维上套设有用于保护所述导光纤维的弹性套管。

进一步地，所述套管中的骨架呈紧密排绕的螺旋线形。

进一步地，所述信号监测处理装置的终端设置有GPS定位模块。

进一步地，自然灾害监控装置还包括用于保护所述信号接收装置的保护装置，所述保护装置将所述信号接收装置容置在其中。

本实用新型提供的自然灾害监控装置的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型在信号监测处理装置中连接弹性应变范围大的导光纤维，导光纤维采用具有高弹性的材料制成，弹性应变范围可达0-1000％，信号监测处理装置对导光纤维的形变量进行实时监控和对比分析，导光纤维所具有强大的弹性应变范围能力，在监控的过程中，导光纤维不易被外界发生大的振动而轻易发生断裂或者失去弹性形变的能力，提高了监控的灵敏度和及时性，提高了对自然灾害的监控效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的自然灾害监控装置的组成结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的沿着导光纤维的径向的截面图；

图3为本实用新型实施例提供的导光纤维和套管内骨架的组合结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的自然灾害监控装置的监控方法的流程图。

其中，图中各附图主要标记：

1-信号接收装置；11-信号监测处理装置；12-第一信号存储器；13-信号传输器；111-第一信号处理器；112-导光纤维；1121-芯层；1122-包层；113-时基与控制单元；114-脉冲发生器；115-激光器；116-耦合器；117-探测器；118-放大模块；

2-信号发射装置；21-信号中转器；22-第二信号存储器；23-第二信号处理器；24；报警器；

3-GPRS模块；4-套管。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1，现对本实用新型提供的自然灾害监控装置进行说明。所述自然灾害监控装置，包括信号接收装置1和信号发射装置2，信号接收装置1用于接收外界的变化，信号接收装置1和信号发射装置2之间通讯连接，信号接收装置1和信号发射装置之间可以通过GPRS模块3连接，当然信号接收装置1和信号发射装置2之间还可以采用线路、光纤、WiFi等连接方式，信号接收装置1包括相互连接的信号监测处理装置11、第一信号存储器12、信号传输器13，其中信号监测处理装置11包括第一信号处理器111和导光纤维112，导光纤维112具有弹性，用于监测外界的变化，导光纤维112的应变范围可达0-1000％，导光纤维112在监测到外界的变化后发生形变，第一信号处理器111接收导光纤维112的形变量并进行分析和判断，信号发射装置2包括电性连接的信号中转器21、第二信号存储器22、第二信号处理器23和报警器24，信号监测处理装置11监测到导光纤维112的形变量后，信号传输器13将监测到信号通过GPRS模块3传输给信号发射装置2，信号经过信号中转器21、第二信号存储器22、第二信号处理器23、报警器24，报警器24将检测到的信号发出后提醒监控系统或者监控人员以便及时发出预警或者采取相关措施。需要说明的是，信号接收装置1中也可以省略第一信号存储器12、信号传输器13，信号发射装置2中也可以省略信号中转器21、第二信号存储器22，直接通过第一信号处理器111及第二信号处理器23就实现信号发射与接收。另外，在监测的过程中，还可以仅仅通过信号接收装置1进行整个监测的过程，将监测到的信号通过线路传输到外接的显示装置，或者直接在信号接收装置1外接警报装置，警报装置对监测到的信号发出预警。

具体的，信号监测处理装置11中还包括通过光或电连接的时基与控制单元113、脉冲发生器114、激光器115、用于与导光纤维112耦合的耦合器116、用于监测导光纤维112弹性形变量的探测器117以及放大模块118。具体的监控原理为：时基与控制单元113向脉冲发生器114发出指令，脉冲发生器114将一束窄的激光脉冲通过耦合器116注入到导光纤维112中,导光纤维112中产生的背向散射光(瑞利散射和拉曼散射)也通过该耦合器116耦合到光电探测器117中，背向散射回到入射端所需的时间相应于光脉冲在导光纤维112中所走的距离，由此，便可以获知导光纤维112的实时长度L，并对导光纤维112进行实时监控,实时对比L与初始长度L₀：(L-L₀)/L₀，放大模块118将放大后的信号传输给第一信号处理器111，第一信号处理器111将接收到的形变量的信号进行取样平均等计算并进行判断后传输至第一信号存储器12、信号传输器13。

本实用新型提供的自然灾害监控装置，与现有技术相比，本实用新型在信号监测处理装置11中连接弹性应变范围大的导光纤维112，导光纤维112采用具有高弹性的材料制成，弹性应变范围可达0-1000％，信号监测处理装置11对导光纤维112的形变量进行实时监控和对比分析，导光纤维112所具有强大的弹性应变范围能力，在监控的过程中，导光纤维112不易被外界发生大的振动而轻易发生断裂或者失去弹性形变的能力，提高了监控的灵敏度和及时性，提高了对自然灾害的监控效果。

进一步地，请参阅图2，导光纤维112包括芯层1121和包层1122，包层1122包覆在芯层1121的外部，其中，芯层1121和包层1122均为具有弹性的导光材料，在监测的过程中通过激光在芯层1121和包层1122中的瑞利散射和拉曼散射等以实现对导光纤维112的形变量的实时监测，同时包层1122也对芯层1121起到一个良好的保护作用。

进一步地，芯层1121的折光指数大于包层1122的折光指数，这样有利于光线在导光纤维112中形成全反射，减少光线的散失，有利于光线的传播。

进一步地，芯层1121的直径范围设置在7微米到1000微米之间，另外，还可以根据实际情况，导光纤维112可以为单模导光光纤或者多模导光纤维，其中，单模导光纤维112芯层1121的直径为7微米至15微米，多模导光纤维112的新层的直径在15微米以上，可以根据实际情况将多模纤维的直径设置为实际所需要的直径尺寸。在其他实施例中，还可将芯层中开设若干空腔结构，以增强光线在芯层内的折射和传播效果。

进一步地，芯层1121的材料可以为折光率大于包层1122材料的液体或者为热固性弹性体，或者热塑性弹性体或者热固性弹性体和热塑性弹性体的复合物。包层1122可以选用为热固性弹性体或者热塑性弹性体，或者热固性弹性体和热塑性弹性体的复合物，例如热固性弹性体可以选用为聚二甲基硅氧烷，热塑性弹性体为苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物和热塑性有机硅弹性体，复合物可以选用为苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物与聚乙烯的复合物。导光纤维112的具体结构可以将芯层1121的材料选用为苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物，包层1122选用为热塑性有机硅弹性体。芯层1121的材料还可以选用为可以导光的有机液体和无机液体，例如水、正己烷、硅油等，只要在芯层1121和包层1122的材料的选择时保持芯层1121的折光率高于包层1122的射光率即可。

进一步地，请参阅图3，导光纤维112上还套设有用于保护导光纤维112的套管4，套管4具有良好的弹性形变能力。导光纤维112在使用过程中可以将其平铺在被监测对象的表面、固定在被监测对象的内部或者埋在户外的土壤中。导光纤维112可以独立的铺设、亦可以依附于需要监测的载体上，例如可以将导光纤维112依附于纺织物、织网、铁丝网或者钢筋等物体之上一起铺设。导光纤维112长时间放置在户外，容易加快导光纤维112的腐蚀或者磨损，将套管4套设在导光纤维112的外部，使得导光纤维112的外部得到套管4的保护，使得导光纤维112长时间处在外界的复杂环境中能够延长使用的寿命，延长更换导光纤维112的周期。

进一步地，请参阅图3，套管4内的骨架呈排绕的螺旋线形，套管4可弯折和伸缩，将套管4套设在导光纤维112的外表面有助于分散导光纤维112在监控过程中所受到的来自于沿着其径向方向的力的作用，从而降低外部环境对导光纤维112的磨损和腐蚀。保护套管4的管壁由具有弹性的基底材料制成，例如橡胶、热塑性弹性体或者相关的复合物组成，套管4的管壁还设置有具有弹性的骨架结构，例如螺旋形钢丝结构。

进一步地，信号监测处理装置11的终端还设置有GPS定位模块，当信号监测处理装置11监测到导光纤维112的形变后，监控人员可以根据对GPS定位模块发出的定位信息快速定位可能发生或者已经发生险情的位置或者所监测的对象，以便监控人员快速做出反应或者及时发出预警的通知，将自然灾害的威胁和破坏降到最低，减少生命和财产的损失。

进一步地，自然灾害监控装置还包括保护装置，保护装置用于将信号接收装置1容置于其中，以减少外界的风吹、日晒对信号监测处理装置11的影响和干扰，延长使用寿命。

请参阅图4，本实用新型还提供一种基于上述自然灾害监控装置的监控方法，所述自然灾害监控装置的监控方法，包括如下步骤：

假设弹性光纤的形变量为x，预先设定的属于正常状况的第一预设范围为0-y，预先设定的属于险情的第二预设范围的最小值为z，外界的变化使得导光纤维112发生形变，第一信号处理器111监测到导光纤维112的形变量后对x和y的大小与进行比较并判断，若x≤y,即形变量处在第一预设范围内，则第一信号处理器111继续进行监测；

若x>y,即形变量超出第一预设范围，报警器24开始发出警报，第一信号处理器111将对形变量进行进一步地监测并判断是否超出了第二预设范围的形变量，若x≤z,即形变量位于第二预设范围内的情况，则第一信号处理器111继续进行监测；

若x>z，即形变量被监测后超出了第二预设范围的情况，则第一信号处理器111继续进行监测并发出采取应急措施的信号。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.自然灾害监控装置，其特征在于：包括信号接收装置和信号发射装置，所述信号发射装置与所述信号接收装置通讯连接，所述信号接收装置包括第一信号处理器和具有弹性、用于监测外界变化的导光纤维，所述导光纤维的弹性应变的范围为0-1000％，所述信号监测处理装置用于监测并获取所述导光纤维的弹性形变量，所述信号发射装置包括用于接收所述第一信号处理器发出信号的第二信号处理器以及与所述第二信号处理器电连接的报警器。

2.如权利要求1所述的自然灾害监控装置，其特征在于：所述导光纤维包括芯层和包覆在所述芯层外的包层。

3.如权利要求2所述的自然灾害监控装置，其特征在于：所述芯层的折光指数大于所述包层的折光指数。

4.如权利要求2所述的自然灾害监控装置，其特征在于：所述芯层的直径范围在7微米到1000微米之间。

5.如权利要求2所述的自然灾害监控装置，其特征在于：所述芯层为折光率大于所述包层材料的液体或者为热固性弹性体或者热塑性弹性体；所述包层为热固性弹性体或者热塑性弹性体。

6.如权利要求1所述的自然灾害监控装置，其特征在于：所述导光纤维上套设有用于保护所述导光纤维的弹性套管。

7.如权利要求6所述的自然灾害监控装置，其特征在于：所述套管中的骨架呈紧密排绕的螺旋线形。

8.如权利要求1所述的自然灾害监控装置，其特征在于：所述信号监测处理装置的终端设置有GPS定位模块。

9.如权利要求1所述的自然灾害监控装置，其特征在于：还包括用于保护所述信号接收装置的保护装置，所述保护装置将所述信号接收装置容置在其中。