CN217637324U - 多源监测传感器和基于传感器的杆塔姿态全方位监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了基于多源监测传感器的杆塔姿态全方位监测系统，所述系统采用一种地质灾害多源监测传感器(1)对杆塔姿态进行全方位监测，包括：壳体(13)、位移计(2)、倾角仪(3)、水准仪(4)和数据处理分析装置(5)；所述位移计(2)、数据处理分析装置(5)、倾角仪(3)和水准仪(4)分别安装于壳体(13)内；所述位移计(2)、倾角仪(3)和水准仪(4)的信号输出端与数据处理分析装置(5)连接；所述数据处理分析装置(5)，用于接收和分析所述位移计(2)、倾角仪(3)和水准仪(4)发送的数据信号，并进行上传；本实用新型可以同时反映出杆塔的位移、倾角和高差；减少监测过程中外界环境的干扰，提高监测质量。

Description

多源监测传感器和基于传感器的杆塔姿态全方位监测系统

技术领域

本实用新型属于地质灾害监测技术领域，具体涉及一种多源监测传感器和基于传感器的杆塔姿态全方位监测系统。

背景技术

地质灾害具有随机性、多样性、难以及时发现的特点，地质灾害的发生会造成严重的后果，危及到人们的生命和财产，如果能实时、准确地进行监测，就会避免生命和财产的损失。在工程建筑领域，监测仪技术为新兴建筑的设计和旧建筑的监测提供了强有力的依据，层出不穷的工程安全监测仪器逐渐填补了该领域的空白。现在的监测设备可以连续进行自动监测，在地区分布网点或在重点地区布置监测点，进行在线监测。但是，现有的监测设备不仅功能单一，而且生产成本高，价格昂贵，不便于推广使用，且不同种类的传感器都是独立的，分散安装，这种结构的系统既给安装带来了很多困难，而且还会影响数据采集的质量，增大了传感器被外界环境影响的风险。

输电线路杆塔修建在不同的地方，特别是在地质灾害严重的地方，需要在线监测杆塔的状态，对杆塔进行实时全面地进行监测，才能充分掌握杆塔的状态以及环境信息对杆塔的影响。现有设备一般都是单独对杆塔进行监测，设备结构复杂，安装过程比较困难，由于无法实时了解监测设备的工作状态，有时候会造成漏检，甚至还会造成监测错检现象，因此急需一种能全方位监测杆塔状态的设备。

实用新型内容

为克服上述现有技术的不足，本实用新型提出一种地质灾害多源监测传感器1，包括：壳体13、位移计2、倾角仪3、水准仪4和数据处理分析装置5；

所述位移计2、数据处理分析装置5、倾角仪3和水准仪4分别安装于壳体13内；

所述位移计2、倾角仪3和水准仪4的信号输出端与数据处理分析装置5连接；

所述数据处理分析装置5，用于接收和分析所述位移计2、倾角仪3和水准仪4发送的数据信号，并进行上传。

优选的，所述壳体13包括：安装支座11、液管接口41、气管接口42、通讯线缆接口12和排气阀45；

所述安装支座11安装于壳体13的底面，用于与外部进行连接；

所述液管接口41、气管接口42和通讯线缆接口12安装于壳体13的表面，且数量均为两个；所述液管接口41在气管接口42的下方；所述液管接口41、气管接口42和排气阀45与水准仪4连接；两个通讯线缆接口12相连，其中一个通讯线缆接口12与数据处理分析装置5连接；

所述排气阀45安装于壳体13侧面；所述排气阀45与所述液管接口41垂直且在同一水平面上；所述排气阀45与水准仪4连接。

优选的，所述水准仪4为静力水准仪；

所述水准仪4的液体管46两端，分别与壳体13侧面的两个液管接口41相连；

所述水准仪4的气体管44两端，分别与壳体13侧面的两个气管接口42相连；所述气体管44还与壳体13侧面的排气阀45连接，用于将液体管46上方的气体排出。

优选的，所述的传感器1还包括：温度仪和信号分时采集单元；

所述温度仪的信号输出端与数据处理分析装置5连接；

所述信号分时采集单元与数据处理分析装置5连接，用于按照预设时间控制位移计2、倾角仪3、水准仪4和温度仪分时获取数据信号。

基于多源监测传感器的杆塔姿态全方位监测系统，包括所述地质灾害多源监测传感器1 若干台及供电和数据采集器6；

若干台分布于杆塔四周的地质灾害多源监测传感器1依次连接后，与所述供电和数据采集器6连接，构成回路；

所述若干台地质灾害多源监测传感器1，用于获取杆塔姿态数据，进行初步分析后上传至供电和数据采集器6；

所述供电和数据采集器6，用于对若干台地质灾害多源监测传感器1上传的杆塔姿态数据进行处理和发送；还用于为若干台地质灾害多源监测传感器1供电。

优选的，所述若干台分布于杆塔四周的地质灾害多源监测传感器1的通讯线缆接口12，按设定顺序通过通讯电缆68依次连接组成连接电路后，与所述供电和数据采集器6连接。

优选的，所述供电和数据采集器6包括：外壳、多传感器采集模块、微处理器、GPRS无线通信模块和电池模块61；

所述多传感器采集模块、微处理器、GPRS无线通信模块和电池模块61安装于外壳内，且均与外壳连接；

所述外壳与若干台地质灾害多源监测传感器1的连接电路相连，用于传输若干台地质灾害多源监测传感器1上传的杆塔姿态数据；

所述多传感器采集模块，用于采集若干台地质灾害多源监测传感器1上传的杆塔姿态数据，得到杆塔姿态采集信号，并传输到微处理器中；

所述微处理器与多传感器采集模块连接，用于对所述杆塔姿态采集信号进行分析处理，并生成用于上传的杆塔姿态传输信号；

所述GPRS无线通信模块与微处理器连接，用于发送所述杆塔姿态传输信号；

所述电池模块61，用于为若干台地质灾害多源监测传感器1、多传感器采集模块、微处理器和GPRS无线通信模块供电；

所述杆塔姿态数据包括杆塔相对于地面的沉降值、位移值和倾角。

优选的，所述多传感器采集模块，包括：沉降传感器采集模块、倾角传感器采集模块和位移传感器采集模块；

所述沉降传感器采集模块，用于采集通过若干个水准仪4得到的杆塔沉降数据，得到杆塔沉降变形采集信号；

所述倾角传感器采集模块，用于采集通过若干个倾角仪3得到的杆塔倾角数据，得到杆塔倾角采集信号；

所述位移传感器采集模块，用于采集通过若干个位移计2得到的杆塔相对于地面的位移数据，得到杆塔水平位移采集信号。

优选的，所述多传感器采集模块，还包括：温度传感器采集模块；

所述温度传感器采集模块，用于采集通过若干个温度仪得到的杆塔监控区域内的环境温度变化数据，得到杆塔监控区域内的环境温度变化采集信号。

优选的，所述外壳包括：通讯电缆接口62、按键63、电池模块接口64和天线接口65；

所述电池模块接口64与若干台地质灾害多源监测传感器1的连接电路、电池模块61、多传感器采集模块、微处理器和GPRS无线通信模块连接；

所述通讯电缆接口62与多传感器采集模块连接；

所述天线接口65与GPRS无线通信模块连接；

所述按键63与电池模块61连接，用于控制所述电池模块61的关断。

优选的，所述供电和数据采集器6，还包括：预报计算模块、预报选择模块、程序存储器、数据存储器和显示模块；

所述预报计算模块、预报选择模块、程序存储器、数据存储器和显示模块分别与微处理器连接；

所述预报计算模块，用于基于预设的算法模型，对微处理器的传输信号进行解算，并传输至预报选择模块；

所述预报选择模块，用于根据预报计算模块解算的传输信号，基于预设阀值筛选符合预报条件的传输信号，作为预警数据并通过GPRS无线通信模块上报；

所述程序存储器，用于根据存储的程序自动执行预设命令；

所述数据存储器，用于对所述系统的数据进行存储；

所述显示模块，用于显示所述系统的电量以及系统的工作状态信息。

优选的，所述系统还包括：液管81、气管82和储液罐8；

所述若干台分布于杆塔四周的地质灾害多源监测传感器1的液管接口41，按设定顺序通过液管81依次连接后，与所述储液罐8连接，构成连通器管道系统；

所述若干台分布于杆塔四周的地质灾害多源监测传感器1的气管接口42，按设定顺序通过气管82依次连接。

与最接近的现有技术相比，本实用新型具有的有益效果如下：

本实用新型提供了一种多源监测传感器和基于传感器的杆塔姿态全方位监测系统，所述系统采用一种地质灾害多源监测传感器1对杆塔姿态进行全方位监测，包括：壳体13、位移计2、倾角仪3、水准仪4和数据处理分析装置5；所述位移计2、数据处理分析装置5、倾角仪3和水准仪4分别安装于壳体13内；所述位移计2、倾角仪3和水准仪4的信号输出端与数据处理分析装置5连接；所述数据处理分析装置5，用于接收和分析所述位移计2、倾角仪3和水准仪4发送的数据信号，并进行上传；本实用新型提供的传感器将位移计2、倾角仪3和水准仪4集于一体，可以同时反映出杆塔的位移、倾角和高差；减少监测过程中外界环境的干扰，提高监测质量。

利用本实用新型提供的系统，能够做到实时监测杆塔的状态，解决了当前监测设备的漏检、错检问题；本实用新型提供的系统结构简单，安装方便，成本低廉，利于推广使用。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种地质灾害多源监测传感器1的内部结构俯视图；

图2为本实用新型提供的一种地质灾害多源监测传感器1的内部结构主视图；

图3为本实用新型提供的一种地质灾害多源监测传感器1的内部结构剖视图；

图4为本实用新型提供的一种地质灾害多源监测传感器1的立体图；

图5为本实用新型提供的基于多源监测传感器的杆塔姿态全方位监测系统结构示意图；

图6为本实用新型提供的基于多源监测传感器的杆塔姿态全方位监测系统中供电和数据采集器6的连接关系示意图；

图7为本实用新型提供的基于多源监测传感器的杆塔姿态全方位监测系统中供电和数据采集器6的外壳结构剖视图；

图8为本实用新型提供的基于多源监测传感器的杆塔姿态全方位监测方法流程示意图；

图9为本实用新型提供的一种地质灾害多源监测传感器1的执行任务流程图；

图10为本实用新型提供的基于多源监测传感器的杆塔姿态全方位监测系统的信号采集电路结构框图；

图11为本实用新型提供的基于多源监测传感器的杆塔姿态全方位监测系统的信号分时采集和遍历传输电路结构示意图；

附图标号说明：

1-监测传感器，2-位移计，3-倾角仪，4-水准仪，5-数据处理分析装置，6-供电和数据采集器，8-储液罐，11-安装支座，12-通讯线缆接口，13-壳体，21-线栓，31-倾角传感器支座， 32-倾角测量芯片，41-液管接口，42-气管接口，43-硅压芯片，44-气体管，45-排气阀，46- 液体管，61-电池模块，62-通讯电缆接口，63-按键，64-电池模块接口，65-天线接口，66-集成电路，67-外壳盖板，68-通讯电缆，81-液管，82-气管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的详细说明。

实施例1：

本实用新型提供的一种地质灾害多源监测传感器1(又称芯片级地质灾害多源监测传感器1或监测传感器1或传感器1)，其内部结构俯视图、内部结构主视图、内部结构剖视图和立体图，分别如图1、图2、图3和图4所示，包括：壳体13、位移计2、倾角仪3、水准仪 4和数据处理分析装置5；

所述位移计2、数据处理分析装置5、倾角仪3和水准仪4分别安装于壳体13内；

所述位移计2、倾角仪3和水准仪4的信号输出端与数据处理分析装置5连接；

所述数据处理分析装置5，用于接收和分析所述位移计2、倾角仪3和水准仪4发送的数据信号，并进行上传；

所述位移计2、倾角仪3、水准仪4可同时测量监测点的位移信号、倾角信号和高差信号，一次完成三组数据的监测；本实施例的数据处理分析装置5，通过将位移计2、倾角仪3和水准仪4的数据信号(又称为模拟信号)转换成RS485信号进行传输。

本实施例提供的芯片级地质灾害多源监测传感器1，一般安装在与被测物体等高的测墩上或被测物体墙壁等高线上，观测数据(即数据信号)通过物联网网关，然后通过无线或者有线网络发送到服务器，通过服务器上的数据处理软件对观测数据进行分析计算，并在客户端软件上展现监测成果报告。

所述壳体13采用铝合金材质制成，强度较高且耐腐蚀性能较好，在大多数不良地质条件下都能进行正常工作，工作温度区间上至125℃，下至-40℃，复杂环境下可在设备外配置安装保护罩，即可用于长期健康监测。所述壳体13包括：安装支座11、液管接口41、气管接口42、通讯线缆接口12和排气阀45；

所述安装支座11安装于壳体13的底面，用于与外部进行连接；用于固定整个地质灾害多源监测传感器1；

所述液管接口41、气管接口42和通讯线缆接口12安装于壳体13的表面，且数量均为两个；所述液管接口41在气管接口42的下方；所述液管接口41、气管接口42和排气阀45与水准仪4连接；

所述液管接口41用于连接水准仪4的液体管46，以适于相互串接的传感器1形成一个连通器；其中一个液管接口41用于连接前一个传感器1的液管接口41，另一个液管接口41用于连接下一个传感器1的液管接口41；

所述气管接口42用于连接水准仪4的气体管44，以适于相互串接的传感器1处于同一气压水平；其中一个气管接口42用于连接前一个传感器1的气管接口42，另一个气管接口42用于连接下一个传感器1的气管接口42；

两个通讯线缆接口12相连，其中一个通讯线缆接口12与数据处理分析装置5连接，以适于为数据处理分析装置5提供电源和进行数据通讯；且其中一个通讯线缆接口12用于连接前一个传感器1的通讯线缆接口12，另一个通讯线缆接口12用于连接下一个传感器1的通讯线缆接口12；

所述排气阀45安装于壳体13侧面；所述排气阀45与所述液管接口41垂直且在同一水平面上；所述排气阀45与水准仪4的气体管44连接，用于将水准仪4的液体管46上方的气体排出，以适于保持相互串接的液体管46中的液体处于同一气压水平。气管82通气的作用是使所有测点的气压保持一致，整个气压平衡系统应相互连通且仅在一端与大气相通，保证液面压力为标准大气压力，安装时要确保排气阀45正常排气。

本实施例提供的数据处理分析装置5设置于壳体13上的安装槽内，以便于检查数据处理分析装置5；本实施例提供的数据处理分析装置5采用芯片STC8F2K16S2。

当本实施例中所述位移计2为拉绳式位移计时，本实施例提供的壳体13上还设置有用于固定拉线自由端的线栓21，安装时，拉住线栓21，牵引出拉线，然后固定到需要的位置即可。

本实施例提供了拉线位移传感器，用于输出由拉线位移传感器形成的位移信号，然后分析得到监测点的位移数据；本实施例的拉线位移传感器可以采用基于相对位移原理制作的传感器，该类拉线位移传感器主要是把角位移的角度变化用绕线轮和拉线(拉绳)的方式转换成了直线位移，而直线位移的由来就是按照角度的变换和绕线轮的周长比例计算而得。相对位移主要是一个对象与另一个对象为参照产生的位移变化。

本实施例的拉线位移传感器可以采用基于绝对位移原理制作的传感器，该类拉线位移传感器主要是把角位移的角度变化用绕线轮和拉线(拉绳)的方式转换成了直线位移，而直线位移的由来就是按照角度的变换和绕线轮的周长比例计算而得。绝对位移主要是一个对象相对于地球为参照产生的位移变化。

本实施例提供的拉线位移传感器可以采用电感调频式原理制作的传感器，该类拉线位移传感器将机械位移量转换成可计量的、成线性比例的电信号。被测物体产生位移时，拉动与其相连接的钢绳，钢绳带动传感器传动机构和传感元件同步转动；当位移反向移动时，传感器内部的回旋装置将自动收回绳索，并在绳索伸收过程中保持其张力不变，从而输出一个与绳索移动量成正比例的电信号。

所述水准仪4为静力水准仪；

所述水准仪4的液体管46两端，分别与壳体13侧面的两个液管接口41相连；

所述水准仪4的气体管44两端，分别与壳体13侧面的两个气管接口42相连；所述气体管44还与壳体13侧面的排气阀45连接，用于将液体管46上方的气体排出。

本实施例提供的静力水准仪用于输出由静力水准仪形成的压力信号，然后根据压力信号分析得到监测点的沉降数据；所述静力水准仪由两个或两个以上大量程物位计/静力水准仪传感器串联组成，另外再由一个储液罐8组成液体连通系统。水准仪传感器之间由液管81和气管82连接。使用时将基准传感器置于一个稳定，不易发生沉降，并基本与测点保持水平的基点。当各个测点发生沉降时，将引起传感器1内液体的增加或者减少，通过大量程物位计/静力水准仪传感器的读数了解各测点的差异变形情况。

本实施例的静力水准仪是压差式静力水准仪，利用连通器原理实现竖向位移测量。采用扩散硅压力敏感元件制作的硅压芯片43，并集成温度修正元件，通过RS485数字型接口输出高精度的数据。根据静止液面在重力作用下保持同一水平的特性,亦即与大地水准面相平行的水准面的原理,测量各点间的高程差，从而直接得到垂直形变或间接求得倾斜角度的变化。

本实施例提供的倾角仪3包括倾角传感器支座31、倾角测量芯片32；所述倾角传感器支座31设置于壳体上13，所述倾角测量芯片32设置于倾角传感器支座31上，用于通过重力加速度原理测量倾角变化；

本实施例提供的倾角传感器用于获取由倾角形成的角度信号，然后分析得到监测点的倾角数据；本实施例提供的倾角传感器采用基于重力加速度原理制作的传感器，该类传感器将设备放置在所测平面上，同时测量X、Y两个方向的倾斜变化，得出该点的倾斜方向与倾斜角度，可直接挂接总线系统进行自动化数据采集。

所述传感器1还包括：温度仪和信号分时采集单元；

所述温度仪的信号输出端与数据处理分析装置5连接；

所述信号分时采集单元与数据处理分析装置5连接，用于按照预设时间控制位移计2、倾角仪3、水准仪4和温度仪分时获取数据信号。

实施例2：

本实用新型提供的基于多源监测传感器的杆塔姿态全方位监测系统，其结构示意图如图 5所示，包括：地质灾害多源监测传感器1若干台及供电和数据采集器6；

若干台分布于杆塔四周的地质灾害多源监测传感器1依次连接后，与所述供电和数据采集器6连接，构成回路；

所述若干台地质灾害多源监测传感器1，用于获取杆塔姿态数据，进行初步分析后上传至供电和数据采集器6；

所述供电和数据采集器6，用于对若干台地质灾害多源监测传感器1上传的杆塔姿态数据进行处理和发送；还用于为若干台地质灾害多源监测传感器1供电。

所述若干台分布于杆塔四周的地质灾害多源监测传感器1的通讯线缆接口12，按设定顺序通过通讯电缆68依次连接组成连接电路后，与所述供电和数据采集器6连接。具体来说：

每个所述传感器1中位移计2、倾角仪3、水准仪4的信号采集输出端通过设置于传感器 1上的通讯电缆接口12连接；各所述传感器1的通讯线缆接口12与下一个传感器1的通讯线缆接口12连接，以适于所采集的杆塔环境信号通过通讯电缆68依次进行传输，使得分布于杆塔四周的监测传感器1连接于供电和数据采集器6上，所述供电和数据采集器6用于为监测传感器1提供电能以及预处理采集到的杆塔环境信号。

本实施例将设置于壳体13上的通讯线缆接口12划分为第一通讯电缆接口和第二通讯电缆接口；所述第一通讯电缆接口通过导线与数据处理分析装置5连接，所述第二通讯电缆接口与第一通讯电缆接口连接；所述第二通讯电缆接口与下一个监测传感器1的第一通讯电缆接口连接，所述下一个监测传感器1的第二通讯电缆接口与另外的监测传感器1的第一通讯电缆接口连接；第一个所述监测传感器1的第一通讯电缆接口与供电和数据采集器6的一端连接；最后一个所述监测传感器1的第二通讯电缆接口与供电和数据采集器6的另一端连接。

所述系统还包括：液管81、气管82和储液罐8；

所述若干台分布于杆塔四周的地质灾害多源监测传感器1的液管接口41，按设定顺序通过液管81依次连接后，与所述储液罐8连接，构成连通器管道系统；

所述若干台分布于杆塔四周的地质灾害多源监测传感器1的气管接口42，按设定顺序通过气管82依次连接。

本实施例中的每个所述传感器1中的水准仪4通过液管81和气管82与另一监测传感器 1中的水准仪4连接，使得分布于杆塔四周的若干台地质灾害多源监测传感器1中的水准仪4 连接于同一个储液罐8上，并构成连通器管道系统。

本实施例将水准仪4的液管接口41划分为进水口和出水口；气管接口42划分为进气口和出气口。所述出水口与下一个水准仪4的进水口连接，所述下一个水准仪4的出水口与另外的水准仪4的进水口连接；所述出气口与下一个水准仪4的进气口连接，下一个水准仪4 的出气口与另外的水准仪4的进气口连接。第一个所述监测传感器1的进水口与储液罐8的一端连通；最后一个所述监测传感器1的出水口与储液罐8的另一端连通；第一个所述监测传感器1的进气口与储液罐8的液面上方连通；最后一个所述监测传感器1的出气口与储液罐8的液面上面连通。

本实施例中液管81中的液体应选择纯净水，若无条件可选择静置后的自来水，考虑到低温环境，液体可以以1：1比例加入防冻液，防止液体低温结冻。灌液时，要注意水压的高低平衡(可利用沉降自动化监测系统作为辅助先将沉降自动化监测系统首尾两端测点的气口打开，将其形成高低差，然后由储液罐8的上盖向其中缓慢不间断地充入液体，同时观察液管 81内是否有气泡产生，如果发现气泡要及时排除，当液体充满液管81且液管81内的气泡排完后停止充液)，储液罐8液位高度需保持在1/2左右。

所述供电和数据采集器6的结构示意图如图6所示，包括：外壳、多传感器采集模块、微处理器、GPRS无线通信模块和电池模块61；

所述多传感器采集模块、微处理器、GPRS无线通信模块和电池模块61安装于外壳内，且均与外壳连接；

所述外壳与若干台地质灾害多源监测传感器1的连接电路相连，用于传输若干台地质灾害多源监测传感器1上传的杆塔姿态数据；

所述多传感器采集模块，用于采集若干台地质灾害多源监测传感器1上传的杆塔姿态数据，得到杆塔姿态采集信号，并传输到微处理器中；

所述微处理器与多传感器采集模块连接，用于对所述杆塔姿态采集信号进行分析处理，并生成用于上传的杆塔姿态传输信号；

所述GPRS无线通信模块与微处理器连接，用于发送所述杆塔姿态传输信号，在既有网络覆盖的地区，利用成熟稳定的网络信号透传。该装置设计天线接口65可安装天线，以更好的覆盖、更快的速度、更低的延时，物联网数据提供无线连接服务；

所述电池模块61，用于为若干台地质灾害多源监测传感器1、多传感器采集模块、微处理器和GPRS无线通信模块供电；本实施例中电池模块61采用锂电池或太阳能电池；另可设置供电管理模块，所述供电管理模块与电池模块61，用于管理控制电池模块61工作和供电转换模式。

所述杆塔姿态数据包括杆塔相对于地面的沉降值、位移值和倾角。

所述多传感器采集模块，包括：沉降传感器采集模块、倾角传感器采集模块和位移传感器采集模块；

所述沉降传感器采集模块，用于采集通过若干个水准仪4得到的杆塔沉降数据，得到杆塔沉降变形采集信号；具体来说用于测量不均匀沉降变形，一般安装采用多组串联，测量相互之间差异沉降变化，且可直接输出物理量；

所述倾角传感器采集模块，用于采集通过若干个倾角仪3得到的杆塔倾角数据，得到杆塔倾角采集信号；具体来说用于测量倾斜倾角变化，测量X、Y两个方向的倾斜变化；

所述位移传感器采集模块，用于采集通过若干个位移计2得到的杆塔相对于地面的位移数据，得到杆塔水平位移采集信号；具体用于测量物体间相对运动的水平位移。

所述多传感器采集模块，还包括：温度传感器采集模块；

所述温度传感器采集模块，用于采集通过若干个温度仪得到的杆塔监控区域内的环境温度变化数据，得到杆塔监控区域内的环境温度变化采集信号。

如图7为供电和数据采集器6的外壳结构剖视图，所述外壳包括：通讯电缆接口62、按键63、电池模块接口64、天线接口65和外壳盖板67；

所述电池模块接口64与若干台地质灾害多源监测传感器1的连接电路、电池模块61、多传感器采集模块、微处理器和GPRS无线通信模块连接；

所述通讯电缆接口62与多传感器采集模块连接；

所述天线接口65与GPRS无线通信模块连接；其中天线可采用4G/GPRS天线；

所述按键63与电池模块61连接，用于控制所述电池模块61的关断；

所述通讯电缆接口62、按键63、电池模块接口64和天线接口65组成集成电路66，所述集成电路66与多传感器采集模块、微处理器、GPRS无线通信模块和电池模块61连接。

所述供电和数据采集器6，还包括：预报计算模块、预报选择模块、程序存储器、数据存储器和显示模块；

所述预报计算模块、预报选择模块、程序存储器、数据存储器和显示模块分别与微处理器连接；

所述预报计算模块，用于基于预设的算法模型，对微处理器的传输信号进行解算，并传输至预报选择模块；

所述预报选择模块，用于根据预报计算模块解算的传输信号，基于预设阀值判断和信息筛选符合预报条件的传输信号，作为预警数据并通过GPRS无线通信模块上报；

所述程序存储器，内置嵌入式程序，可自动执行预设命令，自动采集、存储、传输等功能；

所述数据存储器，可将所有传感器数据、解算数据存储，防止数据丢失和做数据备份；

所述显示模块，用于显示所述系统的电量以及系统的工作状态是否异常，方便快速判断故障和解决问题。

所述供电和数据采集器6，还包括：预警单元，所述预警单元与微处理器连接，用于接收微处理器生成的预警信号，所述预警单元将预警信号通过GPRS无线通信模块将预警信号通过短信方式发送。

实施例3：

本实用新型还提供了基于多源监测传感器的杆塔姿态全方位监测方法，其流程示意如图 8所示，包括：

步骤1：通过若干台分布于杆塔四周的地质灾害多源监测传感器1获取杆塔姿态数据，并对所述杆塔姿态数据进行初步分析后上传至供电和数据采集器6；

步骤2：通过供电和数据采集器6，对若干台地质灾害多源监测传感器1上传的杆塔姿态数据进行处理，得到杆塔姿态传输信号并发送；

所述杆塔姿态数据包括杆塔相对于地面的沉降值、位移值和倾角。

步骤1具体包括：

通过若干台地质灾害多源监测传感器1中的位移计2，获取杆塔相对于地面的位移数据信号，并发送至地质灾害多源监测传感器1中的数据处理分析装置5；

通过若干台地质灾害多源监测传感器1中的倾角仪3，获取杆塔倾角数据信号，并发送至地质灾害多源监测传感器1中的数据处理分析装置5；

通过若干台地质灾害多源监测传感器1中的水准仪4，获取杆塔沉降变形数据信号，并发送至地质灾害多源监测传感器1中的数据处理分析装置5；

通过若干台地质灾害多源监测传感器1中的数据处理分析装置5，对所述位移计2发送的杆塔相对于地面的位移数据信号、倾角仪3发送的杆塔倾角数据信号和水准仪4发送的杆塔沉降变形数据信号进行接收和分析得到杆塔姿态数据，并上传至供电和数据采集器6。

所述通过若干台地质灾害多源监测传感器1中的数据处理分析装置5，对所述位移计2 发送的杆塔相对于地面的位移数据信号、倾角仪3发送的杆塔倾角数据信号和水准仪4发送的杆塔沉降变形数据信号进行接收和分析得到杆塔姿态数据，包括：

当若干台传感器1中的任一台的数据处理分析装置5分析得到异常的杆塔相对于地面的位移数据信号、杆塔倾角数据信号或杆塔沉降变形数据信号中任一信号或多个信号异常时，分析到异常的传感器1向其余未分析得到异常的传感器1发送告警信号；

其余未分析得到异常的传感器1基于接收的告警信号，控制各自杆塔姿态获取设备(包括位移计2、倾角仪3和水准仪4)中任一、多个或全部，在设定信号获取频率的基础上，提高杆塔相对于地面的位移数据信号、杆塔倾角数据信号或杆塔沉降变形数据信号的获取频率，通过各自的数据处理分析装置5对获取的杆塔相对于地面的位移数据信号、杆塔倾角数据信号或杆塔沉降变形数据信号的获取频率进行接收，并分析是否异常；

当未分析得到异常的数据处理分析装置5在设定时间内未分析到杆塔相对于地面的位移数据信号、杆塔倾角数据信号或杆塔沉降变形数据信号中任一信号异常后，该传感器1中的位移计2、倾角仪3或水准仪4执行设定信号获取频率；否则，向未分析得到异常的若干台地质灾害多源监测传感器1发送告警信号。

对所述杆塔姿态数据进行初步分析后上传至供电和数据采集器6之前，还包括：通过若干台分布于杆塔四周的地质灾害多源监测传感器1获取杆塔监控区域内的环境温度变化数据。

所述通过若干台分布于杆塔四周的地质灾害多源监测传感器1获取杆塔姿态数据，包括：

通过若干台地质灾害多源监测传感器1中的信号分时采集单元，按照预设时间控制若干台地质灾害多源监测传感器1中的位移计2、倾角仪3水准仪4和温度仪分时获取杆塔姿态数据信号；并定时判断若干台地质灾害多源监测传感器1中的位移计2、倾角仪3、水准仪4 和温度仪，是否达到设定的杆塔姿态数据信号获取次数；

若是，则控制位移计2、倾角仪3和水准仪4将杆塔姿态数据信号发送至数据处理分析装置5；否则控制位移计2、倾角仪3和水准仪4继续获取杆塔姿态数据信号，直到达到设定的杆塔姿态数据信号获取次数。

上述判断和循环步骤为地质灾害多源监测传感器1的执行任务，所述执行任务的流程图如图9所示，具体为：

本实施例中的位移计2、倾角仪3、水准仪4按照预设顺序，分别设置信号采集间隔时间，然后依次将采集到的信号传输到供电和数据采集器6中进行相应的数据处理，存储于数据存储器中。

本实施例提供的多要素程序流程，包括两个循环任务，第一个循环任务是多要素循环采集任务，第二循环任务是循环遍历上传信号任务。

第一循环任务包括：

通过静力水准仪循环采集静力水准差压值，并将采样数据存储到数据缓存数组中；

通过倾角仪3循环采集倾角数据，并将采样数据存储到数据缓存数组中；

通过拉线位移计循环采集拉线位移电阻值，并将采样数据存储到数据缓存数组中；

通过温度仪循环采集设备温度值，并将采样数据存储到数据缓存数组中。

第二循环任务包括：

定时判断是否达到设定采样次数，如果否，则继续循环采集数据；

如果是，则以各个传感器1得到的值做滤波和标定计算后得到相应结果；

等待无线采集终端的遍历指令，如果没有接收到遍历指令，则循环采集数据；

如果接收到遍历指令，则打包指令遍历的传感器值发送到RS485接口；

通过RS485接口向上传输传感器1的采集值。

如图10所示，为基于多源监测传感器的杆塔姿态全方位监测系统的信号采集电路结构框图，本实施例的地质灾害多源监测传感器1中倾角仪3的数字倾角探头通过SPI接口与微处理器连接，位移计2中的拉线位移电阻探头通过ADC采样模块与微处理器连接，水准仪4 中的静力水准差压探头通过ADC采用模块与微处理器连接，存储器与微处理器连接，定时器与微处理器连接，温度计与微处理器连接，电池模块61包括主电源和可控电源2，所述主电源与RS485总线通信接口和微处理器连接，所述可控电源2分别与静力水准差探头、拉线位移电阻探头、数字倾角探头和微处理器连接；可控电源1备用。所述GPRS无线通信模块与通讯电缆接口62连接，所述GPRS无线通信模块采用RS485总线通信传输，所述RS485总线通信与微处理器连接。

如图11所示为信号分时采集和遍历传输电路结构示意图，本实施例提供的微处理器中设置有分时控制电路单元、遍历信号单元和信号传输单元，所述分时控制电路单元与各信号采集传感器(包括位移计2、倾角仪3和水准仪4)连接，用于分别控制各信号采集传感器的工作状态，所述分时控制电路单元与微处理器连接，用于设置各信号采集传感器按照预设时间依次采集监测区域的环境信号，并将各信号采集传感器采集的采样信号存储到数据缓存数组中；

所述遍历信号单元与微处理器连接，用于控制数据缓存数组的遍历过程，通过设置遍历查询的预设时间和查询对象。

步骤2具体包括：

通过多传感器采集模块，采集若干台地质灾害多源监测传感器1上传的杆塔姿态数据，得到杆塔姿态采集信号，并传输到微处理器中；

通过微处理器，对所述杆塔姿态采集信号进行分析处理，并生成用于上传的杆塔姿态传输信号；

通过GPRS无线通信模块，发送所述杆塔姿态传输信号。

所述通过多传感器采集模块，采集若干台地质灾害多源监测传感器1上传的杆塔姿态数据，得到杆塔姿态采集信号，包括：

通过沉降传感器采集模块，采集通过若干个水准仪4得到的杆塔沉降数据，得到杆塔沉降变形采集信号；

通过倾角传感器采集模块，采集通过若干个倾角仪3得到的杆塔倾角数据，得到杆塔倾角采集信号；

通过位移传感器采集模块，采集通过若干个位移计2得到的杆塔相对于地面的位移数据，得到杆塔水平位移采集信号。

所述通过微处理器，对所述杆塔姿态采集信号进行分析处理，并生成用于上传的杆塔姿态传输信号之后，还包括：

通过预报计算模块，基于预设的算法模型，对微处理器的传输信号进行解算，并传输至预报选择模块；

通过预报选择模块，根据预报计算模块解算的传输信号，基于预设阀值筛选符合预报条件的传输信号，作为预警数据并通过GPRS无线通信模块上报；

通过显示模块，显示所述系统的电量以及系统的工作状态信息。

通过供电和数据采集器6，得到杆塔姿态传输信号并发送之前，还包括：通过温度传感器采集模块，采集通过若干个温度仪得到的杆塔监控区域内的环境温度变化数据，得到杆塔监控区域内的环境温度变化采集信号。

本实用新型提供的基于多源监测传感器的杆塔姿态全方位监测系统及方法具有如下优点：

本实用新型提供的芯片级地质灾害多源监测传感器1，该传感器1将静力水准仪、拉绳式位移计及固定倾斜仪三者具备的功能集于一身，同时反映出测量点的高差、位移和倾角，一次完成三组数据的监测，且具有强大的储存功能。

本传感器1测量迅速，精密稳定，内置所需功能的芯片，依据压力式原理、电信号转换原理及重力加速度原理，将测出的值转换为数字信号显示于显示屏上，设备的精度可达± 0.1％F.S，在设备稳定状况下，数据基本无浮动。

同时，本传感器1在安装方面，省时省力，节约成本，克服了便携式设备必须人工监测的缺点，经此设备可进行无线自动化检测，可满足绝大多数不同场合的数据采集需求，不仅节省了人力物力，还避免了使用人工进行监测的过程中可能发生的伤亡问题，在节约时间成本的基础上进一步节约了经济成本。

本传感器1安装简单，操作便捷，安装完成后在云端平台或手机APP进行数据查看无误后即可投入使用，用该设备监测出的数据可直接在软件上显示，也可采集显示出传感器全球唯一编号，自编号，测量日期，时间，测量值，偏差值等信息。

本传感器1实用性高，耐用性好，该设备采用铝合金材质制成，强度较高且耐腐蚀性能较好，在大多数不良地质条件下都能进行正常工作，工作温度区间上至125℃，下至-40℃，复杂环境下可在设备外配置安装保护罩，则可用于长期健康监测。

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本实用新型后依然可对实用新型的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在实用新型待批的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种地质灾害多源监测传感器(1)，其特征在于，包括：壳体(13)、位移计(2)、倾角仪(3)、水准仪(4)和数据处理分析装置(5)；

所述位移计(2)、数据处理分析装置(5)、倾角仪(3)和水准仪(4)分别安装于壳体(13)内；

所述位移计(2)、倾角仪(3)和水准仪(4)的信号输出端与数据处理分析装置(5)连接；

所述数据处理分析装置(5)，用于接收和分析所述位移计(2)、倾角仪(3)和水准仪(4)发送的数据信号，并进行上传。

2.如权利要求1所述的传感器(1)，其特征在于，所述壳体(13)包括：安装支座(11)、液管接口(41)、气管接口(42)、通讯线缆接口(12)和排气阀(45)；

所述安装支座(11)安装于壳体(13)的底面，用于与外部进行连接；

所述液管接口(41)、气管接口(42)和通讯线缆接口(12)安装于壳体(13)的表面，且数量均为两个；所述液管接口(41)在气管接口(42)的下方；所述液管接口(41)、气管接口(42)和排气阀(45)与水准仪(4)连接；两个通讯线缆接口(12)相连，其中一个通讯线缆接口(12)与数据处理分析装置(5)连接；

所述排气阀(45)安装于壳体(13)侧面；所述排气阀(45)与所述液管接口(41)垂直且在同一水平面上；所述排气阀(45)与水准仪(4)连接。

3.如权利要求2所述的传感器(1)，其特征在于，所述水准仪(4)为静力水准仪；

所述水准仪(4)的液体管(46)两端，分别与壳体(13)侧面的两个液管接口(41)相连；

所述水准仪(4)的气体管(44)两端，分别与壳体(13)侧面的两个气管接口(42)相连；所述气体管(44)还与壳体(13)侧面的排气阀(45)连接，用于将液体管(46)上方的气体排出。

4.如权利要求1所述的传感器(1)，其特征在于，还包括：温度仪和信号分时采集单元；

所述温度仪的信号输出端与数据处理分析装置(5)连接；

所述信号分时采集单元与数据处理分析装置(5)连接，用于按照预设时间控制位移计(2)、倾角仪(3)、水准仪(4)和温度仪分时获取数据信号。

5.基于多源监测传感器的杆塔姿态全方位监测系统，包括如权利要求1-4任一项所述的地质灾害多源监测传感器(1)若干台及供电和数据采集器(6)；

若干台分布于杆塔四周的地质灾害多源监测传感器(1)依次连接后，与所述供电和数据采集器(6)连接，构成回路；

所述若干台地质灾害多源监测传感器(1)，用于获取杆塔姿态数据，进行初步分析后上传至供电和数据采集器(6)；

所述供电和数据采集器(6)，用于对若干台地质灾害多源监测传感器(1)上传的杆塔姿态数据进行处理和发送；还用于为若干台地质灾害多源监测传感器(1)供电。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述若干台分布于杆塔四周的地质灾害多源监测传感器(1)的通讯线缆接口(12)，按设定顺序通过通讯电缆(68)依次连接组成连接电路后，与所述供电和数据采集器(6)连接。

7.如权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述供电和数据采集器(6)包括：外壳、多传感器采集模块、微处理器、GPRS无线通信模块和电池模块(61)；

所述多传感器采集模块、微处理器、GPRS无线通信模块和电池模块(61)安装于外壳内，且均与外壳连接；

所述外壳与若干台地质灾害多源监测传感器(1)的连接电路相连，用于传输若干台地质灾害多源监测传感器(1)上传的杆塔姿态数据；

所述多传感器采集模块，用于采集若干台地质灾害多源监测传感器(1)上传的杆塔姿态数据，得到杆塔姿态采集信号，并传输到微处理器中；

所述微处理器与多传感器采集模块连接，用于对所述杆塔姿态采集信号进行分析处理，并生成用于上传的杆塔姿态传输信号；

所述GPRS无线通信模块与微处理器连接，用于发送所述杆塔姿态传输信号；

所述电池模块(61)，用于为若干台地质灾害多源监测传感器(1)、多传感器采集模块、微处理器和GPRS无线通信模块供电；

所述杆塔姿态数据包括杆塔相对于地面的沉降值、位移值和倾角。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述多传感器采集模块，包括：沉降传感器采集模块、倾角传感器采集模块和位移传感器采集模块；

所述沉降传感器采集模块，用于采集通过若干个水准仪(4)得到的杆塔沉降数据，得到杆塔沉降变形采集信号；

所述倾角传感器采集模块，用于采集通过若干个倾角仪(3)得到的杆塔倾角数据，得到杆塔倾角采集信号；

所述位移传感器采集模块，用于采集通过若干个位移计(2)得到的杆塔相对于地面的位移数据，得到杆塔水平位移采集信号。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述多传感器采集模块，还包括：温度传感器采集模块；

所述温度传感器采集模块，用于采集通过若干个温度仪得到的杆塔监控区域内的环境温度变化数据，得到杆塔监控区域内的环境温度变化采集信号。

10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述外壳包括：通讯电缆接口(62)、按键(63)、电池模块接口(64)和天线接口(65)；

所述电池模块接口(64)与若干台地质灾害多源监测传感器(1)的连接电路、电池模块(61)、多传感器采集模块、微处理器和GPRS无线通信模块连接；

所述通讯电缆接口(62)与多传感器采集模块连接；

所述天线接口(65)与GPRS无线通信模块连接；

所述按键(63)与电池模块(61)连接，用于控制所述电池模块(61)的关断。

11.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述供电和数据采集器(6)，还包括：预报计算模块、预报选择模块、程序存储器、数据存储器和显示模块；

所述预报计算模块、预报选择模块、程序存储器、数据存储器和显示模块分别与微处理器连接；

所述预报计算模块，用于基于预设的算法模型，对微处理器的传输信号进行解算，并传输至预报选择模块；

所述预报选择模块，用于根据预报计算模块解算的传输信号，基于预设阀值筛选符合预报条件的传输信号，作为预警数据并通过GPRS无线通信模块上报；

所述程序存储器，用于根据存储的程序自动执行预设命令；

所述数据存储器，用于对所述系统的数据进行存储；

所述显示模块，用于显示所述系统的电量以及系统的工作状态信息。

12.如权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：液管(81)、气管(82)和储液罐(8)；

所述若干台分布于杆塔四周的地质灾害多源监测传感器(1)的液管接口(41)，按设定顺序通过液管(81)依次连接后，与所述储液罐(8)连接，构成连通器管道系统；

所述若干台分布于杆塔四周的地质灾害多源监测传感器(1)的气管接口(42)，按设定顺序通过气管(82)依次连接。

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