專利名稱：一種地層深部位移自動監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種監(jiān)測系統(tǒng)，尤其涉及一種用于對地層深部位移進行監(jiān)測的 系統(tǒng)。
背景技術：
在地質災害監(jiān)測領域，往往需要監(jiān)測滑坡體地層深部位移，傳統(tǒng)方法是在滑坡 體上鉆孔，安裝測斜管，每隔一定的時間間隔，用鉆孔測斜儀按一定的間距連續(xù)測量測 斜管各段的傾角，并在計算機上進行數(shù)據處理，得出測斜管各深度點的相對位移。由于 需要人工現(xiàn)場測量，并進行事后數(shù)據處理，監(jiān)測的效率很低，不能實現(xiàn)對滑坡體的實時測量。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在于克服上述現(xiàn)有技術之不足，提供一種無人 自動監(jiān)測、使用方便的地層深部位移監(jiān)測系統(tǒng)。按照本實用新型提供的一種地層深部位移自動監(jiān)測系統(tǒng)，包括多個井下測頭組 組件、地面數(shù)據采集傳輸儀、供電模塊和遠程監(jiān)控中心，所述井下測頭組組件安裝在地 層深部位置，其作為地層深部位移變化的檢測元件，所述井下測頭組組件將檢測到的地 層深部位移變化信號傳輸至所述地面數(shù)據采集傳輸儀，所述地面數(shù)據采集傳輸儀對地層 深部位移變化信號進行處理，并傳輸至所述遠程監(jiān)控中心，所述遠程監(jiān)控中心對接收到 的數(shù)據進行處理分析，所述供電模塊向所述井下測頭組組件和所述地面數(shù)據采集傳輸儀 {共 O按照本實用新型提供的一種地層深部位移自動監(jiān)測系統(tǒng)還具有如下附屬技術特 征所述井下測頭組組件包括井底組件、測頭組件、連接組件和電纜組件，所述井 底組件、測頭組件和連接組件連接在一起，所述電纜組件與所述測頭組件相連接。所述連接組件包括支撐組件和加長桿，所述測頭組件和所述支撐組件連接形成 標準節(jié)，所述標準節(jié)有多節(jié)，各所述標準節(jié)之間由所述加長桿連接，所述井底組件位于 末節(jié)標準節(jié)的底端，所述電纜組件連接各節(jié)所述測頭組件。所述測頭組件中安裝有兩只用于檢測位移變化的加速度計，兩只所述加速度計 敏感軸相互垂直，并且均垂直于所述測頭組件的軸線。所述測頭組件包括套筒、安裝在所述套筒中的加速度計、測頭電路、安裝在所 述套筒端部的表架和連接器、及位于所述套筒另一端的堵頭，所述連接器用于連接所述 加速度計與所述電纜組件。所述表架上設置有加速度計安裝微調螺孔。所述支撐組件為輪架組件，所述加長桿安裝有旋轉關節(jié)，所述旋轉關節(jié)與所述 支撐組件相連接。
3[0012]所述地面數(shù)據采集傳輸儀包括數(shù)據采集傳輸模塊、防雷擊模塊、電源管理模 塊、開關電路和密封機箱，所述數(shù)據采集傳輸模塊與所述井下測頭組組件相連接，對所 述井下測頭組組件采集的地層深部位移變化信號進行處理，并將處理后的信號傳輸至所 述遠程監(jiān)控中心，所述數(shù)據采集傳輸模塊中設置有無線傳輸單元，所述無線傳輸單元與 所述遠程監(jiān)控中心進行無線通訊。所述供電模塊包括市電接口箱和太陽能發(fā)電系統(tǒng)。所述測頭電路包括信息處理模塊、A/D模塊、通訊模塊和電源模塊，所述A/D 模塊與所述加速度計連接，將處理后的信號傳輸?shù)剿鲂畔⑻幚砟K，所述信息處理模 塊對信號進行處理，并通過所述通訊模塊將信號傳輸至所述地面數(shù)據采集傳輸儀中，所 述電源模塊向各部分電路模塊供電。按照本實用新型提供的一種地層深部位移自動監(jiān)測系統(tǒng)與現(xiàn)有技術相比具有如 下優(yōu)點首先，本實用新型在需要監(jiān)測的地層安裝測頭組組件，測頭組組件和遠程監(jiān)控 中心對監(jiān)測的信號進行處理，從而實現(xiàn)無人自動監(jiān)測，使用非常方便；其次，本實用新 型的測頭組組件結構更加合理，監(jiān)測精度更高。

圖1是本實用新型的系統(tǒng)框圖。圖2是本實用新型的測頭組組件的結構圖。圖3是本實用新型的測頭組組件中部分的結構圖。圖4是本實用新型的測頭組件的結構圖。圖5是本實用新型的測頭組件的另一視角的結構圖。圖6是本實用新型的測頭電路的框圖。
具體實施方式
參見圖1，按照本實用新型給出的一種地層深部位移自動監(jiān)測系統(tǒng)的實施例，包 括多個井下測頭組組件1、地面數(shù)據采集傳輸儀2、供電模塊3和遠程監(jiān)控中心4，所述井 下測頭組組件1安裝在地層深部位置，其作為地層深部位移變化的檢測元件，所述井下 測頭組組件1將檢測到的地層深部位移變化信號傳輸至所述地面數(shù)據采集傳輸儀2，所述 地面數(shù)據采集傳輸儀2對地層深部位移變化信號進行處理，并傳輸至所述遠程監(jiān)控中心 4，所述遠程監(jiān)控中心4對接收到的數(shù)據進行處理分析，所述供電模塊3向所述井下測頭 組組件1和所述地面數(shù)據采集傳輸儀2供電。所述遠程監(jiān)控中心4主要由服務器或者是 PC機及數(shù)據處理軟件、通訊模塊組成，所述通訊模塊可以實現(xiàn)與所述地面數(shù)據采集儀的 信息通訊，本實施例為無線通訊模塊，例如GPRS或者現(xiàn)有的無線通訊網絡。所述遠程 監(jiān)控中心4可以連接多個所述地面數(shù)據采集傳輸儀。而每個地面數(shù)據采集儀可以連接個 所述井下測頭組組件，從而形成一個監(jiān)測網絡。而所述遠程監(jiān)控中心主要功能實現(xiàn)遠程 控制，遠程管理配置工作模式。數(shù)據接收，接收GPRS或短信發(fā)送到中心的測量數(shù)據， 并將數(shù)據存入數(shù)據庫。數(shù)據檢索，按照各監(jiān)測站號、時間建立檢索數(shù)據庫，獲得測量數(shù) 據。數(shù)據處理，將接收數(shù)據轉化為深部位移數(shù)據，并根據需要對測量數(shù)據進行處理，如 平滑濾波、曲線擬合等。圖表顯示，生成深度一位移圖(表)、時間一位移圖(表)和基于基準值的深度一相對位移圖(表)。報表導出等功能。參見圖2和圖3，在本實用新型給出的上述實施例中，所述井下測頭組組件1包 括井底組件11、測頭組件12、連接組件13和電纜組件14，所述井底組件11、測頭組件 12和連接組件13連接在一起，所述電纜組件14與所述測頭組件12相連接。所述連接組 件13包括支撐組件15和加長桿16，所述測頭組件12和所述支撐組件15連接形成標準 節(jié)，所述標準節(jié)有多節(jié)，各所述標準節(jié)之間由所述加長桿16連接，所述井底組件11位于 末節(jié)標準節(jié)的底端，所述電纜組件14連接各節(jié)所述測頭組件12。所述支撐組件為輪架組 件，所述加長桿16安裝有旋轉關節(jié)161，所述旋轉關節(jié)161與所述支撐組件15相連接。 本實施例采用5個測頭組件12、5個電纜組件14、1個井底組件11、5個支撐組件15、4 個加長桿組成。該測頭組組件的結構更加簡化，提高了測頭組組件的互換性。所述旋轉 關節(jié)161可以避免由于測斜管扭曲導致無法安裝的狀況出現(xiàn)，方便施工。井下測頭組組 件可以根據用戶需求定制，按需求節(jié)數(shù)配套，測頭組件與支撐組件連接形成標準節(jié)，標 準節(jié)長度為lm，各標準節(jié)間距可以米為單位按需擴展，各節(jié)之間的間距決定加長桿長度 和電纜組件長度，各節(jié)安裝位置決定井口裝置鋼絲繩長度。參見圖4和圖5，在本實用新型給出的上述實施例中，所述測頭組件12中安裝 有兩只用于檢測位移變化的加速度計17，兩只所述加速度計17敏感軸相互垂直，并且均 垂直于所述測頭組件12的軸線。測頭組組件通過測斜管固定在地表一定深度以下(各測 頭深度已知)，當?shù)貙踊瑒訒r，處于該地層中的加速度計的敏感軸與基準軸(重力垂線) 夾角將發(fā)生變化，該測頭加速度計將敏感這一變化。單只加速度計測頭只能敏感加速度 計敏感軸一個方向的位移，當?shù)貙踊瑒臃较蚺c加速度計敏感軸有夾角時會產生誤差。為 消除上述誤差，本實用新型采用X、Y兩只加速度計進行測量，兩只加速度計敏感軸垂直 配置，且均垂直于測頭軸向，這樣就能完全消除以上測量誤差。采用雙加速度計進行測 量，由于地層滑動引起測頭加速度信號的變化量將垂直分解到X、Y兩支加速度計敏感軸 上。完全消除了由于單只加速度計測量帶來的誤差。本實施例采用五級測頭組組件級聯(lián) 結構，第一級的原點由于系統(tǒng)安裝時要求處在固定層，通常可認為其水平位移在整個測 量過程中為零，因此對第一級上各點只需考慮由旋轉造成的位移，而其上各級測頭的位 移為本級測頭的旋轉位移和上一級測頭最大水平位移的疊加。參見圖4和圖5，在本實用新型給出的上述實施例中，所述測頭組件12包括套 筒121、安裝在所述套筒121中的加速度計17、測頭電路122、安裝在所述套筒121端部 的表架123和連接器124、及位于所述套筒121另一端的堵頭125，所述連接器124用于 連接所述加速度計17與所述電纜組件14。所述表架123上設置有加速度計安裝微調螺 孔126，方便加速度計安裝微調。另提供四個銷孔作為調試的基準。調試時，將表架用 工藝銷釘架在工裝上，微調工藝螺釘，使兩加速度計敏感軸分別與四個銷釘確定的平面 垂直或平行，再用膠固定。同樣用銷釘和套筒的銷槽，將基準傳遞到測頭組件的兩連接 端。參見圖6，在本實用新型給出的上述實施例中，所述測頭電路122包括信息處理 模塊、A/D模塊、通訊模塊和電源模塊，所述A/D模塊與所述加速度計連接，將處理后 的信號傳輸?shù)剿鲂畔⑻幚砟K，所述信息處理模塊對信號進行處理，并通過所述通訊 模塊將信號傳輸至所述地面數(shù)據采集傳輸儀中，所述電源模塊向各部分電路模塊供電。
5電源模塊為整個電路各部分供電。外部電源為+12V，通過電源模塊，轉換成不同電壓 供其他模塊使用。A/D模塊通過接插件與兩路加速度計連接，信號經前端儀表放大器放 大后，由模擬多路復用器來選擇所要采樣的加速度計，被選中的信號經A/D轉換送到信 息處理模塊進行處理。RS485模塊負責測頭電路與上位機的通訊。選用MAXIM公司 MAX487 RS-485轉換芯片，并且采用TOSHIBA公司的光偶芯片TLP181-4將電路和485 總線電氣隔離，以防外部干擾影響測頭電路的正常工作。信息處理模塊控制整個電路的工作，存儲數(shù)據，并與上位機進行數(shù)據交換。 選用ATMEL公司八位微控制芯片AT89S52，AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，32個可編程I/O 口，一個全雙工 UART串行通道，內置看門狗，時鐘頻率最高可達33MHz。存儲器選用ATMEL公司的 AT29C512FLASH。該芯片容量為64KX8bit，支持在線擦寫，電路中將該存儲器同時作 為程序存儲器和數(shù)據存儲器。電路采集的數(shù)據信息將保存在該芯片特定的地址段中以實 現(xiàn)電路的存儲功能。數(shù)據采集包括加速度計輸出，加速度計溫度，時間信息。加速 度計信號A/D轉換選用TI公司ADS1110芯片，該芯片提供16位A/D轉換，每秒轉換 次數(shù)240次，輸出為I 2C接口。加速度計溫度測量采用Dallas公司的DS18B20芯片， 該芯片Ι-wire總線器件，測溫范圍為_55°C +125°C，在-10°C +85°C范圍內測溫精 度為0.5°C。時間信息選用PHILIPS公司的PCF8563芯片，該芯片為輸出為I2C接口， 能提供年、月、周、日、時、分、秒信息，精度為1年偏差5分鐘。加速度計信號首先 經過前端放大器進行信號放大，放大器選用選用Analog Devices公司AD620芯片，該芯 片是差分信號放大器，可以有效抑制共模干擾，AD620使用簡單、成本低、功耗低，5V 供電時最大功耗僅為6.5mW。ADC604是Analog Devices公司生產的4路模擬復用器， 通過控制AO、Al端來選中4路中的一路。該芯片開關速度高、功耗低，可以滿足設計 需要。被ADC選中的信號到達A/D轉換器，A/D轉換芯片選用TI的16位串行芯片 ADS1110,該芯片內置了 2.048V的基準點壓、時鐘晶振和I2C總線接口，所以無需其他 外設，使用簡單。時鐘芯片主要用來記錄采樣的時間信息。時鐘芯片采用PCF8563，它 是低成本、高精度的I2C實時時鐘，可外接晶體的實時時鐘芯片，其時鐘精度完全可由 高精度晶體來確定，同時可以通過軟件補償來進一步提高時鐘精度，經測算完全可以達 到時鐘要求。具有集成的溫補晶體振蕩器(TCXO)和晶體。該器件包含電池輸入端，斷 開主電源是仍可保持精確的計時，集成晶體振蕩器提高了器件的長期精確度，并有工業(yè) 級的器件。RTC保持秒、分、時、星期、日期、月和年信息。少于31天的月份將自動 調整月末日期，包含閏年補償。時鐘可以工作在24小時的格式，地址和數(shù)據通過I2C雙 向總線串行傳輸。精密的、經過溫度補償?shù)碾妷夯鶞屎捅容^器用來監(jiān)視VCC狀態(tài)，以監(jiān) 測電源故障、提供復位輸出，并在必要時自動切換到備用電源(電池)。存儲芯片采用 ATMEL公司的AT29C512，AT29C512存儲量為64Kx8bit，支持在線編程。為滿足設計 要求，將AT29C512的512Kb空間分為兩部分，一部分作為外部程序存儲器，剩余部分作 為外部數(shù)據存儲器，用來存儲A/D、溫度和時鐘數(shù)據。參見圖1，在本實用新型給出的上述實施例中，所述地面數(shù)據采集傳輸儀2包括 數(shù)據采集傳輸模塊21、防雷擊模塊22、電源管理模塊23、開關電路24和密封機箱，所述 數(shù)據采集傳輸模塊21與所述井下測頭組組件1相連接，對所述井下測頭組組件1采集的地層深部位移變化信號進行處理，并將處理后的信號傳輸至所述遠程監(jiān)控中心4，所述數(shù) 據采集傳輸模塊21中設置有無線傳輸單元26，所述無線傳輸單元26與所述遠程監(jiān)控中 心4進行無線通訊。數(shù)據采集傳輸模塊可按數(shù)據處理中心的指令實時地或按缺省設置定 時地完成對測頭組數(shù)據的采集、暫存并通過GPRS網絡傳輸?shù)綌?shù)據處理中心。 參見圖1，在本實用新型給出的上述實施例中，所述供電模塊3包括市電接口箱 和太陽能發(fā)電系統(tǒng)31。太陽能電池板、太陽能控制器和免維護鉛酸蓄電池32組成的太陽 能發(fā)電系統(tǒng)為系統(tǒng)供電。
權利要求1.一種地層深部位移自動監(jiān)測系統(tǒng)，包括多個井下測頭組組件、地面數(shù)據采集傳輸 儀、供電模塊和遠程監(jiān)控中心，其特征在于所述井下測頭組組件安裝在地層深部位 置，其作為地層深部位移變化的檢測元件，所述井下測頭組組件將檢測到的地層深部位 移變化信號傳輸至所述地面數(shù)據采集傳輸儀，所述地面數(shù)據采集傳輸儀對地層深部位移 變化信號進行處理，并傳輸至所述遠程監(jiān)控中心，所述遠程監(jiān)控中心對接收到的數(shù)據進 行處理分析，所述供電模塊向所述井下測頭組組件和所述地面數(shù)據采集傳輸儀供電。
2.如權利要求1所述的一種地層深部位移自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述井下測 頭組組件包括井底組件、測頭組件、連接組件和電纜組件，所述井底組件、測頭組件和 連接組件連接在一起，所述電纜組件與所述測頭組件相連接。
3.如權利要求2所述的一種地層深部位移自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述連接組 件包括支撐組件和加長桿，所述測頭組件和所述支撐組件連接形成標準節(jié)，所述標準節(jié) 有多節(jié)，各所述標準節(jié)之間由所述加長桿連接，所述井底組件位于末節(jié)標準節(jié)的底端， 所述電纜組件連接各節(jié)所述測頭組件。
4.如權利要求2所述的一種地層深部位移自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述測頭組 件中安裝有兩只用于檢測位移變化的加速度計，兩只所述加速度計敏感軸相互垂直，并 且均垂直于所述測頭組件的軸線。
5.如權利要求2所述的一種地層深部位移自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述測頭組 件包括套筒、安裝在所述套筒中的加速度計、測頭電路、安裝在所述套筒端部的表架和 連接器、及位于所述套筒另一端的堵頭，所述連接器用于連接所述加速度計與所述電纜 組件。
6.如權利要求5所述的一種地層深部位移自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述表架上 設置有加速度計安裝微調螺孔。
7.如權利要求3所述的一種地層深部位移自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述支撐組 件為輪架組件，所述加長桿安裝有旋轉關節(jié)，所述旋轉關節(jié)與所述支撐組件相連接。
8.如權利要求1所述的一種地層深部位移自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述地面數(shù) 據采集傳輸儀包括數(shù)據采集傳輸模塊、防雷擊模塊、電源管理模塊、開關電路和密封機 箱，所述數(shù)據采集傳輸模塊與所述井下測頭組組件相連接，對所述井下測頭組組件采集 的地層深部位移變化信號進行處理，并將處理后的信號傳輸至所述遠程監(jiān)控中心，所述 數(shù)據采集傳輸模塊中設置有無線傳輸單元，所述無線傳輸單元與所述遠程監(jiān)控中心進行 無線通訊。
9.如權利要求1所述的一種地層深部位移自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述供電模 塊包括市電接口箱和太陽能發(fā)電系統(tǒng)。
10.如權利要求5所述的一種地層深部位移自動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述測頭電 路包括信息處理模塊、A/D模塊、通訊模塊和電源模塊，所述A/D模塊與所述加速度計 連接，將處理后的信號傳輸?shù)剿鲂畔⑻幚砟K，所述信息處理模塊對信號進行處理， 并通過所述通訊模塊將信號傳輸至所述地面數(shù)據采集傳輸儀中，所述電源模塊向各部分 電路模塊供電。
專利摘要一種地層深部位移自動監(jiān)測系統(tǒng)，包括多個井下測頭組組件、地面數(shù)據采集傳輸儀、供電模塊和遠程監(jiān)控中心，其特征在于所述井下測頭組組件安裝在地層深部位置，其作為地層深部位移變化的檢測元件，所述井下測頭組組件將檢測到的地層深部位移變化信號傳輸至所述地面數(shù)據采集傳輸儀，所述地面數(shù)據采集傳輸儀對地層深部位移變化信號進行處理，并傳輸至所述遠程監(jiān)控中心，所述遠程監(jiān)控中心對接收到的數(shù)據進行處理分析，所述供電模塊向所述井下測頭組組件和所述地面數(shù)據采集傳輸儀供電。本實用新型在需要監(jiān)測的地層安裝測頭組組件，測頭組組件和遠程監(jiān)控中心對監(jiān)測的信號進行處理，從而實現(xiàn)無人自動監(jiān)測，使用非常方便。
文檔編號G01B21/02GK201796490SQ201020511129
公開日2011年4月13日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權日2010年8月31日
發(fā)明者萬順平, 劉尊言, 劉建平, 向偉榮, 孫全華, 張兆華, 徐銳, 朱強, 李峰, 王金寧, 羅治, 陳俊 申請人:航天科工慣性技術有限公司