專利名稱：一種泥石流地聲監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泥石流監(jiān)測裝置，特別是涉及一種泥石流地聲信號監(jiān)測，屬于地聲信號探測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
泥石流地聲是泥石流發(fā)生時地球內(nèi)部振動信號沿沿溝岸巖層傳播產(chǎn)生的振動波。泥石流地聲與其他振動波一樣，具有獨特的振動頻率、波形、波形振幅，并在泥石流形成、啟動、發(fā)生過程中表現(xiàn)出不同的特征值。通過檢測泥石流地聲的變化，將泥石流地聲波的主頻范圍并與溝道環(huán)境背景產(chǎn)生的振動(如降雨、刮風(fēng)、雷電等)區(qū)別開來，根據(jù)泥石流地聲強度(振幅)與泥石流流量成正比的關(guān)系再根據(jù)泥石流的過流持續(xù)時間較長，利用鑒頻、鑒幅，延時三要素，便能監(jiān)測泥石流的形成發(fā)生，及時發(fā)出泥石流災(zāi)害預(yù)報。專利號為ZL 99241577. 2，授權(quán)公告號為CN2396404Y，名稱為“泥石流地聲參數(shù)檢測儀”的中國實用新型專利公開了一種泥石流地聲參數(shù)檢測儀。該檢測儀由多路地聲信號采集通道、檢波觸發(fā)電路、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲器以及微處理器控制系統(tǒng)組成，并具有與PC微機的通訊接口，可用于泥石流地聲參數(shù)多點同時檢測和泥石流變化規(guī)律分析以及泥石流地聲報警。該檢測儀采用單軸壓電式加速度傳感器，由放大、濾波、A/D電路轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過無線電臺發(fā)送報警信號和數(shù)據(jù)，存在無法通過無線方式獲取實時采樣數(shù)據(jù)，且無法實現(xiàn)空間三軸震動強度值的計算和泥石流龍頭速度計算的缺陷?，F(xiàn)有的地聲檢測儀常見另一種米用機械振子、變形齒結(jié)構(gòu)傳感器，通過有線光電傳輸報警信號的結(jié)構(gòu)，也同樣存在上述缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可實時獲取泥石流爆發(fā)過程中地聲數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)準確性更高的泥石流檢測儀。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下一種泥石流地聲監(jiān)測裝置，包括依次聯(lián)接的監(jiān)測端、中心端、控制端；所述監(jiān)測端是地聲信號檢測設(shè)備，中心端是控制端與監(jiān)測端之間的信號傳輸裝置，控制端是地聲信號處理與控制指令操作裝置；其特征在于所述監(jiān)測端采用MEMS三軸數(shù)字加速度計芯片作為傳感元件。加速度計是一種慣性傳感器，用于測量物體的加速力。加速力指的是當(dāng)物體在加速過程中，作用在物體前行方向上的力。任何物體發(fā)生振動都會產(chǎn)生加速度變化，無論振動加速度方向如何，均可通過物體運動加速度有效獲取物體振動相關(guān)信息。由于泥石流地聲是泥石流發(fā)生時大地內(nèi)部振動信號沿溝岸巖層傳播產(chǎn)生的振動波，因而通過測量泥石流發(fā)生時伴生的振動波(即泥石流地聲)可以有效獲取泥石流發(fā)生運動的數(shù)據(jù)信息。本實用新型產(chǎn)品泥石流地聲監(jiān)測裝置通過監(jiān)測端實時獲取采樣點上的加速度數(shù)據(jù)，通過高速通信模塊經(jīng)中心端實時回傳至控制端，控制端對數(shù)據(jù)信息進行存儲或分析處理，能夠?qū)崿F(xiàn)地聲數(shù)據(jù)采集、實時報警，并根據(jù)采集數(shù)據(jù)可計算出泥石流地聲強度，空間方向和泥石流平均流速。上述泥石流地聲監(jiān)測裝置的監(jiān)測器端采用MEMS三軸數(shù)字加速度計作為傳感元件，具有兩項特點一是針對泥石流地聲方向多變，可能在各個方向產(chǎn)生震動的特征，三軸數(shù)字加速度計能夠?qū)崟r測量到每個采樣點上X、y、Z三個方向上的加速度數(shù)據(jù)，計算出地聲強度，因此獲取的地聲數(shù)據(jù)更準確；二是由于采用了 MEMS (Micro Electro MechanicalSystems,MEMS)技術(shù)，因此傳感器本身除了能夠承擔(dān)加速度計的功能外，還同時具備了體積小、重量輕、抗干擾、能耗低等優(yōu)點。上述監(jiān)測裝置的監(jiān)測端包括MEMS三軸數(shù)字加速度計芯片、單片機、通信模塊、必要的電源電路模塊；單片機集成實時時鐘芯片與接口模塊，并分別通過SPI接口、中斷信號線路與MEMS三軸數(shù)字加速度計芯片聯(lián)接。必要的電源電路模塊包括太陽能電池板充電開關(guān)電路、鉛酸電池電壓檢測電路、電源模塊。單片機集成的接口模塊包括SPI接口、USART接口、AD接口，其中SPI接口與MEMS三軸數(shù)字加速度計芯片聯(lián)接，USART接口與通信模塊聯(lián)接，AD接口與鉛酸電池電壓檢測電路聯(lián)接。監(jiān)測端安裝后，一旦環(huán)境中有超過閾值震動信號產(chǎn)生，MEMS三軸數(shù)字加速度計采集該震動信號并產(chǎn)生一個中斷信號，單片機接收到中斷信號立即通過SPI接口讀取MEMS三軸數(shù)字加速度計內(nèi)部FIFO存儲器中的采樣數(shù)據(jù)與單片機內(nèi)部的實時時鐘數(shù)據(jù)，整理數(shù)據(jù)格式后發(fā)送給通信模塊再傳輸至中心端，并進一步經(jīng)中心端傳輸?shù)娇刂贫恕纹瑱C的AD接口每分鐘通過鉛酸電池電壓檢測電路采集鉛酸電池電壓，如果電壓過高，立即控制太陽能電池板充電開關(guān)電路停止充電，以保護鉛酸電池過充發(fā)熱燒干電池液而損壞。上述監(jiān)測裝置，中心端包括通信模塊、必要的電源電路模塊。必要的電源電路模塊包括接口轉(zhuǎn)換電路、電源模塊，中心端通信模塊通過接口轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接至控制端。中心端通信模塊與監(jiān)測端通信模塊聯(lián)通信道，接收監(jiān)測端回傳的采樣三軸數(shù)字地聲數(shù)據(jù)與儀器狀態(tài)參數(shù)信息，如儀器時間、采樣報警閾值、采樣頻率、采樣時間等，并接收控制端的控制指令對監(jiān)測端狀態(tài)參數(shù)進行設(shè)置等。上述監(jiān)測裝置，控制端包括中央處理單元、數(shù)據(jù)存儲單元、通信模塊、操作信號輸入模塊、必要的電源電路模塊?？刂贫送ㄟ^接收到回傳的三軸地聲數(shù)據(jù)，根據(jù)公式
權(quán)利要求1.一種泥石流地聲監(jiān)測裝置，包括依次聯(lián)接的監(jiān)測端(I)、中心端(2)、控制端(3);所述監(jiān)測端(I)是地聲信號檢測設(shè)備，中心端(2)是控制端(3)與監(jiān)測端(I)間的信號傳輸裝置，控制端(3)是地聲信號處理與控制指令操作裝置；其特征在于所述監(jiān)測端(I)采用MEMS三軸數(shù)字加速度計芯片作為傳感元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于裝置包括至少二個監(jiān)測端(I)，各監(jiān)測端(I)通過一個共同的中心端(2 )與一個共同的控制端(3 )聯(lián)接；或者，裝置包括至少二個監(jiān)測端(1)，各監(jiān)測端(I)分別通過一個中心端(2)與一個共同的控制端(3)聯(lián)接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述監(jiān)測端(I)包括MEMS三軸數(shù)字加速度計芯片、單片機、通信模塊、必要的電源電路模塊；單片機集成實時時鐘芯片與接口模塊，并分別通過SPI接口、中斷信號線路與MEMS三軸數(shù)字加速度計芯片聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于監(jiān)測端(I)必要的電源電路模塊包括太陽能電池板充電開關(guān)電路、鉛酸電池電壓檢測電路、電源模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述單片機集成的接口模塊包括SPI接口、USART接口、AD接口，其中SPI接口與MEMS三軸數(shù)字加速度計芯片聯(lián)接，USART接口與通信模塊聯(lián)接，AD接口與鉛酸電池電壓檢測電路聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或5所述的裝置，其特征在于所述中心端(2)包括通信模塊、必要的電源電路模塊；所述中心端(2)必要的電源電路模塊包括接口轉(zhuǎn)換電路、電源模塊；中心端(2 )通信模塊通過接口轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接至控制端(3 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述控制端(3)包括中央處理單元、數(shù)據(jù)存儲單元、通信模塊、操作信號輸入模塊、必要的電源電路模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述監(jiān)測端(I)與中心端(2)的通信模塊為無線信號收發(fā)模塊，中心端(2)無線信號收發(fā)模塊通過USART轉(zhuǎn)USB接口轉(zhuǎn)換電路聯(lián)接至控制端(3);所述MEMS三軸數(shù)字加速度計芯片，分辨率13位、測量范圍±16g、比例系數(shù)4mg/LSB、采樣頻率O. Γ3200ΗΖ ;所述單片機主頻16MHZ，SPI接口頻率2MHZ，USART接口波特率 115200。
9.一種利用權(quán)利要求1或2或8所述的泥石流地聲監(jiān)測裝置實現(xiàn)的泥石流龍頭流速測量裝置，其特征在于包括至少二個監(jiān)測端(I)，各監(jiān)測端(I)布置在泥石流溝道同側(cè)邊，順泥石流溝道排列，并保持一定間距。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述各監(jiān)測端(I)間距<100m，且保持等距。
專利摘要本實用新型公開了一種泥石流地聲監(jiān)測裝置。針對現(xiàn)有泥石流地聲參數(shù)檢測儀存在無法實現(xiàn)空間三軸震動強度值同時監(jiān)測的缺陷，本實用新型提供了一種能夠更準確獲取泥石流爆發(fā)過程中地聲數(shù)據(jù)的泥石流檢測儀。該泥石流地聲監(jiān)測裝置包括依次聯(lián)接的監(jiān)測端、中心端、控制端；其中，監(jiān)測端是地聲信號檢測設(shè)備，采用MEMS三軸數(shù)字加速度計芯片作為傳感元件，中心端是控制端與監(jiān)測端之間的信號傳輸裝置，控制端是地聲信號處理與控制指令操作裝置。本實用新型還提供一種利用上述泥石流地聲監(jiān)測裝置實現(xiàn)的泥石流龍頭流速測量裝置。本產(chǎn)品能夠?qū)崟r測量每個采樣點上x、y、z三個方向的加速度數(shù)據(jù)，計算得到的地聲強度更準確，并且體積小、重量輕、抗干擾、能耗低。
文檔編號G01P5/18GK202903327SQ20122060857
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月17日
發(fā)明者黎曉宇, 魏麗, 胡凱衡, 洪勇 申請人:中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所