專利名稱：突發(fā)性崩塌災害應急安全警報裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及地質災害監(jiān)測及防御技術，尤其是涉及一種突發(fā)性崩塌災害應急安全警報裝置。
背景技術：
危巖崩塌是一種全球性泛生型山地災害，存在部位具有隱蔽性，失穩(wěn)破壞具有突發(fā)性，致災后果具有災難性，是山地城市和礦山居民集中活動區(qū)域及公路交通生命線建設及營運中普遍存在的突發(fā)性重大地質安全隱患。我國三分之二以上的國土面積為山區(qū)，是世界上受到危巖崩塌災害最嚴重的國家之一。據(jù)統(tǒng)計，近十年來我國山地城市、礦山及公路沿線發(fā)生崩塌災害5000余次，其中災難性崩塌1000余次，占20%左右，死亡人數(shù)1600多人、直徑經(jīng)濟損失400多億元。如2007年11月，宜萬鐵路巖石崩塌事故造成31名遇難者； 2004年06月19日，位于湖南張家界武陵源核心景區(qū)外的紫霞觀景點發(fā)生一起巖石崩塌災害事件，20多名在此游覽的游客有3人死亡3人受傷；2007年11月20日發(fā)生在湖北省巴東縣國道318線K1405高陽寨隧道邊坡的災難性崩塌事件，一輛車牌號為鄂Q20684的大客車被突發(fā)性崩塌體瞬間掩埋，車內31人全部遇難；2006年7月8日山西太原市襄汾潰壩和婁煩尖山鐵礦崩滑災害事件，死亡314人。2005年01月01日上午，南充市小佛鄉(xiāng)九里半村四社突然發(fā)生巖石崩塌事故，剎那間，250立方米的大石頭以排山倒海之勢滾滾而下，把山下一座兩層樓的民房砸得稀爛，一位80多歲的老人被砸成重傷。更令人擔心的是，山體隨時還有崩塌的可能，860多立方米的巨石已經(jīng)裂開，直接威脅到山下10多戶村民的人身和財產(chǎn)安全。支撐、錨固、支撐-錨固聯(lián)合、清除、攔石網(wǎng)、攔石墻、攔石柵欄、排水等危巖崩塌工程處理技術，遵循勘察、可行性分析、初步設計、施工圖設計和施工等復雜的建設程序，處治準備時間長達3個月以上，施工工期更可長達1年以上。突發(fā)性崩塌災害應急安全警報是危巖崩塌應急減災的重要舉措，但國內外目前尚未取得實質性進展，難以提取合理、有效的突發(fā)性安全警報信息，尚未提出有效的安全警報方法。
發(fā)明內容為了解決突發(fā)性崩塌災害應急安全警報問題，本實用新型提出了一種突發(fā)性崩塌災害應急安全警報裝置，該警報裝置由數(shù)據(jù)采集模塊、信號放大模塊、信號選擇模塊、A/D轉換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、鍵盤和液晶顯示模塊及報警模塊組成；所述的數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的巖石的應力信息傳送給信號放大模塊進行放大，放大后的信號送到信號選擇模塊對信號進行分時采集，分時采集的信號送入A/D轉換模塊轉換成數(shù)字信息，再送入數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)處理模塊分別與報警模塊、鍵盤和液晶顯示模塊連接。所述的數(shù)據(jù)采集模塊為三維應力采集器，它由縱向開口的薄壁金屬筒、多個壓力傳感器和填充于薄壁金屬筒內的膨脹混凝土填芯構成，薄壁金屬筒與膨脹混凝土填芯間設有防水壓膜；壓力傳感器貼于薄壁金屬筒的外壁；在薄壁金屬筒上帖壓力傳感器處開設有小孔；在薄壁金屬筒的內側壁軸向布設有壓力信號傳輸線；壓力信號傳輸線起點設于相應的壓力傳感器位置處，穿過薄壁金屬筒上的小孔與對應的壓力傳感器連接，壓力信號傳輸線終點設置于薄壁金屬筒頂部。所述的壓力傳感器沿薄壁金屬筒的外表面軸向等距離布設，徑向等角度布設，在薄壁金屬筒的同一截面布設3個壓力傳感器。所述的鍵盤為4X4 矩陣鍵盤。本實用新型的有益技術效果是由危巖穩(wěn)定系數(shù)經(jīng)有線通訊傳輸并解調以后的危巖崩塌信號，是進行突發(fā)性崩塌應急安全警報的重要原始信息，再結合危巖安全性評價標準，實時判識危巖所處的安全性態(tài)，將危巖的安全狀態(tài)以聲音、燈光等顯示方式予以實時公布，及時指導防災、減災和應急避災。

圖1為突發(fā)性崩塌應急安全警報裝置圖；圖2為三維應力采集器外部結構圖；圖3為圖2的A-B截面圖；圖4為本實用新型的應用示意圖。附圖中，三維應力采集器1，薄壁金屬筒1-1、壓力傳感器1-2、膨脹混凝土填芯 1-3、防水壓膜1-4、壓力信號傳輸線1-5，報警燈2，揚聲器3，危巖體4、主控結構面5，L為薄壁金屬筒1-1的長度、d為薄壁金屬筒1-1的直徑、L0為兩個壓力傳感器1-2的中心距。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型突發(fā)性崩塌災害應急安全警報裝置，該警報裝置由數(shù)據(jù)采集模塊、信號放大模塊、信號選擇模塊、A/D轉換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、鍵盤和液晶顯示模塊及報警模塊組成；所述的數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的巖石的應力信息傳送給信號放大模塊進行放大，放大后的信號送到信號選擇模塊對信號進行分時采集，分時采集的信號送入A/D轉換模塊轉換成數(shù)字信息，再送入數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)處理模塊分別與報警模塊、鍵盤和液晶顯示模塊連接。所述的報警模塊由報警燈2和揚聲器3構成。參見圖2、圖3，所述的數(shù)據(jù)采集模塊為三維應力采集器1，它由縱向開口的薄壁金屬筒1-1、多個壓力傳感器1-2和填充于薄壁金屬筒1-1內的膨脹混凝土填芯1-3構成，薄壁金屬筒1-1與膨脹混凝土填芯1-3之間設有防水壓膜1-4 ；壓力傳感器1-2貼于薄壁金屬筒1-1的外壁，沿薄壁金屬筒1-1的外表面軸向等距離布設，徑向等角度布設，在薄壁金屬筒1-1的同一截面布設三個壓力傳感器1-2。在薄壁金屬筒1-1上帖壓力傳感1-2處開設有小孔；在薄壁金屬筒1-1的內側壁軸向布設有壓力信號傳輸線1-5 ；壓力信號傳輸線1-5 起點設于相應的壓力傳感器1-2位置處，穿過薄壁金屬筒1-1上的小孔與對應的壓力傳感器1-2連接，壓力信號傳輸線1-5終點設置于薄壁金屬筒1-1頂部。三維應力采集器1采集到的應力信號很小，為了提高測量的精確性，故把采集到的應力信號通過信號放大模塊進行放大，儀用放大器AD621可作為信號放大模塊對信號進行放大。多個三維應力采集器1采集的是多路模擬信號，為了減少電路的復雜程度和成本，采用公共的模數(shù)轉換電路，所以在對信號進行模數(shù)轉換前用信號選擇模塊對信號進行分時采集。CD4051是單8通道數(shù)字控制模擬開關，可滿足本系統(tǒng)對信號進行分時采集的需要。因為采用的處理器只能處理數(shù)字信號，而采集到的應力信號為模擬信號，故在處理器接收應力信號前將采集到的應力信號轉換成處理器能夠處理的數(shù)字信號，考慮到本系統(tǒng)需要采集的線路較多，而且需要的精度較高，故AD轉換采用ADC0809芯片，ADC0809是具有8位8路的AD轉換器，它能采集8路連續(xù)的電壓。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，采用單片機AT89C51，AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓，高性能CM0S8位微處理器。通過單片機連接4X4矩陣鍵盤來接收輸入，連接液晶來顯示，連接ADC0809的數(shù)據(jù)輸出線來接收轉換后的電壓值，連接報警燈2和揚聲器3的驅動電路來控制顯示不同的安全等級。在系統(tǒng)中危巖穩(wěn)定系數(shù)的計算中要用到主控結構面5貫通段長度、危巖主控結構面5端部巖石斷裂韌度等參數(shù)，故本系統(tǒng)的輸入采用4X4的矩陣鍵盤，為了便于輸入我們加一個液晶來顯示輸入，液晶則用HGB12864，液晶的顯示采用串行方式。報警燈2選用LED汽車燈，根據(jù)危巖的四個安全等級，我們設置了綠、藍、黃、紅4 種顏色的LED汽車燈，用不同顏色的LED汽車燈和揚聲器3不同的組合來表示不同的安全等級。因為單片機的驅動能力有限，所以用單片機來控制驅動電路來驅動LED汽車燈和揚聲器。本系統(tǒng)上電后，單片機首先就進行初始化，然后檢查鍵盤是否有輸入，如果有輸入則調用鍵盤掃描程序，讀出輸入的值并在液晶上顯示出來，然后就進行應變信號采集；如果沒有輸入則直接進行應變信息采集，然后把采集到的應變力代入公式求出當前巖石的安全等級，然后通過控制LED汽車燈和揚聲器來顯示不同的安全等級。圖4為本實用新型的應用示意圖，根據(jù)勘測資料指定的危巖，在其主控結構面5尖端區(qū)域按照一定規(guī)律布置鉆孔三維應力采集器1，一般可采用梅花樁式或行列式布置，巖性較差時布設間距較小，巖性較好時適當增大布設間距。每個三維應力采集器1，在安置在危巖體4內之前，將壓力傳感器1-2、防水壓膜 1-4、壓力信號傳輸線1-5有效粘貼在開口的薄壁金屬筒1-1上，并預先制定成直徑略小于薄壁金屬筒1-1的直徑J的開口圓筒。在觀測區(qū)預設三維應力采集器1的部位實施鉆孔，孔徑略大于開口薄壁金屬筒 1-1，鉆孔垂直于坡面地表。鉆孔清孔后，放入開口薄壁金屬筒1-1，筒底端深入鉆孔底部，頂端與地表齊平。在開口薄壁金屬筒1-1內澆筑混凝土，機械振搗，使混凝土密實，符合混凝土工程相關要求。開口薄壁金屬筒1-1內混凝土完全凝固后，將壓力信號傳輸線1-5連接到信號放大模塊，即可采集三維應力數(shù)據(jù)，有效提取最大應力值，并由斷裂力學構建的危巖斷裂穩(wěn)定性分析方法，將危巖主控結構面端部巖石的斷裂韌度與主控結構面聯(lián)合斷裂強度因子的比值Ofi。/尤)得到實時穩(wěn)定系數(shù)，判斷危巖體安全等級并給以報警。本實用新型基于斷裂力學構建的危巖斷裂穩(wěn)定性分析方法，將危巖主控結構面端部巖石的斷裂韌度與主控結構面聯(lián)合斷裂強度因子的比值(K ι C/Ke)定義為危巖穩(wěn)定系數(shù)。 由于主控結構面聯(lián)合斷裂強度因子具有實時性，則據(jù)此確定的危巖穩(wěn)定系數(shù)也必然具有實時性，符合突發(fā)性崩塌應急安全警報目標。
權利要求1.一種突發(fā)性崩塌災害應急安全警報裝置，其特征在于該警報裝置由數(shù)據(jù)采集模塊、信號放大模塊、信號選擇模塊、A/D轉換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、鍵盤和液晶顯示模塊及報警模塊組成；所述的數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的巖石的應力信息傳送給信號放大模塊進行放大，放大后的信號送到信號選擇模塊對信號進行分時采集，分時采集的信號送入A/D轉換模塊轉換成數(shù)字信息，再送入數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)處理模塊分別與報警模塊、 鍵盤和液晶顯示模塊連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的突發(fā)性崩塌災害應急安全警報裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集模塊為三維應力采集器(1)，它由縱向開口的薄壁金屬筒(1-1)、多個壓力傳感器 (1-2)和填充于薄壁金屬筒(1-1)內的膨脹混凝土填芯(1-3)構成，薄壁金屬筒(1-1)與膨脹混凝土填芯(1-3)之間設有防水壓膜(1-4)；壓力傳感器(1-2)貼于薄壁金屬筒(1-1)的外壁；在薄壁金屬筒(1-1)上帖壓力傳感器(1-2)處開設有小孔；在薄壁金屬筒(1-1)的內側壁軸向布設有壓力信號傳輸線(1-5);壓力信號傳輸線(1-5)起點設于相應的壓力傳感器 (1-2)位置處，穿過薄壁金屬筒(1-1)上的小孔與對應的壓力傳感器(1-2)連接，壓力信號傳輸線(1-5)終點設置于薄壁金屬筒(1-1)頂部。
3.根據(jù)權利要求2所述的突發(fā)性崩塌災害應急安全警報裝置，其特征在于所述的壓力傳感器(1-2)沿薄壁金屬筒(1-1)的外表面軸向等距離布設，徑向等角度布設，在薄壁金屬筒(1-1)的同一截面布設三個壓力傳感器(1-2)。
4.根據(jù)權利要求1所述的突發(fā)性崩塌災害應急安全警報裝置，其特征在于所述的鍵盤為4X4矩陣鍵盤。
專利摘要本實用新型提出了一種突發(fā)性崩塌災害應急安全警報裝置，該警報裝置由數(shù)據(jù)采集模塊、信號放大模塊、信號選擇模塊、A/D轉換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、鍵盤和液晶顯示模塊及報警模塊組成；所述的數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的巖石的應力信息傳送給信號放大模塊進行放大，放大后的信號送到信號選擇模塊對信號進行分時采集，分時采集的信號送入A/D轉換模塊轉換成數(shù)字信息，再送入數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)處理模塊分別與報警模塊、鍵盤和液晶顯示模塊連接。本實用新型的有益技術效果是由危巖穩(wěn)定系數(shù)經(jīng)有線通訊傳輸并解調以后的危巖崩塌信號，是進行突發(fā)性崩塌應急安全警報的重要原始信息，再結合危巖安全性評價標準，實時判識危巖所處的安全性態(tài)，將危巖的安全狀態(tài)以聲音、燈光等顯示方式予以實時公布，及時指導防災、減災和應急避災。
文檔編號G08B21/10GK202033877SQ20112007890
公開日2011年11月9日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權日2011年3月23日
發(fā)明者唐蘭, 熊禮勇, 趙先濤, 閆慧, 陳冬梅 申請人:唐蘭, 熊禮勇, 趙先濤, 閆慧, 陳冬梅