专利名称：滑坡体滑动姿态加速度自动监测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种地质灾害监测中使用的检测仪，尤其是一种滑坡体滑 动姿态加速度自动监测仪。
背景技术：
目前我国地质灾害监测预报方法为地表变形监测和深部水平位移监测。地 表变形检测要滞后于深部位移检测，也就是说只是依靠地表变形监测所测数据, 其预测预报要滞后于深部位移的预测预报。目前我国监测深部位移方位主要是 钻孔测斜仪的监测方法，而这种方法由于测斜仪的测斜管在地下受压变形，测 量仪器不能下到测点，不能测量深部滑体滑移全过程。由于滑坡主滑向判别是 人为指出，不能判断滑体深部真正的滑动方向，因而这种倾斜仪监测方法不能 达到深部位移监测的目的。目前水电大坝和三峡库区由于测斜管变形，有成百 上千的监测孔不能工作而作废。我国用钻孔倾斜仪管的地方大多仍是人工定时 采集为主，未能实现实时自动监测和动态监测，这样，滑体滑动数据采集不及 时、不齐全，漏采较多，特别是实时监测能够保证临滑时能把所有数据采集存 储无法实现，给地质灾害监测预报以及地质灾害发生后数据收集，后期数据研 究带来不便。因此，急需提供一种能完成全程监测、数据齐全并能将地质灾害 发生后的数据进行研究的滑坡体滑动姿态加速度自动监测仪。
实用新型内容
本实用新型的目的是在现有测斜仪的结构上进行改进，提供一种能完成全 程监测、数据齐全并能将地质灾害发生后的数据进行研究的滑坡体滑动姿态加 速度自动监测仪。
本实用新型的滑坡体滑动姿态加速度自动监测仪具有环境温度传感器、冲 击加速度传感器、加速度位移传感器、方位倾角传感器、电池电压检测传感器、 主控微处理器、通信接口和电源，所述环境温度传感器具有环境温度传感器信 号输出端，所述冲击加速度传感器具有冲击加速度传感器信号输出端，所述加 速度位移传感器具有加速度位移传感器信号输出端，所述方位倾角传感器具有 方位倾角传感器信号输出端，所述电池电压检测传感器具有电池电压检测传感器信号输出端，所述主控微处理器具有环境温度传感器信号输入端、冲击加速 度传感器信号输入端、加速度位移传感器信号输入端、方位倾角传感器信号输 入端、电池电压检测传感器信号输入端和通信输出端，所述环境温度传感器信 号输出端与环境温度传感器信号输入端相连接，所述冲击加速度传感器信号输 出端与冲击加速度传感器信号输入端相连接，所述加速度位移传感器信号输出 端与加速度位移传感器信号输入端相连接，所述方位倾角传感器信号输出端与 方位倾角传感器信号输入端相连接，所述电池电压检测传感器信号输出端与电 池电压检测传感器信号输入端相连接，所述通信输出端与通信接口相连接，其 特征是还具有三维伺服加速度传感器和非易失存储器，所述三维伺服加速度传 感器具有三维伺服加速度传感器信号输出端，所述非易失存储器具有非易失存
储器信号输入端，所述主控微处理器还具有三维伺服加速度传感器信号输入端 和非易失存储器信号输出端，所述三维伺服加速度传感器信号输出端与三维伺 服加速度传感器信号输入端相连接，所述非易失存储器信号输入端与非易失存 储器信号输出端相连接。
本实用新型中所述主控微处理器可考虑选择nxp公司的LPC2000系列，如 LPC938，要求有三个以上的异步通信串口，六个以上的模数转换器通道，精度 为10位，转换速度需满足每秒将八个通道轮询一次的要求。本实用新型中所述 通信接口可考虑支持标准的232串行通信或点对点的485通信方式。本实用新 型中所述加速度位移传感器可选AD公司的ADXL330,也可选OKI公司的ML8953。 方位倾角传感器即磁传感器选用霍尼韦尔公司的HMC1043。本实用新型中所述环 境温度传感器可选支持1线协议的数字温度传感器DS18B20。其温度测量范围为 -55°C +125°C。测温分辨率达0.0625。C。与微处理器通信采用1线协议，只占 用微处理器的一个端口。该传感器有3个引脚，TO-92封装。本实用新型中所述 非易失存储器选用工业温度范围的铁电存储器，型号为FM25H20,容量为2Mb， 接口为SPI，读写速度为40MHz。所述非易失存储器也就是通常称为的"黑匣子"。 本实用新型中所述的三维伺服加速度传感器信号的采集，要求精度高，因此应 该选择ADI公司的内置24位精度的模数转换器的相关处理器，如型号KXM52芯 片，要求至少有一个标准异步通信接口，能内置实时钟或支持I2C通信接口。 本实用新型中所述冲击加速度传感器信号的采集，要求速度高，因此应该选择 内置高速8位精度的模数转换器的相关处理器，要求至少有一个标准异步通信接口，能内置实时钟或支持I2C通信接口。冲击加速度传感器选用AD公司的 ADXL193-250g或ADXL001-250g x轴冲击传感器。本实用新型中所述的电源如 现有供电电源一样，给所有用电设备和电路供电。所述电池电压检测传感器采 用现有测斜仪上使用的电池电压检测传感器。
本实用新型的基本构思是具有原滑坡深部监测方法一切优点，还可解决 原监测方法和手段上存在的问题。即可以实现全程实时动态自动跟踪监测，不 仅跟踪监测滑动的部位、滑动的距离、滑动的时间，更重要的是能跟踪监测滑 坡滑动的方向(即本实用新型中所述的三维伺服加速度传感器的作用)和滑坡 滑动的加速度(即本实用新型中所述的冲击加速度传感器的作用)。而且设有非 易失存储器，相当于一个"黑匣子"，可将监测数据全程存于"黑匣子"内，滑 坡崩塌后找到此"黑匣子"，能便于进一步研究滑坡滑动强度规律、规模和防范 措施。并且，通过滑坡滑体滑动三维位移、方位、速度、加速度等参数在滑坡 灾害发生全过程的监测，在剧滑后验查分析存储的信息，在滑坡体位移变形监 测中实现网上传输信息，能高密度、高质量采集数据，准确、迅速地判断"滑 坡活动机理的特征"。本实用新型的监测仪在进一步完善和发展岩土滑坡位移变 形监测方法、推动滑坡监测预报系统发展对减灾防灾具有重大意义。本实用新 型的监测仪克服了国内外广泛采用活动式钻孔倾斜仪只能完成滑坡滑体滑动的 前期监测，不能完成全程监测的间题，让整个监测过程更加完整，数据收集更 加齐全。
本实用新型监测仪的主要技术路线是采用具有较高抗剪强度又有较好弹性 和韧性的金属管，埋设在滑坡监测钻孔内，周围用水泥固结，水灰比要据围岩 的岩土体性质试验确定比例，金属管理设好后，采用自行研制的滑坡滑体滑动 姿态仪的短节探头下入埋设的金属管内，在相应滑带位置寻找位移突变点，可 每0.5m —个测点进行测量比较，经过一定时期监测具不稳定的滑体位置f移突 变点显露后，再将滑坡姿态探头和封装好的加速度探头定向串行埋设在金属管 内相应滑体不稳定的突变点位置，并固定好进行滑动姿态和加速度监测。地面 安装自行研制的滑坡滑动姿态和加速度监测仪，可实时自动采集埋设的金属管 变形后的顶角、方位角、位移、定向角、俯仰角、横滚角以及滑动加速度等数 据，通过小型电台、无线上网、GPRS透明通讯方式数据远传。该方案位移数据 是通过测量变形后金属管的各点顶角、方位角计测变形部位的曲率半径而得之。本实用新型的监测仪带来的优点是能同时实时自动监测滑坡深部滑体滑 动姿态变化和滑动加速度变化，确定滑坡滑动方向和滑坡滑动强度规模，是预 测预报滑坡灾害的重要参数，能在实时自动监测的同时将滑坡滑移时间、部位、 滑动距离、滑动方位、滑动速度、滑动加速度等动态数据存在一个存储器黑匝 子内，此黑匝子可伴随到监测滑坡体位移变形全过程直到剧滑那一刻，回收后 检查。在国内外首次实现滑坡体滑动时间、部位、水平距离、滑动方位、速度V 加速度等参数在滑坡灾害发生全过程的同时监测。在滑坡深部位移变形监测中 采用带存储器的黑匝子跟踪存储信息，作为剧滑后验查分析存储的信息依据。 通过研究滑坡体在突发性灾害爆发前后姿态的变化过程和规律，采用有数据采 集和存储器功能的"黑匣子"，对滑坡体成灾全过程的跟踪监测。研究自动监测 和无线上网技术，实现网上传输和査看监测参数，实现对滑坡体滑动三维位移 的方位、速度和加速度变化情况的全程实时监测，解决以往不能对滑坡体三维 姿态和滑动加速的全程实时监测的问题。
本实用新型的监测仪的外形与现有测斜仪类似，具体实施方案是对已有 水平位移监测孔的地区，利用监测孔的数据资料寻找最大水平变化突变点，将 滑坡姿态探头和封装好的加速度、磁传感器探头定向串行下入到相应滑体不稳 定的突变点位置，并固定好进行固定式滑体滑动形态和加速度的全程监测。对 无水平位移监测孔的地区，根据设计另行钻孔，把作好的加速度计、磁传感器 探管，埋设在滑带中，并固定好进行固定式滑体滑动形态和加速度的全程监测。 此滑带要根据地质资料和定向取心资料所确认。地面安装自行研制的滑坡滑动 姿态和加速监测仪可实时自动采集埋设的测量管变形后的顶角、方位角、水平 位移定向角、俯仰角、横滚角以及滑动加速度等数据变化值均可釆集、存储于 黑匣子内，通过小型电台式无线上网GPRS透明通讯方式的数据远传。该方案 水平位移数据是通过测量变形后测量管的各点顶角、方位角计测变形部位的曲 率半径而得之故可进行大量程测量。
与前述现有同类产品相比，本实用新型的滑坡体滑动姿态加速度自动监测 仪能完成地质深部滑体滑移全程监测，且数据齐全，并能将地质灾害发生后的 数据保留便于后期进行研究。
本实用新型的内容结合以下实施例作更进一步的说明，但本实用新型的内 容不仅限于实施例中所涉及的内容。
图1是实施例中滑坡体滑动姿态加速度自动监测仪的电路框图。
图2是实施例中主控微处理器的电路图。
图3是实施例中方位倾角传感器的电路图。
图4是实施例中各个传感器放大与调理的电路图。
图5是实施例中三维伺服加速度传感器的电路图。
图6是实施例中非易失存储器的电路图。
具体实施方式
如图1 6所示，本实施例中的滑坡体滑动姿态加速度自动监测仪具有环境 温度传感器l、冲击加速度传感器2、加速度位移传感器3、方位倾角传感器4、 电池电压检测传感器5、主控微处理器6、通信接口7和电源8，所述环境温度 传感器1具有环境温度传感器信号输出端，所述冲击加速度传感器2具有冲击 加速度传感器信号输出端，所述加速度位移传感器3具有加速度位移传感器信 号输出端，所述方位倾角传感器4具有方位倾角传感器信号输出端，所述电池 电压检测传感器5具有电池电压检测传感器信号输出端，所述主控微处理器6 具有环境温度传感器信号输入端、冲击加速度传感器信号输入端、加速度位移 传感器信号输入端、方位倾角传感器信号输入端、电池电压检测传感器信号输 入端和通信输出端，所述环境温度传感器信号输出端与环境温度传感器信号输 入端相连接，所述冲击加速度传感器信号输出端与冲击加速度传感器信号输入 端相连接，所述加速度位移传感器信号输出端与加速度位移传感器信号输入端 相连接，所述方位倾角传感器信号输出端与方位倾角传感器信号输入端相连接， 所述电池电压检测传感器信号输出端与电池电压检测传感器信号输入端相连 接，所述通信输出端与通信接口相连接，其特征是还具有三维伺服加速度传感 器9和非易失存储器10，所述三维伺服加速度传感器9具有三维伺服加速度传 感器信号输出端，所述非易失存储器10具有非易失存储器信号输入端，所述主 控微处理器6还具有三维伺服加速度传感器信号输入端和非易失存储器信号输 出端，所述三维伺服加速度传感器信号输出端与三维伺服加速度传感器信号输 入端相连接，所述非易失存储器信号输入端与非易失存储器信号输出端相连接。
本实施例中方位倾角传感器采用的是HMC1043芯片，三维伺服加速度传感 器采用的是KXM52芯片，主控微处理器采用的是LPC938芯片，非易失存储器型 号为FM25H20。
权利要求1、一种滑坡体滑动姿态加速度自动监测仪，具有环境温度传感器、冲击加速度传感器、加速度位移传感器、方位倾角传感器、电池电压检测传感器、主控微处理器、通信接口和电源，所述环境温度传感器具有环境温度传感器信号输出端，所述冲击加速度传感器具有冲击加速度传感器信号输出端，所述加速度位移传感器具有加速度位移传感器信号输出端，所述方位倾角传感器具有方位倾角传感器信号输出端，所述电池电压检测传感器具有电池电压检测传感器信号输出端，所述主控微处理器具有环境温度传感器信号输入端、冲击加速度传感器信号输入端、加速度位移传感器信号输入端、方位倾角传感器信号输入端、电池电压检测传感器信号输入端和通信输出端，所述环境温度传感器信号输出端与环境温度传感器信号输入端相连接，所述冲击加速度传感器信号输出端与冲击加速度传感器信号输入端相连接，所述加速度位移传感器信号输出端与加速度位移传感器信号输入端相连接，所述方位倾角传感器信号输出端与方位倾角传感器信号输入端相连接，所述电池电压检测传感器信号输出端与电池电压检测传感器信号输入端相连接，所述通信输出端与通信接口相连接，其特征是还具有三维伺服加速度传感器和非易失存储器，所述三维伺服加速度传感器具有三维伺服加速度传感器信号输出端，所述非易失存储器具有非易失存储器信号输入端，所述主控微处理器还具有三维伺服加速度传感器信号输入端和非易失存储器信号输出端，所述三维伺服加速度传感器信号输出端与三维伺服加速度传感器信号输入端相连接，所述非易失存储器信号输入端与非易失存储器信号输出端相连接。
专利摘要本实用新型涉及一种地质灾害监测中使用的检测仪，尤其是一种滑坡体滑动姿态加速度自动监测仪。该自动监测仪具有环境温度传感器、冲击加速度传感器、加速度位移传感器、方位倾角传感器、电池电压检测传感器、主控微处理器、通信接口和电源，其特征是具有三维伺服加速度传感器和非易失存储器，三维伺服加速度传感器具有三维伺服加速度传感器信号输出端，非易失存储器具有非易失存储器信号输入端，主控微处理器具有三维伺服加速度传感器信号输入端和非易失存储器信号输出端，三维伺服加速度传感器信号输出端与三维伺服加速度传感器信号输入端相连接，非易失存储器信号输入端与非易失存储器信号输出端相连接。
文档编号G01V1/18GK201322806SQ200820223589
公开日2009年10月7日 申请日期2008年12月19日 优先权日2008年12月19日
发明者刘一民, 策 周, 军 宋, 汤国起, 胡时友, 陈文俊 申请人:中国地质科学院探矿工艺研究所