专利名称：一种泥石流地声监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种泥石流监测装置，特别是涉及一种泥石流地声信号监测，属于地声信号探测技术领域。
背景技术：
泥石流地声是泥石流发生时地球内部振动信号沿沿沟岸岩层传播产生的振动波。泥石流地声与其他振动波一样，具有独特的振动频率、波形、波形振幅，并在泥石流形成、启动、发生过程中表现出不同的特征值。通过检测泥石流地声的变化，将泥石流地声波的主频范围并与沟道环境背景产生的振动(如降雨、刮风、雷电等)区别开来，根据泥石流地声强度(振幅)与泥石流流量成正比的关系再根据泥石流的过流持续时间较长，利用鉴频、鉴幅，延时三要素，便能监测泥石流的形成发生，及时发出泥石流灾害预报。专利号为ZL 99241577. 2，授权公告号为CN2396404Y，名称为“泥石流地声参数检测仪”的中国实用新型专利公开了一种泥石流地声参数检测仪。该检测仪由多路地声信号采集通道、检波触发电路、A/D转换、数据存储器以及微处理器控制系统组成，并具有与PC微机的通讯接口，可用于泥石流地声参数多点同时检测和泥石流变化规律分析以及泥石流地声报警。该检测仪采用单轴压电式加速度传感器，由放大、滤波、A/D电路转化为数字信号，通过无线电台发送报警信号和数据，存在无法通过无线方式获取实时采样数据，且无法实现空间三轴震动强度值的计算和泥石流龙头速度计算的缺陷。现有的地声检测仪常见另一种米用机械振子、变形齿结构传感器，通过有线光电传输报警信号的结构，也同样存在上述缺陷。
发明内容本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种可实时获取泥石流爆发过程中地声数据，并且数据准确性更高的泥石流检测仪。为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下一种泥石流地声监测装置，包括依次联接的监测端、中心端、控制端；所述监测端是地声信号检测设备，中心端是控制端与监测端之间的信号传输装置，控制端是地声信号处理与控制指令操作装置；其特征在于所述监测端采用MEMS三轴数字加速度计芯片作为传感元件。加速度计是一种惯性传感器，用于测量物体的加速力。加速力指的是当物体在加速过程中，作用在物体前行方向上的力。任何物体发生振动都会产生加速度变化，无论振动加速度方向如何，均可通过物体运动加速度有效获取物体振动相关信息。由于泥石流地声是泥石流发生时大地内部振动信号沿沟岸岩层传播产生的振动波，因而通过测量泥石流发生时伴生的振动波(即泥石流地声)可以有效获取泥石流发生运动的数据信息。本实用新型产品泥石流地声监测装置通过监测端实时获取采样点上的加速度数据，通过高速通信模块经中心端实时回传至控制端，控制端对数据信息进行存储或分析处理，能够实现地声数据采集、实时报警，并根据采集数据可计算出泥石流地声强度，空间方向和泥石流平均流速。上述泥石流地声监测装置的监测器端采用MEMS三轴数字加速度计作为传感元件，具有两项特点一是针对泥石流地声方向多变，可能在各个方向产生震动的特征，三轴数字加速度计能够实时测量到每个采样点上X、y、Z三个方向上的加速度数据，计算出地声强度，因此获取的地声数据更准确；二是由于采用了 MEMS (Micro Electro MechanicalSystems,MEMS)技术，因此传感器本身除了能够承担加速度计的功能外，还同时具备了体积小、重量轻、抗干扰、能耗低等优点。上述监测装置的监测端包括MEMS三轴数字加速度计芯片、单片机、通信模块、必要的电源电路模块；单片机集成实时时钟芯片与接口模块，并分别通过SPI接口、中断信号线路与MEMS三轴数字加速度计芯片联接。必要的电源电路模块包括太阳能电池板充电开关电路、铅酸电池电压检测电路、电源模块。单片机集成的接口模块包括SPI接口、USART接口、AD接口，其中SPI接口与MEMS三轴数字加速度计芯片联接，USART接口与通信模块联接，AD接口与铅酸电池电压检测电路联接。监测端安装后，一旦环境中有超过阈值震动信号产生，MEMS三轴数字加速度计采集该震动信号并产生一个中断信号，单片机接收到中断信号立即通过SPI接口读取MEMS三轴数字加速度计内部FIFO存储器中的采样数据与单片机内部的实时时钟数据，整理数据格式后发送给通信模块再传输至中心端，并进一步经中心端传输到控制端。单片机的AD接口每分钟通过铅酸电池电压检测电路采集铅酸电池电压，如果电压过高，立即控制太阳能电池板充电开关电路停止充电，以保护铅酸电池过充发热烧干电池液而损坏。上述监测装置，中心端包括通信模块、必要的电源电路模块。必要的电源电路模块包括接口转换电路、电源模块，中心端通信模块通过接口转换电路联接至控制端。中心端通信模块与监测端通信模块联通信道，接收监测端回传的采样三轴数字地声数据与仪器状态参数信息，如仪器时间、采样报警阈值、采样频率、采样时间等，并接收控制端的控制指令对监测端状态参数进行设置等。上述监测装置，控制端包括中央处理单元、数据存储单元、通信模块、操作信号输入模块、必要的电源电路模块。控制端通过接收到回传的三轴地声数据，根据公式
权利要求1.一种泥石流地声监测装置，包括依次联接的监测端(I)、中心端(2)、控制端(3);所述监测端(I)是地声信号检测设备，中心端(2)是控制端(3)与监测端(I)间的信号传输装置，控制端(3)是地声信号处理与控制指令操作装置；其特征在于所述监测端(I)采用MEMS三轴数字加速度计芯片作为传感元件。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于装置包括至少二个监测端(I)，各监测端(I)通过一个共同的中心端(2 )与一个共同的控制端(3 )联接；或者，装置包括至少二个监测端(1)，各监测端(I)分别通过一个中心端(2)与一个共同的控制端(3)联接。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述监测端(I)包括MEMS三轴数字加速度计芯片、单片机、通信模块、必要的电源电路模块；单片机集成实时时钟芯片与接口模块，并分别通过SPI接口、中断信号线路与MEMS三轴数字加速度计芯片联接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于监测端(I)必要的电源电路模块包括太阳能电池板充电开关电路、铅酸电池电压检测电路、电源模块。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述单片机集成的接口模块包括SPI接口、USART接口、AD接口，其中SPI接口与MEMS三轴数字加速度计芯片联接，USART接口与通信模块联接，AD接口与铅酸电池电压检测电路联接。
6.根据权利要求1或2或5所述的装置，其特征在于所述中心端(2)包括通信模块、必要的电源电路模块；所述中心端(2)必要的电源电路模块包括接口转换电路、电源模块；中心端(2 )通信模块通过接口转换电路联接至控制端(3 )。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述控制端(3)包括中央处理单元、数据存储单元、通信模块、操作信号输入模块、必要的电源电路模块。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述监测端(I)与中心端(2)的通信模块为无线信号收发模块，中心端(2)无线信号收发模块通过USART转USB接口转换电路联接至控制端(3);所述MEMS三轴数字加速度计芯片，分辨率13位、测量范围±16g、比例系数4mg/LSB、采样频率O. Γ3200ΗΖ ;所述单片机主频16MHZ，SPI接口频率2MHZ，USART接口波特率 115200。
9.一种利用权利要求1或2或8所述的泥石流地声监测装置实现的泥石流龙头流速测量装置，其特征在于包括至少二个监测端(I)，各监测端(I)布置在泥石流沟道同侧边，顺泥石流沟道排列，并保持一定间距。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于所述各监测端(I)间距<100m，且保持等距。
专利摘要本实用新型公开了一种泥石流地声监测装置。针对现有泥石流地声参数检测仪存在无法实现空间三轴震动强度值同时监测的缺陷，本实用新型提供了一种能够更准确获取泥石流爆发过程中地声数据的泥石流检测仪。该泥石流地声监测装置包括依次联接的监测端、中心端、控制端；其中，监测端是地声信号检测设备，采用MEMS三轴数字加速度计芯片作为传感元件，中心端是控制端与监测端之间的信号传输装置，控制端是地声信号处理与控制指令操作装置。本实用新型还提供一种利用上述泥石流地声监测装置实现的泥石流龙头流速测量装置。本产品能够实时测量每个采样点上x、y、z三个方向的加速度数据，计算得到的地声强度更准确，并且体积小、重量轻、抗干扰、能耗低。
文档编号G01P5/18GK202903327SQ20122060857
公开日2013年4月24日 申请日期2012年11月17日 优先权日2012年11月17日
发明者黎晓宇, 魏丽, 胡凯衡, 洪勇 申请人:中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所