高水压环境下的监测采集终端防水方法及防水装置与流程

本发明属于岩石工程领域，涉及高水压环境下的监测采集终端防水方法，以及用于高水压环境下的监测采集终端防水装置。

背景技术：

当前我国科学技术的发展速度不断加快，有效推动了我国岩石工程的快速发展，一大批交通、水电站等国家战略与生命线工程已相继或即将开工建设。这些重大岩石工程在保障国家安全、促进社会经济发展方面作用巨大。在复杂的地质作用下，工程岩体受到各种各样的地质构造作用，导致形态、规模各异结构面的产生，岩体力学性质处于不稳定状态。因此在岩石工程施工过程中或者工程服务过程中，对于岩石工程的安全性和可靠性评估就显得非常重要。

目前，对岩石工程稳定性的检测方法主要有：机械法、电测法、声测法以及光测法。其中，电测法的精度高，通过记录和分析可以实现自动化，可遥测和长期观测，既可测静态量也可测动态量，适应性强。电测法中使用最广泛的是电阻应变测试，能把被测量转化成电感、电容或频率等参数，在不同的场合广泛应用，可实施工程岩体应力、应变、位移、渗压与温度等信号的检测。在电测法中，原始数据采集是岩石工程自动监测系统的基础，数据采集来源于具有不同功能的传感元器件。传感元器件采集被测物体的物理或几何信息，信号经信息网络传输，由监测采集终端接收，再由计算机将数字信号集成、处理和分析计算，用数字、图表等形式来反映被测对象的应力、位移、变形、破坏和稳定性状态，实现各种监测参数的分析计算和结果显示。

对于岩石工程的稳定性监测，要求监测系统的服务时间长达几十年，至少是十年上，这就对监测采集终端以及采集元器件的性能提出了非常高的要求。虽然监测采集终端本身具有一定的防水性，但其性能会仍然会受到其所处环境的影响，尤其是渗水、进水等问题对监测采集终端的数据采集精度造成不利影响。对于处于地表的岩石工程，通常直接将监测采集终端露天放置，或者是放置于岩体上的洞室中。对于露天放置的情况，为了避免降雨等对监测采集终端造成影响，通常会在监测采集终端放置处就地搭建临时防雨棚，对于放置于岩体洞室中的情况，降雨对监测采集终端的干扰相对较小，为了避免岩体渗水对监测采集终端的干扰，通常是对洞室壁面进行防水处理，例如刷一层防水涂料等。但是，对于处于水下的岩石工程，特别是处于高水压等复杂环境下的岩石工程，例如，高坝库区的岩石工程，监测采集终端长期直接处于高水压的环境中，监测采集终端的性能会遭受巨大挑战，高水压环境极易造成环境中的水进入监测采集终端内部，导致测量数据的精度偏低，影响最终的数据分析，严重情况下甚至导致监测采集终端仪器失灵，无法工作。目前针对高水压环境下监测采集终端的防水问题还没有相关方法进行处理。

技术实现要素：

针对上述高水压环境下监测采集终端暂无防水处理方法的问题，本发明的目的之一是提供一种用于高水压环境下的监测采集终端防水装置，本发明的目的之二是提供高水压环境下的监测采集终端防水方法，以在高水压环境中保障监测采集终端的长期正常工作，保障监测采集终端采集的监测数据的精确度，提高高水压环境中岩石工程稳定性监测的准确性。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于高水压环境下的监测采集终端防水装置，包括内部放置有用于岩石工程领域的监测采集终端的无盖壳体、由内而外依次固定罩设于监测采集终端与无盖壳体内侧面之间的若干防水罩，防水罩上设有用于浇筑环氧树脂灌封胶的浇筑孔以及用于连接监测采集终端的信息传输线穿过的线缆孔，无盖壳体和防水罩均由透明板材制作；信息传输线穿过防水罩上的线缆孔引出防水装置，位于最外层的防水罩的外侧面与无盖壳体的内侧面通过粘结剂粘结为一体，位于最内层的防水罩与监测采集终端之间的空间以及相邻防水罩之间的空间均由环氧树脂灌封胶填充。

上述用于高水压环境下的监测采集终端防水装置的技术方案中，为了加工方便，降低加工成本，同时为了便于水下固定安放，根据采集监测终端的形态，无盖壳体和防水罩优选采用长方体或正方体的无盖壳体和防水罩。

上述用于高水压环境下的监测采集终端防水装置的技术方案中，无盖壳体的底部设有环形凹槽，各环形凹槽与各防水罩底端的形状匹配，各防水罩的底端卡置于各环形凹槽内并由粘合剂粘结。

上述用于高水压环境下的监测采集终端防水装置的技术方案中，该防水装置还包括用于加固防水装置整体稳定性的固定带，固定带缠绕并捆绑于无盖壳体和位于最外层的防水罩上。进一步地，固定带应满足耐所处水环境的腐蚀，为使固定效果会更好，固定带的结构优选为具有一定宽度的扁平带。

上述用于高水压环境下的监测采集终端防水装置的技术方案中，所述防水罩至少为两个。防水罩的数量根据监测采集终端使用环境的水深决定，但防水罩越多，制作过程复杂，因此通常2～5层即可满足要求。一种可行是方式是所述防水罩为两个，包括第一防水罩和第二防水罩，第一防水罩上设有第一线缆孔和第一浇筑孔，第二防水罩上设有第二线缆孔和第二浇筑孔。

上述用于高水压环境下的监测采集终端防水装置的技术方案中，相邻防水罩的距离根据监测采集终端使用时所处水下环境水深而设定，所处水下环境水深越深，相邻防水罩的距离越大。优选相邻防水罩之间的距离至少为8cm，位于最内层的防水罩与检测采集终端之间的距离至少为8cm。

上述用于高水压环境下的监测采集终端防水装置的技术方案中，由于在水下使用，因此无盖壳体和防水罩应能承受一定或者较大的压力，同时能耐所处水环境的腐蚀。此外，为了观察浇筑环氧树脂时是否有气泡产生，有气泡产生时应及时振动消除气泡以增加密封效果，以及考虑到易于切割加工，无盖壳体和防水罩优选采用有机透明板材制作，更优选地，采用聚甲基丙烯酸甲酯板材。聚甲基丙烯酸甲酯板材的厚度，根据监测采集终端使用环境的水深确定，应满足强度要求，聚甲基丙烯酸甲酯板材的厚度至少为2cm。

上述用于高水压环境下的监测采集终端防水装置的技术方案中，为避免因线缆晃动而造成密封失效，无盖壳体和位于最外层的防水罩的顶部设有用于固定信息传输线的固定卡，信息传输线缆从线缆孔引出防水装置后固定在固定卡中。监测采集终端通过信息传输线缆一端与具体的采集元件(下位机)连接，另一端与上位机器连接。

上述用于高水压环境下的监测采集终端防水装置的技术方案中，所述用于岩石工程领域的监测采集终端可以为西安鼎诚测控科技有限公司生产的xs18-v多路信号采集记录仪。

本发明还提供了一种高水压环境下的监测采集终端防水方法，该方法使用上述防水装置，步骤如下：

①将监测采集终端与信息传输线连接并放置于无盖壳体内；

②将位于最内层的防水罩罩设于监测采集终端外，将信息传输线穿过位于最内层的防水罩上的线缆孔引出，通过位于最内层的防水罩上的浇筑孔向位于最内层防水罩内浇筑环氧树脂灌封胶将位于最内层的防水罩与监测采集终端之间的空间填满，待环氧树脂灌封胶凝固后，封闭该防水罩上的浇筑孔；

与现有技术相比，本发明提供的技术方案产生了以下有益的技术效果：

1.本发明提供了用于高水压环境下的监测采集终端防水装置，该防水装置采用无盖壳体、多层防水罩和多层环氧树脂灌封胶层的方式，形成了多重防渗结构，能在高水压等复杂环境下可以有效防止液体渗入，可在高水压环境中保障监测采集终端的正常工作，保障监测采集终端采集的监测数据的精确度，提高高水压环境中岩石工程稳定性监测的准确性保证监测采集终端性能稳定性。本发明的技术方案弥补了现有技术尚高水压环境下监测采集终端暂无防水处理装置及方法的空白。

2.本发明提供的防水装置优选采用有机板材，例如聚甲基丙烯酸甲酯板材，制作无盖壳体和防水罩，同时采用环氧树脂灌封胶进行空间填充，基于聚甲基丙烯酸甲酯和环氧树脂的特性，使本装置具有高机械强度、耐热耐寒性、耐腐蚀性、耐老化、绝缘性能良好及尺寸稳定等优点，因此本装置可广泛应用于多种环境，尤其适用于高水压环境。

3.本发明提供的防水装置将位于最外层的防水罩与无盖壳体的内壁用粘合剂粘结为一体并采用固定带缠绕固定进行加固，使得该密封装置具有良好的结构稳定性。

4.本发明提供的防水装置采用透明的板材，例如透明的有机板材制作无盖壳体和防水罩，使得无盖壳体和防水罩具有透明性，可观察环氧树脂灌封胶进行封闭浇筑过程，及时调整，避免出现气泡等情况，进一步保证整体装置的结构稳定性。

5.本发明以上述防水装置为基础，还提供了高水压环境下的监测采集终端防水方法，该方法可在高水压等复杂环境下可以有效防止液体渗入监测采集终端，在高水压环境中保障监测采集终端的长期正常工作，保障监测采集终端采集的监测数据的精确度，有效提升高水压环境中岩石工程稳定性监测的长期准确性和稳定性。

6.本发明提供的高水压环境下的监测采集终端防水方法的操作简单，成本低，并且实验表明本发明提供的方法并不影响监测采集终端的正常工作，有利于在工程实践中推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1是本发明所述用于高水压环境下的监测采集终端防水装置的立体示意图；

图2是本发明所述用于高水压环境下的监测采集终端防水装置的剖面图；

图3是本发明所述用于高水压环境下的监测采集终端防水装置的第一防水罩结构的结构示意图；

图4是本发明所述用于高水压环境下的监测采集终端防水装置无盖壳体(其中放置了监测采集终端)的结构示意图；

图中，1—监测采集终端、1-1—信息传输线、2—第一防水罩、2-1—第一凹槽、2-2—第一浇筑孔、3—第二防水罩、3-1—第二凹槽、3-2—第二浇筑孔、4—无盖壳体。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的发明内容和实施例的描述，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的其他的具体实施方式，都属于本发明所保护的范围。

下述各实施例中所述的用于岩石工程领域的监测采集终端，或者监测采集终端均为西安鼎诚测控科技有限公司生产的xs18-v多路信号采集记录仪。

实施例1

如图1～2所示，本实施例中的用于高水压环境下的监测采集终端防水装置，包括内部放置有用于岩石工程领域的监测采集终端1的无盖壳体4、由内而外依次固定罩设于监测采集终端与无盖壳体4内侧面之间的第一防水罩2和第二防水罩3，以及用于加固装置整体稳定性的固定带(图中未示出)。

如图4所示，无盖壳体4采用厚度为2cm的聚甲基丙烯酸甲酯板材制作而成，为具有内腔的长方体结构，具体为顶面开放的中空长方体。聚甲基丙烯酸甲酯板材的耐候性佳、机械强度高、具有高透明度且易于切割加工，有利于观察浇筑环氧树脂时是否有气泡产生，有气泡产生时可及时振动消除气泡以增加密封效果。壳体厚度根据使用环境水深确定，满足强度要求即可。壳体底部由内而外分别设置有与防水罩底端相匹配的呈环形的第一凹槽2-1和第二凹槽3-1。第二凹槽3-1沿无盖壳体4内侧面底周设置。监测采集终端1放置于无盖壳体4内部底板的中心处。

如图2～3所示，第一防水罩2和第二防水罩3均采用厚度为2cm的聚甲基丙烯酸甲酯板材制作而成，均呈有具有内腔的长方体结构，具体为底面开放的中空长方体。第一防水罩2的侧面设有第一线缆孔、顶面设有第一浇筑孔2-2，第二防水罩3的侧面设有第二线缆孔、顶面设有第二浇筑孔3-2。第一线缆孔和第二线缆孔用于信息传输线1-1穿过，监测采集终端通过信息传输线1-1一端与具体的采集元件(下位机)连接，另一端通过信息传输线与上位机连接。第一浇筑孔和第二浇筑孔呈圆形，用于向第一防水罩和第二防水罩内浇筑环氧树脂灌封胶。第一防水罩2底端卡置于第一凹槽2-1内，并采用粘合剂使之与无盖壳体4固定粘结。第二防水罩3底端卡置于第二凹槽3-1内，其外侧面与无盖壳体4内侧面紧密贴合，采用粘合剂使之与无盖壳体4粘结为一体。第一防水罩与监测采集终端1之间的空间以及第一防水罩与第二防水罩之间的空间均由环氧树脂灌封胶填充，环氧树脂灌封胶填充的部分如图2中的阴影部分所示。第一防水罩和第二防水罩之间的距离为8cm，第一防水罩与检测采集终端之间的距离也为8cm。相邻防水罩之间的距离以及最内层的防水罩与监测采集终端之间的距离，可根据监测采集终端使用时所处水下环境的水深而进行合理设定，当水深越深，此距离越大。

第二防水罩3与无盖壳体4等高以便于固定带稳固地缠绕捆绑固定。固定带缠绕并捆绑于无盖壳体4和位于第二防水罩上。固定带的材质根据所处水环境选择，应耐所处水环境的腐蚀，且固定带应具有一定宽度，固定效果会更好。值得说明的是，防水罩的层数不限于两层，防水罩的数量根据使用环境的水深决定，但防水罩越多，制作过程复杂，因此通常2～5层即可满足要求。无盖壳体4、第一防水罩2和第二防水罩3的形状并没有特殊的要求，可根据监测采集装置的状态而定，本实施例中采用长方体结构，更便于加工和水下固定，降低加工成本。

无盖壳体4和第二防水罩的顶部还设有用于固定信息传输线的固定卡，信息传输线缆从线缆孔引出防水装置后固定在固定卡中，以避免线缆晃动造成密封失效。

实施例2

本实施例中，以实施例1提供的用于高水压环境下的监测采集终端防水装置为基础，说明本发明提供的高水压环境下的监测采集终端防水方法，具体包括以下步骤：

①将用于岩石工程领域的监测采集终端1与信息传输线1-1连接并放置于无盖壳体4内；

具体地，无盖壳体底部由内而外分别设置有呈长方形的第一凹槽2-1和第二凹槽3-1，第二凹槽3-1沿无盖壳体4内侧面底周设置，监测采集终端1放置于无盖壳体4内底部中心处。

②将第一防水罩罩设于监测采集终端1外，将信息传输线1-1穿过第一防水罩上的线缆孔引出，通过第一防水罩上的浇筑孔向第一防水罩内浇筑环氧树脂灌封胶将位于最内层的防水罩与监测采集终端1之间的空间填满，待环氧树脂灌封胶凝固后，封闭该防水罩上的浇筑孔；

具体地，将第一防水罩2罩设于监测采集终端1外且底端部卡置于第一凹槽2-1内，将信息传输线1-1从第一线缆孔中穿出，采用粘合剂使第一防水罩2与第一凹槽2-1固定粘结，通过第一浇筑孔2-2向第一防水罩2与监测采集终端1之间浇筑环氧树脂灌封胶，使环氧树脂灌封胶填充满第一防水罩2与监测采集终端1之间的空间，在浇筑过程中，注意观察浇筑的环氧树脂灌封胶中是否有气泡产生，若有，则应及时消除浇筑后的环氧树脂灌封胶产生的气泡以增强密封效果，待环氧树脂灌封胶凝固后，将与第一浇筑孔2-2匹配的密封片置于第一浇筑孔2-2中并用粘结剂与防水罩粘结为一体。

③按照步骤②的操作，罩设第二防水罩、引出信息传输线并浇筑环氧树脂灌封胶将各相邻防水罩之间的空间填充密封，之后密封第二防水罩上的浇筑孔；

具体地，将第二防水罩3罩设于第一防水罩2外且底端部卡置于第二凹槽3-1内，将信息传输线1-1从第二线缆孔中穿出，第二防水罩3与无盖外壳等高，采用粘合剂使第二防水罩3与第二凹槽3-1固定粘结，第二防水罩3外侧面与无盖壳体4内侧面紧密贴合，通过第二浇筑孔3-2向第二防水罩3与第一防水罩2之间浇筑环氧树脂灌封胶，使环氧树脂灌封胶填充满第二防水罩3与第一防水罩2之间的空间，在浇筑过程中，注意观察浇筑的环氧树脂灌封胶中是否有气泡产生，若有，则应及时消除浇筑后的环氧树脂灌封胶产生的气泡以增强密封效果，待环氧树脂灌封胶凝固后，将与第二浇筑孔3-2匹配的密封片置于第二浇筑孔3-2中并用粘结剂与防水罩粘结为一体。

④将第二防水罩的外侧面与无盖壳体(4)内侧面用粘结剂粘结为一体；

具体地，在第二防水罩3外侧面与无盖壳体4内侧面之间加入足量粘合剂填合，以使防水罩与无盖壳体4粘结为一体，以增强装置稳定性。

将固定带缠绕并捆绑于无盖壳体4和位于最外层的防水罩上，对于第二浇筑孔与密封片的部分，应用固定带着重固定，然后将信息传输线1-1固定在设置于无盖壳体4和第二防水罩顶部的固定卡中。

本发明提供的用于高水压环境下的监测采集终端防水装置，结构简单，采用无盖壳体+“多圈层”防水罩+填充环氧树脂灌封胶结构即可形成多重防渗层，固定带和粘合剂双重固定，设置的“多圈层”结构，可有效防止任何情况下液体的渗入。此外，无盖壳体和防水罩由聚甲基丙烯酸甲酯制作而成，并采用环氧树脂灌封胶进行空间填充，使装置强度高，抗腐蚀性能强，能够保证监测采集终端的服务周期和监测性能稳定性。

本发明提供的高水压环境下的监测采集终端防水装置制备方法，步骤简便，易于操作，聚甲基丙烯酸甲酯材料具有透明性，可全程观察环氧树脂灌封胶进行封闭浇筑过程，及时调整，避免出现气泡等情况，进一步保证整体装置的结构稳定性。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。