一种柔性多关节深部变形监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及滑坡深部变形监测领域，具体涉及一种柔性多关节深部变形监测装置。


背景技术：

2.在滑坡深部变形监测中，传统的测量方法通常采用深部位移监测，即采用滑动式测斜仪或者固定式测斜仪监测深部的变形。
3.滑动式测斜的原理是通过在钻孔内安装带滑轨的监测管，通过滑动测斜仪在监测管的滑轨上滑动，从而测量监测管的位移变形量，进一步可推测出深部的水平变形情况。
4.现阶段针对滑坡深部变形监测的方法主要有：基于滑动式测斜仪和测斜管的方法、固定式测斜仪法、基于柔性的mems加速度传感器阵列的自动化深部位移计监测法。
5.近几年来基于柔性的mems加速度传感器阵列的深部位移变形监测设备在市场上得到推广，其原理是通过设备内部的mems加速度传感器获取岩土体内部的三维空间姿态。以上基于深部位移变形监测的手段，尽管精度高，能够进行精确测量，能够通过推算获取变形的主要方向，但是从监测成本上考虑，其缺点非常明显，不能满足滑坡深部实际使用要求。
6.现阶段基于滑动式测斜仪和测斜管的监测方法，其测斜管安装工艺复杂。在监测孔钻孔后，需要将测斜管安装要求沉入钻孔中，测斜管必须做严格的防水处理。沉下测斜管后，需要用细砂填入钻孔壁与测斜管之间，安装工艺较为复杂，且随着监测孔深度增加，安装难度也越大。一旦测斜管与钻孔壁间未填充好，将对监测精度产生很大的影响。由于其工作原理是基于测斜管的变形监测，因此变形的量程较小。此外滑动式测斜仪由人工采集数据，采集频率有限，近年来人工成本的不断增加，该方法在深部变形监测领域的缺点越实用新型显。固定式测斜仪法同样存在测斜管安装的工艺难题，监测精度易受填砂质量的影响。安装完成后，固定式测斜仪安装于测斜管内，受监测原理影响，其监测的量程较小。
7.此外由于固定式测斜仪在监测过程中，仅能服务于一个监测孔，其使用成本较高。基于柔性的mems加速度传感器阵列的自动化深部位移计通过高精度的mems加速度传感器感知地下深部三维空间的变形情况，其量程够大，但是该设备结构复杂，防水等级要求高，设备造价和安装成本很高，国内还无法生产高精度的mems加速度传感器芯片。该技术目前不适合在我国开展大量推广使用。
8.因此需要一种能够进行深部变形多节点监测，并且能够适应大量程测量，且安装简便造价便宜的自动化监测设备就显得非常重要。


技术实现要素：

9.为了解决上述问题，本实用新型提出一种柔性多关节深部变形监测装置，解决现有深部变形监测手段工艺复杂、造价高、监测频率低等问题。
10.本实用新型采用485总线连接，多关节应力传感器并联在485总线上，监测滑坡深
部监测点位之间拉应力变化。
11.本实用新型的技术方案具体如下：
12.一种柔性多关节深部变形监测装置，包括若干检测单元、数据采集模块和数据无线传输模块，检测单元包括应力传感器和中继模块；
13.应力传感器，测量地下变形引起拉应力变化；
14.每个中继模块控制相应的应力传感器的数据采集；
15.数据采集模块，与若干中继模块连接，整理、储存若干中继模块数据；
16.数据无线传输模块，按照指令向信息处理中心传输存储在数据采集模块中的数据。
17.进一步地，若干中继模块设于若干中继模块刚性保护盒中，中继模块刚性保护盒通过柔性部件连接，应力传感器设于柔性部件端部，地质形变时，柔性部件发生形变，作用于应力传感器上，产生应力变化。
18.进一步地，柔性部件内层为拉簧，外层为橡胶波纹管柔性管体。
19.进一步地，柔性部件长度为1m或0.5m。
20.进一步地，应力传感器外侧中部凸起，凸起上下两端通过刚性结构件与柔性关节连接。
21.进一步地，所述中继模块为485数字中继器，若干中继模块和应力传感器之间通过数据线连接，每个中继模块与应力传感器之间串联，中继模块与应力传感器组成的检测单元之间并联，装置最上端的一端数据线与数据采集模块连接，数据采集模块与无线传输模块连接。
22.进一步地，数据线为485总线。
23.本实用新型中，继模块刚性保护盒，用于保护安装中继模块。
24.柔性关节，长度为1m或0.5m标准长度，两段具有刚性结构连接件，相邻的应力传感器之间通过柔性关节连接，在滑坡变形过程中内部的拉簧被拉长，将拉应力传递给应力传感器。柔性关节内部为拉簧，外部为橡胶波纹管，受拉后吸收能量，适应变形，且具有防水功能。
25.应力传感器两端通过刚性结构件与柔性关节连接，传感器中部凸起，在整个设备安装完毕后，可发挥分节固定的作用，从而在滑坡变性后，该凸起可作为拉力点，将拉簧向两侧拉长，进而使传感器受拉，产生拉应力变化。
26.本实用新型通过485总线进行连接对深部钻孔各个深度处进行拉应力测量，确保线路的电流能够通过各个单元的主次开关，将电流一次传输到各个应力传感器至整个传感器阵列的末端，与此同时确保485总线能够一次使用。
27.与现有技术相比，本实用新型的有益效果具体如下：
28.根据本实用新型的装置，能够实现深部变形的全天候、长期、高频率监测，且安装简便造价低，适合在传统监测手段配合下大范围推广使用，对于地质灾害的监测和预警具有重大意义。另一方，本实用新型提出的通过测量拉应力来监测，为滑坡深部变形监测提供了一个新的途径。
附图说明
29.图1是本实用新型装置的结构示意图；
30.图2是图1中a部放大图；
31.图3是本实用新型预期监测的深度
‑
应力曲线；
32.图4是本实用新型预期监测的应力
‑
时间曲线。
具体实施方式
33.下面参考附图，对本实用新型进行更全面的说明，附图中显示了本实用新型的示例性实施例。然而，本实用新型可以表现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本实用新型全面和完整，并不将本实用新型的范围完全地传达该本领域的普通技术人员。
34.为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，处理图中示出的方位之外，空间术语意在包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定为在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位，这里所用的空间相对说明可以相应地解释。
35.如图1所示，本实施例的柔性多关节深部变形监测装置，包括应力传感器1、485数字中继器2、中继模块刚性保护盒3、柔性部件4、485总线5、数据采集模块以及数据无线传输模块6。中继模块刚性保护盒3可以是刚性管体结构。
36.本实施例设有8个应力传感器，分别为应力传感器1
‑
1、应力传感器1
‑
2、应力传感器1
‑
3、应力传感器1
‑
4、应力传感器1
‑
5、应力传感器1
‑
6、应力传感器1
‑
7和应力传感器1
‑
8，每个应力传感器与柔性部件组成一个测量单元，每个中继模块与一个测量单元组成一个测量组，每套监测设备由1个或多个测量组构成。
37.中继模块2为应力传感器的中继控制单元，每个应力传感器有1个中继模块，中继模块2的主要作用时控制应力传感器1的通电时间，以及数据采集。若干个中继模块2配合，控制若干个应力传感器1，确保通讯线路的电流能够通过各个单元的逐次开关，将电流一次传输至各个应力传感器直至整个传感器阵列的末端，与此同时确保485总线能够依次使用，有效使用485总线资源，不造成线路内部数据相互干扰。
38.中继模块2作为电路板需要封装于中继模块刚性保护盒3中。中继模块刚性保护盒3是长度为15cm，内径为25mm的不锈钢管，该部分是放置中继模块的不锈钢管。
39.如图2所示，柔性部件4是内层为拉簧4
‑
1，外层为橡胶波纹管的柔性管体4
‑
2，根据监测需求，可为1m或0.5m。
40.柔性部件4左右两端有钢结构连接件用以连接应力传感器，柔性部件4具有一定的抗拉抗压功能，可弯曲、防水。
41.监测过程中柔性部件4担任传力结构的角色。当地质变形时，应力传感器两端相对拉长，柔性部件4受拉，反作用力作用于应力传感器上，产生应力变化。
42.数据采集模块及数据无线传输模块6是对整个多关节应力传感器单元1以及中继模块2进行管理的单元，通过对中继模块2管理，控制数据采集，并通过整理，向室内信息中
心进行数据的无线传输。
43.基于上述装置，本实施例的监测方法如下：
44.步骤（1）、将应力传感器单元1以及中继模块2的数据线进行焊接，并将数据线穿过柔性部件4。
45.步骤（2）、将中继模块2安装于中继模块刚性保护盒3内，使用环氧树脂进行封装处理。
46.步骤（3）、将各个柔性部件4的两端与各个应力传感器单元以及安装了中继模块2的中继模块刚性保护盒3进行相应的焊接连接，焊接前将485总线5穿过柔性部件4的内腔和应力传感器中间预留孔，焊点需进行密封灌胶处理；制作若干个以上的单元时，首先进行485总线5焊接连接，然后再进行柔性部件4和应力传感器进行连接。
47.步骤（4）、将485总线5引到监测设备的端部；深部变形监测现场钻孔；将该装置逐步放入监测孔内。
48.步骤（5）、将注浆管管口沉到钻孔底部。
49.步骤（6）、通过注浆管，往监测孔内注入砂浆至砂浆从监测孔孔口溢出位置。砂浆水灰比根据前期试验监测孔岩土比重、弹性模量等参数进行相似配制。
50.步骤（7）、将485总线5与数据采集模块及数据无线传输模块6进行连接。
51.步骤（8）、待监测孔砂浆凝固后，开始记录各个传感器监测出来的数据，绘制深度
‑
应力曲线、应力
‑
时间曲线，反映出地下深部滑动时，滑面处设备的拉应力随时间的变化关系，从而监测深部变形情况。
52.如图3所示，图3是本实用新型预期监测的深度
‑
应力曲线，记录了监测孔不同深度位置处传感器拉应力的大小；同时该曲线图显示了多个时间点的监测数据。以该曲线为例，在10m至14m深度处拉应力增加幅度较其他深度处更为显著，表明该深度处为可能的滑动面位置。
53.如图4所示，图4是本实用新型预期监测的应力
‑
时间曲线，记录了监测孔某个深度处传感器拉应力数值随时间的变化过程。通过分析曲线的斜率，可监测到变形速率、加速度等信息，即可获取地质体变形情况。以该曲线为例，在11m深度处，2020年9月20日至9月25日监测到的传感器拉应力不断增加，在9月24日至25日增加的速率变快，表明该时间段地质体存在加速变形情况。
54.本实施例的装置可根据实际需要进行超深孔、大量程的监测测量。
55.尽管已经对本实用新型的实施例进行了描述，对于本领域技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对上述实施例进行多种变化、修改、替换和变形。