一种分布式易植入地下多源信息感知装置及方法与流程

本发明涉及地质环境监测，具体涉及一种分布式易植入地下多源信息感知装置及方法。

背景技术：

1、目前，地下空间安全智能监测领域中，以隧道、深基坑、地铁等地下空间工程，存在地下感知体系技术分散、干扰信号多、施工难度大等难题，而且现有监测技术大多是单独采集每种参数指标，不能同时同地实时获取多个数据源。由于每个数据源都涉及不同领域，并且不同数据需要不同类型的传感器检测，输出数据类型也各不相同，同一个采集器针对不同类传感器控制指令都不同，很难同时能完成多个不同领域数据采集，因此不利于实现地下空间安全的智能诊断、风险管控和灾前预报等。

技术实现思路

1、技术目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种分布式易植入地下多源信息感知装置及方法，其整合了振动、温度、变形等多源地质数据，能够实现地质安全临灾异常信号拾取，形成基于振动、温度、变形等多源数据的地下空间安全智能诊断与风险管控一体化平台。

2、技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种分布式易植入地下多源信息感知装置，其特征在于，包括：

4、传感器单元，其根据预设的监测指标配置多种数据采集设备，包括：三相加速度传感器、温度探针和三轴陀螺仪；

5、控制主板，其上集成振动传感器接口、数模转换器、三轴陀螺仪接口、3线制tp1000接口、主控芯片和多种通讯接口；

6、其中，所述主控芯片包括电信号连接的fpga模块和微控制器，fpga模块型号为xc7a35t-2csg324i，微控制器型号为stm32f429vgt6，fpga模块设有分别与各个通讯接口电信号连接的多个输出端，fpga模块与传感器单元中的各种数据采集设备通信连接；

7、所述振动传感器接口用于接收三相加速度传感器的检测数据，振动传感器接口包括x相接口、y相接口和z相接口，各相接口分别设有单独的信号调理电路，各个信号调理电路的输出端连接数模转换器的输入端，数模转换器的输出端连接至fpga模块的输入端；

8、所述三轴陀螺仪接口用于接收三轴陀螺仪的检测数据，三轴陀螺仪接口处设有隔离供电模块，隔离供电模块的输出端连接至fpga模块的输入端；

9、所述3线制tp1000接口用于接收温度探针的检测数据，3线制tp1000接口处设有pt1000调理电路，pt1000调理电路的输出端连接至微控制器的输入端，微控制器换算出温度后通过串口传输给fpga模块。

10、优选地，所述信号调理电路包括阻抗变换电路和抗混叠滤波电路，所述三相加速度传感器的x、y、z三相检测数据，经过阻抗变换、抗混叠滤波电路后进入数模转换器。

11、优选地，所述隔离供电模块包括485通讯模块和供电模块，485通讯模块的型号为td341s485s，供电模块的型号为b0505s-1wr3。

12、优选地，所述控制主板上还设有加热电源接口和继电器，继电器的闭合或断开由主控芯片控制。

13、优选地，所述控制主板上还设有与主控芯片电信号连接的tf卡，用于储存数据，所述通讯接口包括usb接口、4g接口和gps接口。

14、一种分布式易植入地下多源信息感知方法，应用于所述装置，包括步骤：

15、传感器单元中的各种数据采集设备根据主控芯片发送的指令，开启数据采集工作；

16、三相加速度传感器发送的检测数据经振动传感器接口接入控制主板，然后经信号调理电路、数模转换器处理后输入fpga模块；

17、三轴陀螺仪发送的检测数据经三轴陀螺仪接口和隔离供电模块后输入fpga模块；

18、温度探针发送的检测数据经pt1000调理电路处理后输入微控制器；

19、fpga模块对三相加速度传感器发送的检测数据进行频域和时域分析，分析得到x、y和z三个方向的振动数据；

20、微控制器根据温度探测发送的检测数据，换算出温度后通过串口传输给fpga模块；

21、fpga模块对三轴陀螺仪发送的检测数据进行分析，得出所述装置的位置变化的数据。

22、有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

23、本发明整合了振动、温度、变形等多源地质数据，基于人工智能算法实现地质安全临灾异常信号拾取，形成基于振动、温度、变形等多源数据的地下空间安全智能诊断与风险管控一体化平台，实现地下空间地表变形监测精度达到毫米级，实现灾前预报并增加了预报提前时间，通过采用自适应变频感知传感设备，根据指标变化特征进行自动调整其采样频率和采样精度等参数，能够更好地捕捉和分析指标的变化，满足城市地质地质安全风险监测评价智慧、高效、快速的决策分析需求。

技术特征：

1.一种分布式易植入地下多源信息感知装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种分布式易植入地下多源信息感知装置，其特征在于：所述信号调理电路包括阻抗变换电路和抗混叠滤波电路，所述三相加速度传感器的x、y、z三相检测数据，经过阻抗变换、抗混叠滤波电路后进入数模转换器。

3.根据权利要求1所述的一种分布式易植入地下多源信息感知装置，其特征在于：所述隔离供电模块包括485通讯模块和供电模块，485通讯模块的型号为td341s485s，供电模块的型号为b0505s-1wr3。

4.根据权利要求1所述的一种分布式易植入地下多源信息感知装置，其特征在于：所述控制主板上还设有加热电源接口和继电器，继电器的闭合或断开由主控芯片控制。

5.根据权利要求1所述的一种分布式易植入地下多源信息感知装置，其特征在于：所述控制主板上还设有与主控芯片电信号连接的tf卡，用于储存数据，所述通讯接口包括usb接口、4g接口和gps接口。

6.一种分布式易植入地下多源信息感知方法，应用于权利要求1-5所述装置，其特征在于，包括步骤：

技术总结
本发明公开了一种分布式易植入地下多源信息感知装置及方法，装置包括：传感器单元和控制主板，传感器单元包括根据预设的监测指标配置的三相加速度传感器、温度探针和三轴陀螺仪器等，控制主板上集成振动传感器接口、数模转换器、三轴陀螺仪接口、TP1000接口、主控芯片、USB接口和多种通讯接口。本发明整合了振动、温度、变形等多源地质数据，能够实现地质安全临灾异常信号拾取，形成基于振动、温度、变形等多源数据的地下空间安全智能诊断与风险管控一体化平台。

技术研发人员：张庆,李云峰,葛伟亚,华健,陆远志,陈宗芳,杜菁菁
受保护的技术使用者：中国地质调查局南京地质调查中心（华东地质科技创新中心）
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1