一种基于传感器阵列的边坡变形监测装置的制作方法

1.本实用新型属于边坡监测技术领域，更具体地说，是涉及一种基于传感器阵列的边坡变形监测装置。


背景技术：

2.我国每年有数以万计不同规模的滑坡等地质灾害发生，给自然环境、基础设施等造成巨大损失，甚至危及到人民生命财产安全。随着人类工程活动的日趋频繁，滑坡灾害也变得越来越频发，人类的工程活动和极端天气都有可能引发边坡灾害，因此加强边坡监测意义重大。边坡监测的内容包括变形、地下水、雨量、土压力、应力应变等，其中变形(位移场)作为边坡稳定的直接判定条件是监测的重点。
3.边坡种类和边坡灾害的类型都是多种多样的，这也造成了边坡变形的复杂性。这种复杂性其中一方面体现在空间上的差异性，从变形方向上可以分为倾斜、深部水平位移、表面沉降等等。
4.现有的变形监测方案大多只能解决某一个方向上的变形测量，难以实现全方向的变形监测，钻孔测斜方法是其中一种有效的测量滑坡位移的方法，可以测量竖向空间分布上的水平位移，但是仍然存在以下缺陷：钻孔测斜仪难以描述位移方向，无法测量竖直布置的方向是否产生隆起或沉降，不能给出空间中的三维坐标位置；需要外接电源供电，甚至需要拉较长供电线供电，耗时且不够便携。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种基于传感器阵列的边坡变形监测装置，旨在解决现有变形监测装置不能描述空间三维位置坐标且现场使用不够方便、便携性不好的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种基于传感器阵列的边坡变形监测装置，包括：
7.多个依次首尾串联的刚性段和柔性段，所述刚性段上固定设有mems传感器单元和电池，所述刚性段和所述柔性段上均设有用于电连接多个所述mems传感器单元和多个所述电池的线缆。
8.作为本技术另一实施例，所述刚性段和所述柔性段为管状，所述mems传感器单元和所述电池均设于所述刚性段内部，所述线缆贯穿所述柔性段用于电连接多个所述mems传感器单元和多个所述电池。
9.作为本技术另一实施例，所述刚性段和所述柔性段之间密封连接。
10.作为本技术另一实施例，所述柔性段为聚氨酯制件，所述刚性段为铝制件。
11.作为本技术另一实施例，所述刚性段长度为20
‑
100cm，所述柔性段长度为3
‑
8cm。
12.作为本技术另一实施例，所述mems传感器单元包括主控模块、通信模块、三轴加速度计和三轴磁力计。
13.作为本技术另一实施例，多个所述刚性段和多个所述柔性段构成第一传感器阵列
和第二传感器阵列，所述第一传感器阵列和所述第二传感器阵列互相垂直构成面式传感器网络，所述面式传感器网络用于测量边坡表面和边坡内部位移数据。
14.作为本技术另一实施例，还包括与所述mems传感器单元电连接的现场边缘计算终端，所述现场边缘计算终端用于解算所述mems传感器单元传输的数据。
15.本实用新型提供的一种基于传感器阵列的边坡变形监测装置的有益效果在于：与现有技术相比，该边坡变形监测装置自带电池，不用外接电源，省去了拉线的花费和时间，现场使用方便，随取随用，便携性好。本实用新型以多段柔性段作为深部位移吸能单元，可根据需要弯折，通过刚性段上的mems(微机电系统)传感器单元得出每个刚性段的位移量，进而得到边坡的变形数据。将该边坡变形监测装置铺设于边坡表面，可采集布置位置是否产生隆起或沉降，进而得到具体变形量大小；将该边坡变形检测装置竖直安装在边坡体内部，一端和基岩锚固，可采集边坡体深部水平的位移，得到具体变形数据。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本实用新型实施例提供的一种基于传感器阵列的边坡变形监测装置的结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例所采用的基本传感段的内部结构示意图；
19.图3为本实用新型实施例提供的一种基于传感器阵列的边坡变形监测装置的相互垂直连接示意图；
20.图4为图3所示的一种基于传感器阵列的边坡变形监测装置的现场铺设示意图。
21.图中：1、基本传感段；2、刚性段；3、柔性段；4、线缆；5、mems传感器单元；6、电池；7、沉孔；8、螺纹孔；9、穿线孔；10、凸台。
具体实施方式
22.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
23.请参阅图1及图2，现对本实用新型提供的一种基于传感器阵列的边坡变形监测装置进行说明。所述基于传感器阵列的边坡变形监测装置，包括
24.多个依次首尾串联的刚性段2和柔性段3，刚性段2上固定设有mems传感器单元5和电池6，刚性段2和柔性段3上均设有用于电连接多个mems传感器单元5和多个电池6的线缆4。
25.本实用新型提供的一种基于传感器阵列的边坡变形监测装置，与现有技术相比，该边坡变形监测装置自带电池6，不用外接电源，省去了拉线的花费和时间，现场使用方便，随取随用，便携性好。本实用新型以多段柔性段3作为深部位移吸能单元，可根据需要弯折，通过刚性段2上的mems(微机电系统)传感器单元5得出每个刚性段2的位移量，进而得到边
坡的变形数据。将该边坡变形监测装置铺设于边坡表面，可采集布置位置是否产生隆起或沉降，进而得到具体变形量大小；将该边坡变形检测装置竖直安装在边坡体内部，一端和基岩锚固，可采集边坡体深部水平的位移，得到具体变形数据。
26.具体的，基本传感段根据实际需要串联阵列具体数量。
27.本实施例中，一个刚性段2和一个柔性段3组成一个基本传感段1，八个基本传感段1为一组，多组传感器链可以组合测量更长的测线。每个刚性段2内部固定设有通过线缆4的3节电池6，三节电池6旁边固定有一个mems传感器单元5。刚性段2还设有穿线孔9，用于连接电池6和电池6、电池6和mems传感器单元5。
28.可选的，基本传感段1阵列外部包裹有柔性保护套，起到密封作用，可保护装置整体不受外部环境腐蚀或变形影响，延长使用寿命。电池6可选可充电式，也可选择一次性的，根据可持续性和环保要求，优选可充电式电池。
29.作为本实用新型提供的一种基于传感器阵列的边坡变形监测装置的一种具体实施方式，请参阅图1和图2，刚性段2和柔性段3为管状，mems传感器单元5和电池6均固定设于刚性段2内部，线缆4贯穿柔性段3用于电连接多个mems传感器单元5和多个电池6。
30.本实施例中，刚性段2和柔性段3为圆管状，管状刚性段2和柔性段3可保护内部mems传感器单元5、电池6和线缆4不受外部环境影响而损坏。
31.作为本实用新型提供的一种基于传感器阵列的边坡变形监测装置的一种具体实施方式，请参阅图1和图2，刚性段2和柔性段3之间密封连接。
32.本实施例中，柔性段3两端设有凸台10，用于与刚性段2抵接，凸台10与刚性段2内部过盈配合，以达到密封的目的。刚性段2两端均设有沉孔7，柔性段3两端凸台10上均设有螺纹孔8，沉孔7和螺纹孔8同心，可通过螺栓将刚性段2和柔性段3固定在一起。
33.可选的，凸台10上设有通孔，刚性段2两端设有与凸台10上通孔对应的圆孔，圆杆穿过两对应孔后卡住，达到相互固定的目的。
34.作为本实用新型提供的一种基于传感器阵列的边坡变形监测装置的一种具体实施方式，请参阅图1图2，柔性段3为聚氨酯制件，刚性段2为铝制件。
35.本实施例中，柔性段3为聚氨酯，其性质不易拉伸，不易压缩，可弯折，能保证在边坡变形时传感器阵列可以协调地随边坡变形而不破坏刚性段2，又能很好满足长度方向不易变形，采集数据后能够得到与实地情况更加相符的计算数据。铝制管不易变形、耐腐蚀且轻便，在满足使用要求的同时，可减少装置整体的重量，提高便携性。
36.作为本实用新型提供的一种基于传感器阵列的边坡变形监测装置的一种具体实施方式，请参阅图1和图2，刚性段2长度为20
‑
100cm，柔性段3长度为3
‑
8cm。
37.本实施例中，刚性段2长度为20cm，实际可根据变形测量的空间分辨率确定，柔性段3长度为5cm。
38.作为本实用新型提供的一种基于传感器阵列的边坡变形监测装置的一种具体实施方式，mems传感器单元5包括主控模块、通信模块、三轴加速度计和三轴磁力计。
39.本实施例中，控制模块为单片机，用于对mems传感器单元5内的三轴加速度计和三轴磁力计采集到的数据进行初步处理，通信模块用于传输数据，mems传感器单元5内置三轴加速度计和三轴磁力计。考虑线式传感器阵列在空间内的变形，为便于空间内的分析和空间坐标计算，使用折线模型对传感器阵列进行简化。mems传感器单元5中的三轴加速度计和
三轴磁力计在应用中，利用被测物体静止时受到重力加速度在mems传感器单元5三个轴向的分量以及测量传感器三个坐标轴与地磁场的夹角来测量角度，并通过夹角与每节刚性硬管的长度计算自身与竖直、水平方向的位移，进而计算出各个节点相对于参考点的坐标，即各个节点的位移。
40.此外，需要指出的是，陀螺仪是通过对测得的角速度进行积分得到角度，而磁力计是通过测量传感器的3个坐标轴与地磁场的夹角来测量角度的，陀螺仪的测量动态性好，短时积分精度较高，长时间积分误差很大。因此考虑到边坡变形测量的应用场景，因此本实用新型首选三轴磁力计进行测量。
41.作为本实用新型提供的一种基于传感器阵列的边坡变形监测装置的一种具体实施方式，请参阅图3和图4，多个刚性段2和柔性段3构成第一传感器阵列和第二传感器阵列，第一传感器阵列和第二传感器阵列互相垂直构成面式传感器网络，所述面式传感器网络用于测量边坡表面和边坡内部位移数据。
42.本实施例中，8个基本传感段为一组，多组传感器链可以组合成测量更长的测线。当线式传感器阵列水平布设时可以用来测量水平方向上的沉降或隆起，而当线式传感器阵列竖向布设时可以测量竖向方向上的水平深部位移。将1个线式传感器阵列水平布设而另1个线式传感器阵列竖向布设可以构成一个基本的测量边坡竖向剖面的面式传感器网络，既可以测量边坡水平方向的起伏，又可以测量竖向方向上的水平深部位移，从而对边坡深部和表面的变形进行全面的监测。
43.作为本实用新型提供的一种基于传感器阵列的边坡变形监测装置的一种具体实施方式，还包括与mems传感器单元5电连接的现场边缘计算终端，现场边缘计算终端用于解算所述mems传感器单元5传输的数据。
44.本实施例中，本方案的边坡监测装置还包括无线传输模块，通过无线传输模块将传感器采集到的数据传输给边缘计算终端，计算终端解算出所有传感器网络坐标后根据预警指标预警，并将数据通过无线通信方式传至网络云端。
45.可选的，柔性传感器网络可经过rs485/can通信传输给现场边缘计算终端。
46.具体的，mems传感器单元5完成对边坡监测地带倾角、位移等相关数据的在线、实时测量，内置的微控制器对采集的数据进行初步处理；通过无线或有线的数据传输，将监测装置的数据传至数据处理模块；数据处理模块完成对采集、传输过来的数据的滤波处理、数据补偿和边坡监测数据计算，最终将监测数据或预警信息传输至云端。
47.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。