专利名称：一种地层深部位移自动监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种监测系统，尤其涉及一种用于对地层深部位移进行监测的 系统。
背景技术：
在地质灾害监测领域，往往需要监测滑坡体地层深部位移，传统方法是在滑坡 体上钻孔，安装测斜管，每隔一定的时间间隔，用钻孔测斜仪按一定的间距连续测量测 斜管各段的倾角，并在计算机上进行数据处理，得出测斜管各深度点的相对位移。由于 需要人工现场测量，并进行事后数据处理，监测的效率很低，不能实现对滑坡体的实时测量。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种无人 自动监测、使用方便的地层深部位移监测系统。按照本实用新型提供的一种地层深部位移自动监测系统，包括多个井下测头组 组件、地面数据采集传输仪、供电模块和远程监控中心，所述井下测头组组件安装在地 层深部位置，其作为地层深部位移变化的检测元件，所述井下测头组组件将检测到的地 层深部位移变化信号传输至所述地面数据采集传输仪，所述地面数据采集传输仪对地层 深部位移变化信号进行处理，并传输至所述远程监控中心，所述远程监控中心对接收到 的数据进行处理分析，所述供电模块向所述井下测头组组件和所述地面数据采集传输仪 {共 O按照本实用新型提供的一种地层深部位移自动监测系统还具有如下附属技术特 征所述井下测头组组件包括井底组件、测头组件、连接组件和电缆组件，所述井 底组件、测头组件和连接组件连接在一起，所述电缆组件与所述测头组件相连接。所述连接组件包括支撑组件和加长杆，所述测头组件和所述支撑组件连接形成 标准节，所述标准节有多节，各所述标准节之间由所述加长杆连接，所述井底组件位于 末节标准节的底端，所述电缆组件连接各节所述测头组件。所述测头组件中安装有两只用于检测位移变化的加速度计，两只所述加速度计 敏感轴相互垂直，并且均垂直于所述测头组件的轴线。所述测头组件包括套筒、安装在所述套筒中的加速度计、测头电路、安装在所 述套筒端部的表架和连接器、及位于所述套筒另一端的堵头，所述连接器用于连接所述 加速度计与所述电缆组件。所述表架上设置有加速度计安装微调螺孔。所述支撑组件为轮架组件，所述加长杆安装有旋转关节，所述旋转关节与所述 支撑组件相连接。
3[0012]所述地面数据采集传输仪包括数据采集传输模块、防雷击模块、电源管理模 块、开关电路和密封机箱，所述数据采集传输模块与所述井下测头组组件相连接，对所 述井下测头组组件采集的地层深部位移变化信号进行处理，并将处理后的信号传输至所 述远程监控中心，所述数据采集传输模块中设置有无线传输单元，所述无线传输单元与 所述远程监控中心进行无线通讯。所述供电模块包括市电接口箱和太阳能发电系统。所述测头电路包括信息处理模块、A/D模块、通讯模块和电源模块，所述A/D 模块与所述加速度计连接，将处理后的信号传输到所述信息处理模块，所述信息处理模 块对信号进行处理，并通过所述通讯模块将信号传输至所述地面数据采集传输仪中，所 述电源模块向各部分电路模块供电。按照本实用新型提供的一种地层深部位移自动监测系统与现有技术相比具有如 下优点首先，本实用新型在需要监测的地层安装测头组组件，测头组组件和远程监控 中心对监测的信号进行处理，从而实现无人自动监测，使用非常方便；其次，本实用新 型的测头组组件结构更加合理，监测精度更高。
图1是本实用新型的系统框图。图2是本实用新型的测头组组件的结构图。图3是本实用新型的测头组组件中部分的结构图。图4是本实用新型的测头组件的结构图。图5是本实用新型的测头组件的另一视角的结构图。图6是本实用新型的测头电路的框图。
具体实施方式
参见图1，按照本实用新型给出的一种地层深部位移自动监测系统的实施例，包 括多个井下测头组组件1、地面数据采集传输仪2、供电模块3和远程监控中心4，所述井 下测头组组件1安装在地层深部位置，其作为地层深部位移变化的检测元件，所述井下 测头组组件1将检测到的地层深部位移变化信号传输至所述地面数据采集传输仪2，所述 地面数据采集传输仪2对地层深部位移变化信号进行处理，并传输至所述远程监控中心 4，所述远程监控中心4对接收到的数据进行处理分析，所述供电模块3向所述井下测头 组组件1和所述地面数据采集传输仪2供电。所述远程监控中心4主要由服务器或者是 PC机及数据处理软件、通讯模块组成，所述通讯模块可以实现与所述地面数据采集仪的 信息通讯，本实施例为无线通讯模块，例如GPRS或者现有的无线通讯网络。所述远程 监控中心4可以连接多个所述地面数据采集传输仪。而每个地面数据采集仪可以连接个 所述井下测头组组件，从而形成一个监测网络。而所述远程监控中心主要功能实现远程 控制，远程管理配置工作模式。数据接收，接收GPRS或短信发送到中心的测量数据， 并将数据存入数据库。数据检索，按照各监测站号、时间建立检索数据库，获得测量数 据。数据处理，将接收数据转化为深部位移数据，并根据需要对测量数据进行处理，如 平滑滤波、曲线拟合等。图表显示，生成深度一位移图(表)、时间一位移图(表)和基于基准值的深度一相对位移图(表)。报表导出等功能。参见图2和图3，在本实用新型给出的上述实施例中，所述井下测头组组件1包 括井底组件11、测头组件12、连接组件13和电缆组件14，所述井底组件11、测头组件 12和连接组件13连接在一起，所述电缆组件14与所述测头组件12相连接。所述连接组 件13包括支撑组件15和加长杆16，所述测头组件12和所述支撑组件15连接形成标准 节，所述标准节有多节，各所述标准节之间由所述加长杆16连接，所述井底组件11位于 末节标准节的底端，所述电缆组件14连接各节所述测头组件12。所述支撑组件为轮架组 件，所述加长杆16安装有旋转关节161，所述旋转关节161与所述支撑组件15相连接。 本实施例采用5个测头组件12、5个电缆组件14、1个井底组件11、5个支撑组件15、4 个加长杆组成。该测头组组件的结构更加简化，提高了测头组组件的互换性。所述旋转 关节161可以避免由于测斜管扭曲导致无法安装的状况出现，方便施工。井下测头组组 件可以根据用户需求定制，按需求节数配套，测头组件与支撑组件连接形成标准节，标 准节长度为lm，各标准节间距可以米为单位按需扩展，各节之间的间距决定加长杆长度 和电缆组件长度，各节安装位置决定井口装置钢丝绳长度。参见图4和图5，在本实用新型给出的上述实施例中，所述测头组件12中安装 有两只用于检测位移变化的加速度计17，两只所述加速度计17敏感轴相互垂直，并且均 垂直于所述测头组件12的轴线。测头组组件通过测斜管固定在地表一定深度以下(各测 头深度已知)，当地层滑动时，处于该地层中的加速度计的敏感轴与基准轴(重力垂线) 夹角将发生变化，该测头加速度计将敏感这一变化。单只加速度计测头只能敏感加速度 计敏感轴一个方向的位移，当地层滑动方向与加速度计敏感轴有夹角时会产生误差。为 消除上述误差，本实用新型采用X、Y两只加速度计进行测量，两只加速度计敏感轴垂直 配置，且均垂直于测头轴向，这样就能完全消除以上测量误差。采用双加速度计进行测 量，由于地层滑动引起测头加速度信号的变化量将垂直分解到X、Y两支加速度计敏感轴 上。完全消除了由于单只加速度计测量带来的误差。本实施例采用五级测头组组件级联 结构，第一级的原点由于系统安装时要求处在固定层，通常可认为其水平位移在整个测 量过程中为零，因此对第一级上各点只需考虑由旋转造成的位移，而其上各级测头的位 移为本级测头的旋转位移和上一级测头最大水平位移的叠加。参见图4和图5，在本实用新型给出的上述实施例中，所述测头组件12包括套 筒121、安装在所述套筒121中的加速度计17、测头电路122、安装在所述套筒121端部 的表架123和连接器124、及位于所述套筒121另一端的堵头125，所述连接器124用于 连接所述加速度计17与所述电缆组件14。所述表架123上设置有加速度计安装微调螺 孔126，方便加速度计安装微调。另提供四个销孔作为调试的基准。调试时，将表架用 工艺销钉架在工装上，微调工艺螺钉，使两加速度计敏感轴分别与四个销钉确定的平面 垂直或平行，再用胶固定。同样用销钉和套筒的销槽，将基准传递到测头组件的两连接 端。参见图6，在本实用新型给出的上述实施例中，所述测头电路122包括信息处理 模块、A/D模块、通讯模块和电源模块，所述A/D模块与所述加速度计连接，将处理后 的信号传输到所述信息处理模块，所述信息处理模块对信号进行处理，并通过所述通讯 模块将信号传输至所述地面数据采集传输仪中，所述电源模块向各部分电路模块供电。
5电源模块为整个电路各部分供电。外部电源为+12V，通过电源模块，转换成不同电压 供其他模块使用。A/D模块通过接插件与两路加速度计连接，信号经前端仪表放大器放 大后，由模拟多路复用器来选择所要采样的加速度计，被选中的信号经A/D转换送到信 息处理模块进行处理。RS485模块负责测头电路与上位机的通讯。选用MAXIM公司 MAX487 RS-485转换芯片，并且采用TOSHIBA公司的光偶芯片TLP181-4将电路和485 总线电气隔离，以防外部干扰影响测头电路的正常工作。信息处理模块控制整个电路的工作，存储数据，并与上位机进行数据交换。 选用ATMEL公司八位微控制芯片AT89S52，AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8 位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器，32个可编程I/O 口，一个全双工 UART串行通道，内置看门狗，时钟频率最高可达33MHz。存储器选用ATMEL公司的 AT29C512FLASH。该芯片容量为64KX8bit，支持在线擦写，电路中将该存储器同时作 为程序存储器和数据存储器。电路采集的数据信息将保存在该芯片特定的地址段中以实 现电路的存储功能。数据采集包括加速度计输出，加速度计温度，时间信息。加速 度计信号A/D转换选用TI公司ADS1110芯片，该芯片提供16位A/D转换，每秒转换 次数240次，输出为I 2C接口。加速度计温度测量采用Dallas公司的DS18B20芯片， 该芯片Ι-wire总线器件，测温范围为_55°C +125°C，在-10°C +85°C范围内测温精 度为0.5°C。时间信息选用PHILIPS公司的PCF8563芯片，该芯片为输出为I2C接口， 能提供年、月、周、日、时、分、秒信息，精度为1年偏差5分钟。加速度计信号首先 经过前端放大器进行信号放大，放大器选用选用Analog Devices公司AD620芯片，该芯 片是差分信号放大器，可以有效抑制共模干扰，AD620使用简单、成本低、功耗低，5V 供电时最大功耗仅为6.5mW。ADC604是Analog Devices公司生产的4路模拟复用器， 通过控制AO、Al端来选中4路中的一路。该芯片开关速度高、功耗低，可以满足设计 需要。被ADC选中的信号到达A/D转换器，A/D转换芯片选用TI的16位串行芯片 ADS1110,该芯片内置了 2.048V的基准点压、时钟晶振和I2C总线接口，所以无需其他 外设，使用简单。时钟芯片主要用来记录采样的时间信息。时钟芯片采用PCF8563，它 是低成本、高精度的I2C实时时钟，可外接晶体的实时时钟芯片，其时钟精度完全可由 高精度晶体来确定，同时可以通过软件补偿来进一步提高时钟精度，经测算完全可以达 到时钟要求。具有集成的温补晶体振荡器(TCXO)和晶体。该器件包含电池输入端，断 开主电源是仍可保持精确的计时，集成晶体振荡器提高了器件的长期精确度，并有工业 级的器件。RTC保持秒、分、时、星期、日期、月和年信息。少于31天的月份将自动 调整月末日期，包含闰年补偿。时钟可以工作在24小时的格式，地址和数据通过I2C双 向总线串行传输。精密的、经过温度补偿的电压基准和比较器用来监视VCC状态，以监 测电源故障、提供复位输出，并在必要时自动切换到备用电源(电池)。存储芯片采用 ATMEL公司的AT29C512，AT29C512存储量为64Kx8bit，支持在线编程。为满足设计 要求，将AT29C512的512Kb空间分为两部分，一部分作为外部程序存储器，剩余部分作 为外部数据存储器，用来存储A/D、温度和时钟数据。参见图1，在本实用新型给出的上述实施例中，所述地面数据采集传输仪2包括 数据采集传输模块21、防雷击模块22、电源管理模块23、开关电路24和密封机箱，所述 数据采集传输模块21与所述井下测头组组件1相连接，对所述井下测头组组件1采集的地层深部位移变化信号进行处理，并将处理后的信号传输至所述远程监控中心4，所述数 据采集传输模块21中设置有无线传输单元26，所述无线传输单元26与所述远程监控中 心4进行无线通讯。数据采集传输模块可按数据处理中心的指令实时地或按缺省设置定 时地完成对测头组数据的采集、暂存并通过GPRS网络传输到数据处理中心。 参见图1，在本实用新型给出的上述实施例中，所述供电模块3包括市电接口箱 和太阳能发电系统31。太阳能电池板、太阳能控制器和免维护铅酸蓄电池32组成的太阳 能发电系统为系统供电。
权利要求1.一种地层深部位移自动监测系统，包括多个井下测头组组件、地面数据采集传输 仪、供电模块和远程监控中心，其特征在于所述井下测头组组件安装在地层深部位 置，其作为地层深部位移变化的检测元件，所述井下测头组组件将检测到的地层深部位 移变化信号传输至所述地面数据采集传输仪，所述地面数据采集传输仪对地层深部位移 变化信号进行处理，并传输至所述远程监控中心，所述远程监控中心对接收到的数据进 行处理分析，所述供电模块向所述井下测头组组件和所述地面数据采集传输仪供电。
2.如权利要求1所述的一种地层深部位移自动监测系统，其特征在于所述井下测 头组组件包括井底组件、测头组件、连接组件和电缆组件，所述井底组件、测头组件和 连接组件连接在一起，所述电缆组件与所述测头组件相连接。
3.如权利要求2所述的一种地层深部位移自动监测系统，其特征在于所述连接组 件包括支撑组件和加长杆，所述测头组件和所述支撑组件连接形成标准节，所述标准节 有多节，各所述标准节之间由所述加长杆连接，所述井底组件位于末节标准节的底端， 所述电缆组件连接各节所述测头组件。
4.如权利要求2所述的一种地层深部位移自动监测系统，其特征在于所述测头组 件中安装有两只用于检测位移变化的加速度计，两只所述加速度计敏感轴相互垂直，并 且均垂直于所述测头组件的轴线。
5.如权利要求2所述的一种地层深部位移自动监测系统，其特征在于所述测头组 件包括套筒、安装在所述套筒中的加速度计、测头电路、安装在所述套筒端部的表架和 连接器、及位于所述套筒另一端的堵头，所述连接器用于连接所述加速度计与所述电缆 组件。
6.如权利要求5所述的一种地层深部位移自动监测系统，其特征在于所述表架上 设置有加速度计安装微调螺孔。
7.如权利要求3所述的一种地层深部位移自动监测系统，其特征在于所述支撑组 件为轮架组件，所述加长杆安装有旋转关节，所述旋转关节与所述支撑组件相连接。
8.如权利要求1所述的一种地层深部位移自动监测系统，其特征在于所述地面数 据采集传输仪包括数据采集传输模块、防雷击模块、电源管理模块、开关电路和密封机 箱，所述数据采集传输模块与所述井下测头组组件相连接，对所述井下测头组组件采集 的地层深部位移变化信号进行处理，并将处理后的信号传输至所述远程监控中心，所述 数据采集传输模块中设置有无线传输单元，所述无线传输单元与所述远程监控中心进行 无线通讯。
9.如权利要求1所述的一种地层深部位移自动监测系统，其特征在于所述供电模 块包括市电接口箱和太阳能发电系统。
10.如权利要求5所述的一种地层深部位移自动监测系统，其特征在于所述测头电 路包括信息处理模块、A/D模块、通讯模块和电源模块，所述A/D模块与所述加速度计 连接，将处理后的信号传输到所述信息处理模块，所述信息处理模块对信号进行处理， 并通过所述通讯模块将信号传输至所述地面数据采集传输仪中，所述电源模块向各部分 电路模块供电。
专利摘要一种地层深部位移自动监测系统，包括多个井下测头组组件、地面数据采集传输仪、供电模块和远程监控中心，其特征在于所述井下测头组组件安装在地层深部位置，其作为地层深部位移变化的检测元件，所述井下测头组组件将检测到的地层深部位移变化信号传输至所述地面数据采集传输仪，所述地面数据采集传输仪对地层深部位移变化信号进行处理，并传输至所述远程监控中心，所述远程监控中心对接收到的数据进行处理分析，所述供电模块向所述井下测头组组件和所述地面数据采集传输仪供电。本实用新型在需要监测的地层安装测头组组件，测头组组件和远程监控中心对监测的信号进行处理，从而实现无人自动监测，使用非常方便。
文档编号G01B21/02GK201796490SQ201020511129
公开日2011年4月13日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者万顺平, 刘尊言, 刘建平, 向伟荣, 孙全华, 张兆华, 徐锐, 朱强, 李峰, 王金宁, 罗治, 陈俊 申请人:航天科工惯性技术有限公司