一种滑坡分层含水量监测仪及其测试方法与流程

本发明涉及滑坡地质灾害领域，尤其涉及一种滑坡分层含水量监测仪及其测试方法。

背景技术：

岩土层含水量的变化是诱发滑坡、泥石流地质灾害最为重要的因素之一，以往采用的电阻法、中子法和γ-射线法、光学测量法和声纳法等测量原理，分别存在精度不高、对人体危害大或受天气影响大和电子线路造价昂贵等缺点，而就目前研究情况来看，采用电容式、tdr法水分传感器进行监测，但由于岩土层温度、盐度等特性的不同，造成含水率测量灵敏度低、误差大，甚至数据失真。而造成误差大的原因是：现有方法含水率测量没考虑盐度，使得使得应用土层范围小，每次不同土层应用均需到厂家标定测试。

因此研制一种能够实现含水量自动化监测和无线传输的系统、以及滑坡深部含水量动态变化的基于人工智能深度学习的预测预报模型就成为岩土层滑坡监测的发展需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一套适用不同岩土层的防水、耐高温、耐腐蚀、精度高的滑坡分层含水量监测仪。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种滑坡分层含水量监测仪，包括：置于地面的主机、置于地下层埋设的滑坡分层含水量监测探管、以及置于地面连接主机与滑坡分层含水量监测探管的连接插件；

所述滑坡分层含水量监测探管包括：防水外管、监测探管；监测探管的两端通过密封盖安装在防水外管内，监测探管内安装有：含水率测量传感器、盐度计、温度计、测控电路板装置；所述含水率测量传感器、盐度计、温度计分别与测控电路板连接；测控电路板与电缆相连，电缆置于监测探管内，并依次穿过监测探管、防水外管、密封盖后与外界的主机相连；

所述测控电路板装置用于将含水率测量传感器、盐度计、温度计测量得到的数据进行校正以获取到精确的数据，并最终将校正后的数据传送给主机。

进一步地，如上所述的滑坡分层含水量监测仪，所述所述测控电路板装置进行校正处理的方法为：

通过试验台测得各参数，和校正台数据比对，通过进行最小二位数拟合求得各a——校正系数，b——常数项零偏，c——盐分校正系数。

1、温度校正方法：

t2＝at*t1+bt

t1——温度测量值

t2——温度校正值

at——校正系数

bt——常数项零偏

2、盐分校正方法：

y2＝ay*y1+by

y1——盐分测量值

y2——盐分校正值

ay——校正系数

by——常数项零偏

3、含水量校正方法：

s2＝as*s1+y2*cs+bs

s1——含水量测量值

s2——含水量校正值

as——含水量校正系数

bs——含水量常数项零偏

y2——盐分校正值

cs——盐分校正系数

以上各系数均通过试验求得。

进一步地，如上所述的滑坡分层含水量监测仪，所述测控电路板装置包括：含水率测量组件接口、盐度测量组件接口、温度测量组件接口、fpga数据采集及其接口电路、存储器、dsp数字信号处理器、监控复位电路、程序存储器、电源、井下电源；

所述含水率测量组件接口、盐度测量组件接口、温度测量组件接口将获取的数据传输给pga数据采集及其接口电路，fpga数据采集及其接口电路一方面将采集的数据传输给存储器，一方面将数据传输给dsp数字信号处理器，dsp同时也接受程序存储器存储的程序，按照程序对数据进行校正处理，处理过程受监控复位电路的监控，最终将校正处理后的数据通过电缆传输给主机。

进一步地，如上所述的滑坡分层含水量监测仪，所述滑坡分层含水量监测探管包括监测探管，在监测探管的两端通过上盖密封圈、下导向堵头密封圈密封；在上盖密封圈、下导向堵头密封圈的外侧还分别设置有上压盖、下导向堵头，所述上压盖用于与防水外管的一端连接，下导向堵头从防水外管的另一端伸出；

在监测探管内设置有若干组监测单元和一个测控电路板，每组监测单元之间通过隔离环隔开，且每个监测单元与测控电路板连接；每组监测单元包括：fdr含水率测量传感器、盐度计、温度计。

进一步地，如上所述的滑坡分层含水量监测仪，所述监测探管、防水外管均为为无磁复合纤维管，所述防水外管的为上端和下端均车有上丝扣，所述上丝扣连接容器，所述下丝扣连接下导向堵头。

进一步地，如上所述的滑坡分层含水量监测仪，所述上、下丝扣为防腐、防水、无磁耐高温的密封圈。

进一步地，如上所述的滑坡分层含水量监测仪，在容器内还安装有给主机供电的电池。

进一步地，如上所述的滑坡分层含水量监测仪，在容器内还安装有耐高温可充电电池，以及用于测量高温电池的电压测量传感器，所述电压测量传感器与主机里连接。

一种滑坡分层含水率标定测试方法，适用于权利要求1-8任一所述的滑坡分层含水量监测仪，包括：

用数据线将滑坡分层含水量监测仪连接至电脑，对所述滑坡分层含水量监测仪进行设定；

通过钢丝绳连接、直接投入或者捞矛头打捞的方式下放所述滑坡分层含水量监测仪探管并埋设；

在埋设完成后进行测量工作，所述滑坡分层含水量监测仪探管的fdr型管式滑坡分层含水量监测仪探管沿轴线分层对含水率、盐度、温度参量进行数值化测量并存储或利用4g网络无线发射到测控中心；

所述fdr型管式滑坡分层含水量监测仪探管，将测得的盐度、温度对测得的原始含水率进行误差分析计算，得到真实的含水率、盐度、温度测量结果，并将该结果通过数据线传送给计算机，由计算机进行显示。

所述fdr型管式滑坡分层含水量监测仪探管，将所述存储在fdr型管式滑坡分层含水量监测仪探管中数据信息通过数据线与计算机连接，或利用4g网络无线发射到测控中心，由计算机处理和显示，并利用测得的盐度、温度对测得的原始含水率进行误差分析计算，得到真实的含水率、盐度、温度测量结果。

本发明设计有防水外管，减少井内水压环境下的液体渗透，防止电路板损坏。

本申请利用含水量测量值、温度、盐度进行校正，并采用无线通讯采集监测仪进行远程数据采集并无线传输具有体积小、测程大、响应速度快、灵敏度高、精度高、耐腐蚀和抗潮等特点。

附图说明

图1为发明滑坡分层含水量监测仪结构示意图；

图2为本发明滑坡分层含水量监测探管结构示意图；

图3为本发明防水外管结构示意图；

图4为本发明测控电路板结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种滑坡分层含水量监测仪，如图1所示，包括：置于地面的主机、置于地下层埋设的滑坡分层含水量监测探管、以及置于地面连接主机与滑坡分层含水量监测探管的连接插件；

所述滑坡分层含水量监测探管包括：防水外管、监测探管；监测探管安装在防水外管内，监测探管内安装有：含水率测量传感器、盐度计、温度计、测控电路板装置；所述含水率测量传感器、盐度计、温度计分别与测控电路板连接；测控电路板与电缆相连，电缆置于监测探管内，并依次穿过监测探管、防水外管后与外界的主机相连。

图2为存储式滑坡分层含水量监测探管结构示意图，图3为本发明外管的结构示意图，如图2、图3所示，本发明共由防水外管330、存储式滑坡分层含水量监测探管(图2)二部分组成。将存储式滑坡分层含水量监测仪探管放置于防水外管330内进行密封，以防止滑坡分层含水量监测仪的内部元件因为外部水渗透而损毁。

所述含水率测量传感器、盐度计、温度计将感应得到的含水率、温度、盐分模拟电压传输给测控电路板置，并将其转换为数据量，通过电缆传输给主机；在主机中进行数据处理，借助测得的温度、盐度值将其校正为准确的含水率值，按时间顺序存储其中。

所述测控电路板装置包括：含水率测量组件接口1、盐度测量组件接口2、温度测量组件接口3、fpga数据采集及其接口电路4、存储器5、dsp数字信号处理器7、监控复位电路8、程序存储器9、电源6、井下电源10；

所述含水率测量组件接口1、盐度测量组件接口2、温度测量组件接口3将获取的数据传输给pga数据采集及其接口电路4，fpga数据采集及其接口电路4一方面将采集的数据传输给存储器5，一方面将数据传输给dsp数字信号处理器7，dsp同时也接受程序存储器9存储的程序，按照程序对数据进行处理，处理过程受监控复位电路8的监控，最终将处理后的数据通过电缆传输给主机，在主机中进行数据处理，借助测得的含水量、温度、盐度值将其校正为准确的含水率值，并按时间顺序进行存储。

优选地，所述滑坡分层含水量监测探管内设置有若干组监测单元，每组监测单元之间通过隔离环隔开；每组监测单元包括：fdr含水率测量传感器、盐度计、温度计；滑坡分层含水量监测探管的两端分别通过上压盖20、下导向堵头19密封。

具体地，如图2所示，本发明实施例的主体结构监测探管：包括监测探管21；在监测探管21的两端通过上盖密封圈23、导向堵头密封圈24密封；在上盖密封圈23、导向堵头密封圈24的外侧还分别设置有上压盖20、下导向堵头19，所述上压盖20用于与防水外管330的一端连接，下导向堵头19从防水外管330的另一端伸出。

在监测探管21内设置有4组监测单元和一个测控电路板22；其中所述4组监测单元分别是由第一fdr含水率测量传感器3、第一盐度计4、第一温度计5构成的第一组监测单元、由第二fdr含水率测量传感器7、第二盐度计8、第二温度计9构成的第二组监测单元、第三fdr含水率测量传感器11、第三盐度计12、第三温度计13构成的第三组监测单元、由第四fdr含水率测量传感器15、第四盐度计16、第四温度计17构成的第四组监测单元；每组监测单元之间分别通过第一隔离环1、第二隔离环6、第三隔离环10、第四隔离环14、第五隔离环18密封隔开。每个监测单元之间通过电缆2连接，且每个监测单元与测控电路板22连接。其中盐度计的盐度探针25穿过导向堵头密封圈24后从下导向堵头19的端部探出，用于探测岩土层的盐度。

本申请如此设计的目的在于：保证每组监测单元单独工作，不受其他监测单元环境变化的影响，若所有的监测单元检测得到的数据一致或者相差不大，在合理的范围内，那么说明所有的监测单元都是正常工作的，而且测量的岩土层的状况也是符合实际情况的。如果每个监测单元测量得到的数据不一致，要么是监测单元出了故障，要么是岩土层的测量遇到了障碍，此时，就需要工作人员进一步勘测分析。如此，就可以进一步提高了监测的精度。

此外，更重要的是本申请通过测控电路板装置，就可以校正得到的温度、盐度、水分数据，从而得到精确的温度、盐度、水分数值，而不用再次去到工厂去标定校正，从而提高了岩土检测的工作效率。而其具体的校正方法如下：

通过试验台测得各参数，和校正台数据比对，通过进行最小二位数拟合求得各a——校正系数，b——常数项零偏，c——盐分校正系数。

1、温度校正方法：

t2＝at*t1+bt

t1——温度测量值

t2——温度校正值

at——校正系数

bt——常数项零偏

2、盐分校正方法：

y2＝ay*y1+by

y1——盐分测量值

y2——盐分校正值

ay——校正系数

by——常数项零偏

3、含水量校正方法：

s2＝as*s1+y2*cs+bs

s1——含水量测量值

s2——含水量校正值

as——含水量校正系数

bs——含水量常数项零偏

y2——盐分校正值

cs——盐分校正系数

以上各系数均通过试验求得。

优选地，所述连接插件安装在容器内；所述监测探管、防水外管均为为无磁复合纤维管，所述防水外管的为上端和下端均车有上丝扣，所述上丝扣连接容器，所述下丝扣连接下导向堵头。所述上、下丝扣为防腐、防水、无磁耐高温的密封圈。

所述主机通过地脚螺丝与容器相连，并通过电源信号连接接插件与充电电池及监测探管电缆、测控电路板连接，将上传采集的含水率、温度、盐度值进行数据处理，并借助测得的温度、盐度值将其校正为准确的含水率值，按时间顺序存储其中。

所述容器为地面仪器部分，所述容器有地脚螺丝与地基连接，内装耐高温充电电池及电源信号连接接插件，具有防水、防尘、防潮、避雷击、防腐蚀作用，上接主机，下接地下探管。所述上下接头均装有耐高温防潮密封圈。

优选地，在容器内还安装有耐高温可充电电池，以及用于测量高温电池的电压测量传感器，所述电压测量传感器与主机里连接。

由于野外环境恶劣，暴晒和内部电子器件发热下温度可高到80℃以上，为了保证高温电池在80以上到150℃都能正常工作，须通过电压测量传感器时时可测量其电压，以免超过安全电压的使用范围。

优选地，优选地，主机与容器内的耐高温可充电电池之间通过三芯电源线(正12v和地线)连接；监测探管内的各个组件之间通过两芯电源线(正极和地线)连接。

五芯电缆通过防水接插件两芯电源线上接电池电源、三芯信号上接主机，完成电源和信号的连接。

本发明测控电路板原理框图如4所示，包括fdr含水率测量组件1、盐度测量组件2、温度测量组件3、fpga数据采集及其接口电路4、存储器5、dsp数字信号处理器7、监控复位电路8、程序存储器9、电源6、井下电源10。

本发明的目的是提供一种滑坡分层含水量监测仪。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图4为本发明滑坡分层含水量监测仪的原理框图。如图4所示，fdr含水率测量组件1、盐度测量组件2、温度测量组件3，测得井内岩土层含水率、盐度、温度。并将模拟信息传输给fpga数据采集及其接口电路4，fpga数据采集及其接口电路4一方面将采集的数据传输给存储器5，一方面将数据传输给dsp数字信号处理器7，dsp同时也接受程序存储器9存储的程序，按照程序对数据进行处理，处理过程受监控复位电路8的监控，遇到异常情况可以复位dsp，电源包括井下电源10和电路内部电源8，以保证突发情况下可以继续工作。测量电路由fdr含水率测量组件1、盐度测量组件2、温度测量组件3、fpga数据采集及其接口电路4组成，在井内可测得岩土层的含水率、盐度、温度。

其中所述电源包括高温电池和dc—dc直流转换部分，可将12v直流电转换为正负5v和正负12v。

本发明还提供一种滑坡分层含水率标定测试方法，适用于本实施例的发明滑坡分层含水量监测仪，包括：

(1)、用数据线将滑坡分层含水量监测仪连接至电脑，对滑坡分层含水量监测仪进行设定；

(2)、通过钢丝绳连接、直接投入或者捞矛头打捞的方式下放滑坡分层含水量监测仪；

(3)、在下放埋设工作完成后，存储式滑坡分层含水量监测仪对含水率、盐度、温度参量进行数值化测量分析处理并存储，或通过网络4g无线传输至测控中心，由计算机处理和显示，得到含水率、盐度、温度测量结果；

(4)、读取取出存储器，将存储器存储的含水率、盐度、温度测量数据通过数据线与计算机连接，由计算机处理和显示，得到含水率、盐度、温度测量结果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。