一种三分量路基溶洞检测传感器以及检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发涉及一种传感器及系统，特别涉及一种三分量路基溶洞检测传感器以及检测 系统。
【背景技术】
[0002] 随着石油、煤矿不断开发，边坡溶洞的问题越来越严重，坍塌、地陷等等，给工人生 命安全、公路交通造成很大的威胁，同时溶洞危险系数的不确定性使后期维修费用大大增 加。为此，提出利用加速度传感器灵敏度高特性，记录地面反射地震波冲击力。通过分析反 射冲击力大小、方向及变化趋向，结合岩石，土壤反射系数及反射距离时间的关系，判断评 估边坡溶洞的位置及危险系数，为工程管理和灾害预防提供技术支持。
[0003] 边坡溶洞监测技术是运用现代计算机技术、微机械传感技术、集成电路封装技术、 无线网络通信技术、地质学相关技术的综合集成，这些技术目前已成为石油煤矿开发、公路 监测等重大工程灾害监测和预报的重大手段。
[0004] 单分量和三分量传感器是边坡溶洞监测的关键部件，是地震波信号采集装置。目 前，在要求同等灵敏度，优化环境条件下，单分量传感器已广泛应用于工程监测中。然对复 杂背景下的监测，单分量传感器检测准确率大大降低。具体有以下不足：
[0005] 1 :难以全面记录地震波空间传播信息，对边坡溶洞位置无法精确定位。
[0006] 2 :难以识别P波和S波
[0007] 3 :采集地震波数据准确度和可靠性较低
[0008] 日前，美国IO公司已生产出DSU3三分量传感器，它的然价格昂贵，使工程安全监 测耗费较大，局限了其广泛使用的范围。
【发明内容】
[0009] 针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供了一种成本低廉、 使三个单分量传感器更准确的采集到地震波信号的三分量路基溶洞检测传感器。
[0010] 为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种三分量路基溶洞 检测传感器，包括柱状的壳体、与壳体上端螺纹配合的顶盖以及与壳体下端螺纹配合的底 盖、设于壳体内的微处理单元、与所述微处理单元连接的电源板以及与所述微处理单元连 接的传感器信号线缆，所述电源板为差分电源板，为整个三分量路基溶洞检测传感器提供 差分电压，它横向的设置于所述壳体的下端，在所述差分电源板的下端设有一ASIC电路以 及设置有三个传感器电源插槽，所述三个传感器电源插槽的设置位置与三个单分量传感器 的摆放位置相匹配，三个相互正交的单分量传感器分别插设于所述三个传感器电源插槽内 以形成一个相互正交的三分量传感器，所述ASIC电路用于将相互正交的三分量传感器采 集到的溶洞信息进行编码以模拟电压信号，并传到所述微处理单元进行处理，所述微处理 单元进行处理后通过所述传感器信号线缆传递至与之连接的一上位机；所述底盖呈锥形， 在所述底盖的纵向方向分布有多层阶梯台以使三个相互正交的单分量传感器的MEMS微电 子感应模块最大面积的与所述阶梯台接触，每一层阶梯台均沿底盖的内表面的周向设置， 每一层阶梯台呈与所述底盖的内周面相匹配的多边形状。
[0011] 进一步的，在所述相互正交的三分量传感器中，第一个单分量传感器和第二个单 分量传感器水平方向设置，并且它们的朝向不相同，第一个单分量传感器和第二个单分量 传感器之间的夹角为90度；第三个单分量传感器呈与所述第一个单分量传感器和第二个 单分量传感器垂直的方向设置，并且该第三个单分量传感器立于第一个单分量传感器和第 二个单分量传感器之间的位置；所述第一个单分量传感器和第二个单分量传感器的MEMS 微电子感应模块分别搁置于位于锥形底盖的顶端的一层阶梯台上，所述第三个单分量传感 器的MEMS微电子感应模块搁置于位于锥形底盖的底端的一层阶梯台上，以使得上述的两 个阶梯台分别与第一、第二以及第三个单分量传感器最大面积的接触。
[0012] 进一步的，所述微处理单元包括一A/D转换模块、一第一SDRAM、一第二SDRAM、一 FPGA处理芯片，所述A/D转换模块与所述ASIC电路连接，用于使ASIC传递过来的模拟电压 信号进行模数转换，将将转换后的数字信号传递至FPGA处理芯片进行处理，所述FPGA芯片 与所述A/D转换模块连接，用于高速控制，对信号进行放大滤波处理，所述第一SDRAM和第 二SDRAM均与所述FPGA处理芯片连接，用于交替地接收处理数据和向上位机传输。
[0013] 进一步的，所述传感器信号线缆的信号接入端与所述微处理单元连接，所述传感 器信号线缆的信号输出端从所述顶盖的侧面穿出以与所述上位机连接。
[0014] 进一步的，所述顶盖包括一握持部以及与所述握持部下端连接的连接部，所述握 持部和连接部均呈圆柱形，所述握持部的外径小于所述连接部的外径，在所述连接部的外 周面开设有外螺纹，所述壳体的上端开设有内螺纹，用以与所述顶盖螺纹配合；在所述握持 部的内部设置有用于使传感器信号线缆穿过的过线通道，在所述握持部的外周面开设有一 供所述传感器信号线缆穿出的出口，所述传感器信号线缆的信号输出端穿出所述出口以与 所述上位机连接。
[0015] 为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案时：提供一种三分量路基溶 洞检测系统，包括至少一个如权利要求1至5中任一项权利要求所述的三分量路基溶洞检 测传感器以及一上位机；
[0016] 所述三分量路基溶洞检测传感器，用于同时采集三个不同方向的震波信号，将所 述震波信号经过初步处理后形成一采集数据进行缓存，并通过传感器信号线缆将该采集数 据传递至上位机；
[0017] 所述上位机，用于接收所述采集数据，根据所述采集数据计算分析以得出溶洞反 射点P点的坐标（Up，vP，Wp)，其中，Up是P点相对于三分量传感器中心0'的U轴分量，所述 Vp是P点相对于三分量传感器中心0'的V轴分量，WP是P点相对于三分量传感器的中心 0'的W轴分量；
[0018] 将所述溶洞反射点P点的坐标（UP，VP，Wp)转换为被检测路基的标准坐标系OXYZ的 坐标（Xp，Yp，Zp)，以得到所述溶洞反射点P点相对的路基表面的的位置坐标，其中0是路基 标准坐标中心，Xp是P点相对于路基标准坐标中心0点的X轴分量，Yp是P点相对于路基 标准坐标中心0点的Y轴分量，Zp是P点相对路基标准坐标中心0点的Z轴分量。
[0019] 进一步的，所述上位机还用于在接收到所述采集数据之后，将此次接收到的采集 数据与在此次采集数据之前的采集数据进行比较，以判断是否存在溶洞，若存在溶洞，则根 据此次接收到的采集数据计算得出所述溶洞反射点P点的坐标（Up，vP，Wp)。
[0020] 进一步的，所述上位机还用于通过以下公式将溶洞反射点P点的坐标（uP，vP，Wp) 转换为路基的标准坐标系OXYZ的坐标（Xp，Yp，Zp)
【主权项】
1. 一种三分量路基溶洞检测传感器，包括柱状的壳体、与壳体上端螺纹配合的顶盖以 及与壳体下端螺纹配合的底盖、设于壳体内的微处理单元、与所述微处理单元连接的电源 板以及与所述微处理单元连接的传感器信号线缆，其特征在于：所述电源板为差分电源板， 为整个三分量路基溶洞检测