岩体裂缝监测装置及系统的制作方法

本发明涉及岩体崩塌监测技术领域，具体而言，涉及一种岩体裂缝监测装置及系统。

背景技术：

岩体裂缝开合度是岩体崩塌监测的主要监测项目，岩体裂缝开合度可以反映当前岩体发生崩塌的概率。就目前而言，通常采用位移监测的方式实现对岩体裂缝开合度的监测；然而岩体发生崩塌时，裂缝的发展变化大多具有突发性，从较小的裂缝发展成岩体崩落的整个过程耗时极短，致使通过位移监测实现预警预报的可行性不高。且现有的高精度监测仪器的量程较小(比如，振弦式测缝计的量程一般小于300mm)，而大量程监测仪器的精度又较低，不具有实现预警预报的可行性。因此，如何提供一种预警可行性高、能够实时地对岩体裂缝进行监测的、监测精度高的岩体裂缝监测装置，对本领域技术人员而言，是急需解决的技术问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的上述不足，本发明的目的在于提供一种岩体裂缝监测装置及系统。所述岩体裂缝监测装置的预警可行性高，监测精度高，能够通过对岩体裂缝开合变化时对应的应力变化量和开合度变化量进行实时监测的方式，实现对岩体裂缝开合状况的实时监测。

就岩体裂缝监测装置而言，本发明较佳的实施例提供一种岩体裂缝监测装置。所述岩体裂缝监测装置包括监测单元及计算单元；

所述监测单元包括第一定位柱、第二定位柱、弹簧及应力传感器，所述第一定位柱与所述第二定位柱用于分别设置在岩体裂缝的两侧，所述弹簧的一端与所述第一定位柱可拆卸连接，所述弹簧的另一端经所述应力传感器与所述第二定位柱连接，其中，所述应力传感器用于实时监测所述弹簧在岩体裂缝的开合度发生变化时对应产生的应力变化量；

所述计算单元与所述监测单元电性连接，以根据所述弹簧的刚度系数及所述应力传感器监测到的应力变化量，对岩体裂缝的开合度变化量进行实时计算，得到对应的岩体裂缝开合度变化量，以对岩体裂缝开合进行实时监测。

在本发明较佳的实施例中，上述所述应力传感器的一端与所述弹簧远离第一定位柱的一端固定连接，所述应力传感器的另一端与所述第二定位柱可拆卸连接，以对所述弹簧的应力变化量进行实时监测；

其中，所述应力传感器包括有温度监测模块，所述应力传感器通过所述温度监测模块对监测到的应力变化量数据进行温度修正，并对所述岩体裂缝监测装置所处环境的环境温度进行监测。

在本发明较佳的实施例中，上述弹簧靠近所述第一定位柱的一端与所述应力传感器靠近所述第二定位柱的一端上设置有螺纹，通过与所述螺纹匹配的螺帽分别与所述第一定位柱及所述第二定位柱可拆卸连接，以对所述弹簧在所述第一定位柱与第二定位柱之间的张拉度进行调整。

在本发明较佳的实施例中，上述岩体裂缝监测装置还包括用于建立所述岩体裂缝监测装置与服务器之间的通信连接的通信单元，所述通信单元分别与所述计算单元及所述监测单元电性连接，以将计算得到的岩体裂缝的开合度变化量及监测到的应力变化量发送给所述服务器。

在本发明较佳的实施例中，上述岩体裂缝监测装置还包括报警单元，所述报警单元分别与所述计算单元及所述监测单元电性连接，以在所述开合度变化量和/或应力变化量超过预警阈值时，发出报警信号。

在本发明较佳的实施例中，上述岩体裂缝监测装置还包括供电单元，所述供电单元分别与所述监测单元、所述计算单元、所述通信单元及所述报警单元电性连接，以向所述监测单元、所述计算单元、所述通信单元及所述报警单元提供电能。

在本发明较佳的实施例中，上述弹簧为高强密圈螺旋弹簧，所述应力传感器包括振弦式钢筋计、光纤光栅式钢筋计、差动电阻式钢筋计中的任意一种。

就岩体裂缝监测系统而言，本发明较佳的实施例提供一种岩体裂缝监测系统。所述岩体裂缝监测系统包括服务器及上述的岩体裂缝监测装置，所述服务器与所述岩体裂缝监测装置通信连接，以获取所述岩体裂缝监测装置对应监测到的岩体裂缝的开合度变化量及应力变化量。

在本发明较佳的实施例中，上述岩体裂缝监测装置的数目为至少一个，所述服务器与至少一个所述岩体裂缝监测装置通信连接，以对不同岩体裂缝的开合状况进行实时监测。

在本发明较佳的实施例中，上述岩体裂缝监测系统还包括显示设备；

所述显示设备与所述服务器电性连接，以对所述服务器通过所述岩体裂缝监测装置监测到的不同岩体裂缝的开合度变化量及应力变化量进行显示。

相对于现有技术而言，本发明较佳的实施例提供的岩体裂缝监测装置及系统具有以下有益效果：所述岩体裂缝监测装置的预警可行性高，监测精度高，能够通过对岩体裂缝开合变化时对应的应力变化量和开合度变化量进行实时监测的方式，实现对岩体裂缝开合状况的实时监测。具体地，所述岩体裂缝监测装置包括监测单元及计算单元，所述监测单元包括第一定位柱、第二定位柱、弹簧及应力传感器，所述第一定位柱与所述第二定位柱用于分别设置在岩体裂缝的两侧，所述弹簧的一端与所述第一定位柱可拆卸连接，所述弹簧的另一端经所述应力传感器与所述第二定位柱连接，其中，所述应力传感器用于实时监测所述弹簧在岩体裂缝的开合度发生变化时对应产生的应力变化量。所述计算单元与所述监测单元电性连接，以根据所述弹簧的刚度系数及所述应力传感器监测到的应力变化量，对岩体裂缝的开合度变化量进行计算，得到对应的开合度变化量，以通过所述岩体裂缝的开合度变化量及应力变化量对岩体裂缝开合状况进行高精度的实时监测。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明权利要求保护范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明较佳的实施例提供的岩体裂缝监测装置的第一种方框示意图。

图2为图1中所示的监测单元的一种结构示意图。

图3为本发明较佳的实施例提供的岩体裂缝监测装置的第二种方框示意图。

图4为本发明较佳的实施例提供的岩体裂缝监测装置的第三种方框示意图。

图5为本发明较佳的实施例提供的岩体裂缝监测系统的一种方框示意图。

图6为本发明较佳的实施例提供的岩体裂缝监测系统的另一种方框示意图。

图标：10-岩体裂缝监测系统；100-岩体裂缝监测装置；200-服务器；300-显示设备；110-监测单元；120-计算单元；130-通信单元；140-报警单元；150-供电单元；111-弹簧；112-应力传感器；113-第一定位柱；114-第二定位柱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如何提供一种预警可行性高，监测精度高，能够通过对岩体裂缝开合变化时对应的应力变化量及开合度变化量进行实时监测的方式，对岩体裂缝开合状况进行实时监测的岩体裂缝监测装置及系统，对本领域技术人员而言，是急需解决的技术问题。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参照图1，是本发明较佳的实施例提供的岩体裂缝监测装置100的第一种方框示意图。在本发明实施例中，所述岩体裂缝监测装置100监测精度高，能够通过对岩体裂缝开合变化时对应的应力变化量及开合度变化量进行实时监测的方式，对岩体裂缝开合状况进行实时监测，以在岩体裂缝的开合状况达到岩体崩塌的预警阈值时进行高可行性的崩塌预警。其中所述开合状况达到岩体崩塌的标准的具体表现，可以是所述应力变化量超过所述标准对应的应力变化阈值，也可以是所述开合度变化量超过所述标准对应的开合度变化阈值。在本实施例中，所述岩体裂缝监测装置100包括监测单元110及计算单元120，所述监测单元110用于对岩体裂缝的发展变化情况进行实时监测，所述计算单元120用于根据所述岩体裂缝的发展变化情况得到对应的开合度变化量，以实现对岩体裂缝的开合变化情况进行实时监测。

请参照图2，是图1中所示的监测单元110的一种结构示意图。在本实施例中，所述监测单元110可以包括弹簧111、应力传感器112、第一定位柱113及第二定位柱114，所述监测单元110通过所述弹簧111、应力传感器112、第一定位柱113及第二定位柱114对岩体裂缝的发展变化情况进行实时监测。

具体地，在本实施例中，所述第一定位柱113与所述第二定位柱114用于对待监测岩体裂缝进行定位，所述第一定位柱113与所述第二定位柱114分别设置在岩体裂缝的两侧，以实现对应的定位功能。其中，所述第一定位柱113与所述第二定位柱114竖直地设置在所述岩体上，以确保所述监测单元110在对所述岩体裂缝进行实时监测时，不会受到所述岩体的坡度、形状及位置的影响。在本实施例中，术语“竖直”并不表示要求部件绝对竖直，而是可以稍微倾斜的。

在本实施例中，所述第一定位柱113与所述第二定位柱114的材质可以是钢材；所述第一定位柱113与所述第二定位柱114可以是实心的，也可以是空心的。在本实施例的一种实施方式中，所述第一定位柱113与所述第二定位柱114优选为钢材制造的空心管，所述空心管内可灌注有混凝土，以节约所述第一定位柱113与所述第二定位柱114的制造成本。

在本实施例中，所述弹簧111及所述应力传感器112设置在所述第一定位柱113与所述第二定位柱114之间，以对所述第一定位柱113与所述第二定位柱114之间的岩体裂缝的发展变化情况进行实时监测。具体地，所述弹簧111的一端与所述第一定位柱113可拆卸连接，所述弹簧111的另一端经所述应力传感器112与所述第二定位柱114连接。

在本实施例中，所述应力传感器112用于对所述弹簧111的应力变化量进行实时监测。具体地，所述弹簧111在所述岩体裂缝开合变化时，会相应地发生形变，对应的应力将发生改变，而所述应力传感器112将对整个弹簧111的应力变化量进行监测，得到相应的应力变化量。其中，所述弹簧111在岩体裂缝开合度变化时对应产生的应力变化量，可以表征岩体裂缝的发展变化情况，所述应力变化量的值越大，则所述岩体越有可能发生崩塌。

在本实施例中，所述弹簧111与所述应力传感器112串联式地固定在一起。具体地，所述应力传感器112的一端与所述弹簧111远离所述第一定位柱113的一端固定连接，所述应力传感器112的一端与所述第二定位柱114可拆卸连接，以对所述弹簧111对应的应力变化量进行实时监测。

在本实施例中，所述应力传感器112可以包括一温度监测模块，所述温度监测模块用于对所述岩体裂缝监测装置100所处环境的环境温度进行监测。所述应力传感器112可通过所述温度监测模块监测到的环境温度，对所述应力传感器112监测到的应力变化量对应的数据进行温度修正，以提高应力变化量的监测精度。在本实施例的一种实施方式中，所述温度监测模块为温度传感器。

在本实施例中，所述弹簧111靠近所述第一定位柱113的一端上设置有螺纹，所述应力传感器112靠近所述第二定位柱114的一端上也设置有螺纹。所述监测单元110通过与所述螺纹匹配的螺帽将所述弹簧111与所述第一定位柱113可拆卸连接，将所述应力传感器112与所述第二定位柱114可拆卸连接，以对所述弹簧111在所述第一定位柱113与所述第二定位柱114之间的张拉度进行调整。具体地，针对拉张裂缝，所述螺帽与螺纹的配合可保证所述弹簧111的张拉度处于20％～30％内；针对闭合裂缝，所述螺帽与螺纹的配合可保证所述弹簧111的张拉度处于70％～80％内；针对开合情况不明的裂缝，所述螺帽与螺纹的配合可保证所述弹簧111的张拉度处于40％～60％内。

在本实施例中，所述监测单元110还可通过所述螺帽与螺纹的配合，在所述弹簧111的形变量程因岩体裂缝开合而达到上限时，重新设定所述弹簧111的初始弹力值，以提高所述岩体裂缝监测装置100的使用范围。

在本实施例中，所述弹簧111与所述应力传感器112处于同一轴线上，且所述轴线同时垂直于所述第一定位柱113及所述第二定位柱114，以确保所述应力传感器112能够实时监测到精度高的弹簧111的应力变化量。

在本实施例中，所述弹簧111为高强密圈螺旋弹簧，所述应力传感器112包括振弦式钢筋计、光纤光栅式钢筋计、差动电阻式钢筋计中的任意一种。

在本实施例中，所述计算单元120与所述监测单元110电性连接，以根据所述弹簧111的刚度系数及所述应力传感器112监测到的应力变化量，对所述岩体裂缝的开合度变化量进行计算，得到对应的开合度变化量，从而实现对岩体裂缝开合状况的实时监测。

在本实施例中，所述计算单元120通过与所述监测单元110中的应力传感器112电性连接的方式，获取到所述应力传感器112监测到的应力变化量。所述计算单元120包括有存储器及处理器，所述存储器中存储有所述弹簧111的刚度系数，及用于根据弹簧111的刚度系数及应力变化量计算岩体裂缝开合度的软件功能模块或计算机程序，所述处理器在接收到执行指令后，执行所述软件功能模块或计算机程序，以得到对应的开合度变化量。

其中，所述存储器可以是，但不限于，随机存取存储器，只读存储器，可编程只读存储器，可擦除可编程只读存储器，电可擦除可编程只读存储器等。所述处理器可以是一种具有信号的处理能力的集成电路芯片，所述处理器可以是通用处理器，包括中央处理器、网络处理器等；还可以是数字信号处理器、专用集成电路、现成可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

请参照图3，是本发明较佳的实施例提供的岩体裂缝监测装置100的第二种方框示意图。在本发明实施例中，所述岩体裂缝监测装置100还可以包括通信单元130。

在本实施例中，所述通信单元130用于通过网络建立所述岩体裂缝监测装置100与服务器200之间的数据通信，并通过所述网络收发数据。其中，所述通信单元130分别与所述计算单元120及所述监测单元110电性连接，以将计算得到的岩体裂缝的开合度变化量及监测到的与所述开合度变化对应的应力变化量发送给所述服务器200，使监测人员能够通过所述服务器200对所述岩体裂缝开合状况进行远程实时监测。

在本发明实施例中，所述岩体裂缝监测装置100还可以包括报警单元140，其中所述报警单元140用于进行岩体崩塌预警。具体地，所述报警单元140分别与所述计算单元120及所述监测单元110电性连接，以获取所述岩体裂缝的开合度变化量和/或应力变化量，并根据所述开合度变化量和/或所述应力变化量的数值判断是否发出报警信号。

所述报警单元140通过将所述开合度变化量和/或所述应力变化量与预警阈值进行比较的方式，判断是否发出报警信号。其中所述预警阈值包括开合度预警阈值及应力变化预警阈值，当所述报警单元140获取到所述应力变化量时，所述报警单元140将所述应力变化量与所述应力变化预警阈值进行比较，若所述应力变化量超过所述应力变化预警阈值，则所述报警单元140发出报警信号；当所述报警单元140获取到所述开合度变化量时，所述报警单元140将所述开合度变化量与所述开合度预警阈值进行比较，若所述开合度变化量超过所述开合度预警阈值，则所述报警单元140发出报警信号。其中所述开合度预警阈值及应力变化预警阈值可按照不同等级进行划分，从而实现不同等级的岩体崩塌预警判断。

在本实施例中，所述报警单元140包括报警鸣笛或报警喇叭，所述报警单元140通过所述报警鸣笛或报警喇叭发出与所述报警信号对应的警报语音。

请参照图4，是本发明较佳的实施例提供的岩体裂缝监测装置100的第三种方框示意图。在本发明实施例中，所述岩体裂缝监测装置100还可以包括供电单元150。

在本实施例中，所述供电单元150分别与所述监测单元110、所述计算单元120、所述通信单元130及所述报警单元140电性连接，以向所述监测单元110、所述计算单元120、所述通信单元130及所述报警单元140提供电能，从而确保所述岩体裂缝监测装置100能够正常运行。在本实施例中，所述供电单元150可以包括用于接收光能并将光能转化为电能的太阳能电池板，及可用于对电能进行存储，并提供电能的蓄电池供电系统。

请参照图5，是本发明较佳的实施例提供的岩体裂缝监测系统10的一种方框示意图。在本发明实施例中，所述岩体裂缝监测系统10包括服务器200，及上述的图1所示的岩体裂缝监测装置100、图3所示的岩体裂缝监测装置100及图4所示的岩体裂缝监测装置100中的任意一种。所述岩体裂缝监测系统10通过所述服务器200及所述岩体裂缝监测装置100，所述服务器200与所述岩体裂缝监测装置100通信连接，以获取所述岩体裂缝监测装置100对应监测到的岩体裂缝的开合度变化量及应力变化量，从而实现对岩体裂缝的开合状况进行远程实时监测。

在本实施例中，所述岩体裂缝监测装置100的数目为至少一个，所述服务器200与至少一个岩体裂缝监测装置100通信连接，以通过所述至少一个岩体裂缝监测装置100对不同岩体裂缝的开合状况进行实时监测，从而在岩体裂缝的开合状况达到岩体崩塌的标准时，针对该岩体裂缝进行高可行性的崩塌预警。

在本实施例中，所述服务器200在接收到由所述岩体裂缝监测装置100发送的岩体裂缝的开合度变化量及应力变化量后，将对所述开合度变化量及所述应力变化量进行数据处理及分析，得到所述岩体裂缝崩塌趋势分析报告，并根据所述分析报告中该岩体裂缝的崩塌等级进行对应的不同等级的崩塌预警。

请参照图6，是本发明较佳的实施例提供的岩体裂缝监测系统10的另一种方框示意图。在本发明实施例中，所述岩体裂缝监测系统10还可以包括显示设备300。

在本实施例中，所述显示设备300与所述服务器200电性连接，以对所述服务器200通过所述岩体裂缝监测装置100监测到的不同岩体裂缝的开合度变化量及应力变化量进行显示，使监测人员能够通过所述显示设备300直观地监测到各岩体裂缝对应的开合状况。其中，所述显示设备300包括一显示屏，所述显示设备300通过所述显示屏对各岩体裂缝对应的信息数据进行显示，所述信息数据包括开合度变化量、应力变化量、监测时间、环境温度、岩体崩塌趋势预测曲线图中的至少一种或多种组合。

综上所述，在本发明较佳的实施例提供的岩体裂缝监测装置及系统中，所述岩体裂缝监测装置的预警可行性高，监测精度高，能够通过对岩体裂缝开合变化时对应的应力变化量和开合度变化量进行实时监测的方式，实现对岩体裂缝开合状况的实时监测。具体地，所述岩体裂缝监测装置包括监测单元及计算单元，所述监测单元包括第一定位柱、第二定位柱、弹簧及应力传感器，所述第一定位柱与所述第二定位柱用于分别设置在岩体裂缝的两侧，所述弹簧的一端与所述第一定位柱可拆卸连接，所述弹簧的另一端经所述应力传感器与所述第二定位柱连接，其中，所述应力传感器用于实时监测所述弹簧在岩体裂缝的开合度发生变化时对应产生的应力变化量。所述计算单元与所述监测单元电性连接，以根据所述弹簧的刚度系数及所述应力传感器监测到的应力变化量，对岩体裂缝的开合度变化量进行计算，以通过所述岩体裂缝的开合度变化量及应力变化量对岩体裂缝开合状况进行高精度的实时监测。而所述岩体裂缝监测装置中包括的报警单元可在经由所述监测单元及所述计算单元得到的开合度变化量和/或应力变化量超过预警阈值时，发出报警信号，从而实现现场岩体崩塌预警。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。