一种危岩体倾斜方向的自动化准确测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及倾斜方向测量领域，特别是涉及一种危岩体倾斜方向的自动化准确测量装置。


背景技术：

2.危岩体是指一些岩体虽然还没有发生崩塌，但具备发生崩塌的主要地质条件，有些岩体已经出现了崩塌前兆现象，因此预示不久可能发生崩塌的岩体。危岩体是潜在的崩塌体。我国是一个山体地貌形态复杂的国家，危岩体崩落是山区常见的一种地质灾害；危岩体崩落具有突发性极强、破坏力大等特点，严重威胁着交通要道、山区居民正常生产生活；在我国，每年由于危岩体崩落而造成大量人员伤亡及重大经济损失。
3.危岩体的防治过程中，要准确预测危岩体失稳崩落的时间和崩落方向基本不可能。危岩体在发展破坏的过程中，不同岩石块体之间相互力作用的变化会引起危岩体倾斜方向的改变，因此危岩体的倾斜方向并不是一成不变的，危岩体倾斜方向的实时、准确判断非常困难；对于绝大多数危岩体的崩塌方向与危岩体的倾斜方向是一致的，因此，实时测量危岩体的倾斜方向，既可以对危岩体的发展变化过程和趋势提供参考数据，也能实时、准确地判断危岩体可能的崩落方向，对于及时制定防灾撤离预案和确保人民群众生命财产安全具有重要的现实意义。危岩体在实际防治过程中，由于其具有一定的突发性，倾斜方向的测量具有较大的计算和测量误差。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种危岩体倾斜方向的自动化准确测量装置，解决了现有危岩体倾斜方向的测量具有较大的计算和测量误差的问题。
5.为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：
6.本方案提供一种危岩体倾斜方向的自动化准确测量装置，其包括通过外部支撑杆固定于危岩体上的装置外壳，装置外壳内部设置内部模块和安装轴，安装轴与安装托盘固定连接；安装托盘外缘开设环形安装槽，环形安装槽内容置第一电阻，装置外壳内设置第二电阻，第一电阻上开设开口；
7.转动轴件与安装轴固定连接，转动轴件与支撑杆转动连接，支撑杆与安装托盘之间设置有用于减小摩擦力的滚动环，支撑杆上开设安装槽，安装槽内容置连接导线，连接导线的一端与导电接头连接；导电接头与第一电阻滑动连接；连接导线的另一端通过转动轴件依次与第一保护电阻和电源中的第一电源电连接；
8.电源的第一电源通过导线依次与第一电流计和第一电阻开口处的一端电连接，电源中的第二电源通过导线依次与第二电流计和第二电阻电连接，电源中的第三电源通过导线依次与第三电流计和第二保护电阻电连接。
9.本实用新型安装简便，结构简单，危岩体倾斜时，支撑杆会偏转到危岩体倾斜方向上，造成接入的第一电阻长度变化使得第一电阻大小变化，从而引起电流大小的变化，能在
环境温度变化时、电阻的电阻率变化的条件下，准确地测量出不同时刻的危岩体倾斜方向。
10.进一步地，内部模块包括控制模块和通讯模块，以及为控制模块和通讯模块提供电源的供电模块。
11.控制模块对供电模块和通讯模块开关进行控制，可下达数据采集频率和数据发送频率的调整指令，并根据该指令接通供电模块和通讯模块开关，数据采集频率和数据发送频率可以不同，控制模块可接收电流计的测量数据，通过接入第一电阻的长度变化使得第一电阻大小变化，从而引起电流大小的变化，即某一时刻的电流值对应危岩体的倾斜方向，以此来测得不同时刻的危岩体倾斜方向；控制模块有一存储设备，可对监测数据进行存储，供电模块用于提供电源，通讯模块用于将控制模块得到的倾斜方向数据传送至远程上位机。
12.进一步地，装置外壳内的底部设置有用于固定安装轴的支撑座。
13.支撑座用于固定、支撑、连接安装轴。
14.进一步地，支撑杆末端表面设置有用于增加下滑力的配重体。
15.配重体用于增大支撑杆随安装托盘偏转而调整的下滑力，使整个装置能更加灵敏，感应微小的危岩体倾斜变化。
16.进一步地，第一电阻为环形电阻。
17.第一电阻为环形能够与安装槽相适配。
18.进一步地，第一电阻开口处的两端面均涂有绝缘材料。
19.绝缘物质能够避免第一电阻开口处短路。
20.进一步地，第一电阻和第二电阻的材质相同。
21.第一电阻和第二电阻在同一时刻具有相同的电阻率。
22.进一步地，第一保护电阻和第二保护电阻的材质相同。
23.第一保护电阻和第二保护电阻在同一时刻具有相同的电阻率。
24.进一步地，安装托盘表面为圆形、圆锥形或者圆环形。
25.安装托盘与环形的第一电阻相配合。
26.本实用新型的有益效果为：本实用新型结构简单，安装方便，能够及时有效的准确测量出危岩体倾斜时的方向变化，并且能避免环境温度变化造成电阻率变化所引起的测量误差。
附图说明
27.图1为一种危岩体倾斜方向的自动化准确测量装置的结构示意图。
28.图2为一种危岩体倾斜方向的自动化准确测量装置安装托盘结构示意图。
29.图3为一种危岩体倾斜方向的自动化准确测量装置电阻接线法示意图。
30.图4为一种危岩体倾斜方向的自动化准确测量装置的示意图。
31.其中，1、装置外壳；2、外部支撑杆；3、支撑座；4、安装轴；5、安装托盘；6、转动轴件；7、第一电阻；8、连接导线；9、供电模块；10、控制模块； 11、通讯模块；12、支撑杆；13、配重体；14、导电接头；15、滚动环；16、第一电流计；17、第一保护电阻；18、电源；19、第三电流计；20、第二保护电阻；21、第二电流计；22、第二电阻。
具体实施方式
32.面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
33.根据本技术的实施例一，如图1、图2和图3所示，本方案的一种危岩体倾斜方向的自动化准确测量装置，其包括：
34.装置外壳1，装置外壳1内部包括安装轴4、转动轴件6、安装托盘5、支撑座3和内部模块。
35.安装轴4与安装托盘5固定连接，支撑座3用于固定连接安装轴4。安装轴 4、装置外壳1和外部支撑杆2在装置初始安装时应为竖直状态，安装托盘5表面为圆形、圆锥形或者圆环形，若安装托盘5为圆形或圆环形，则安装托盘5 所在平面与安装轴4正交，且安装托盘5的圆心在安装轴4上，若安装托盘5 为圆锥形，则其旋转轴与安装轴4重合。
36.当危岩体倾斜时，安装轴4和安装托盘5随危岩体倾斜而随之倾斜，带动支撑杆12转动。
37.安装托盘5外缘开设有环形安装槽，环形安装槽内容置有第一电阻7，第一电阻7呈环形结构，在第一电阻7上开设有开口，开口两端的距离为1mm～2mm，是为尽量减小第一电阻7的测量盲区，开口端面两侧均涂有绝缘物质，绝缘物质能够避免第一电阻7开口处短路，第一电阻7开口端面之间充填绝缘材料，使第一电阻7开口处与两侧形成光滑表面，能够使导电接头14在第一电阻7开口处也能平滑滑动，增加装置测量的稳定性和准确性，第一电阻7为环形能够与安装托盘5外缘的安装槽相适配。
38.装置初始安装时，第一电阻7开口的中心和支撑杆12正对正北方向。
39.第一电阻7和第二电阻22的材质相同,随环境温度变化在同一时刻具有相同的电阻率。
40.第一保护电阻17和第二保护电阻20的材质相同，随环境温度变化在同一时刻具有相同的电阻率。
41.第二电阻22和第二保护电阻20用于实时求取温度变化条件下，任一时刻第一电阻或者第一保护电阻的电阻率。
42.转动轴件6与安装轴4固定连接，转动轴件6与支撑杆12转动连接，支撑杆12与安装托盘5之间设置滚动环15，支撑杆12末端设置配重体13。
43.装置随危岩体倾斜时，支撑杆12在重力作用下会自动调整至平衡位置，滚动环15所起主要作用是减小支撑杆12和安装托盘5之间的摩擦力，配重体13 所起主要作用是增大支撑杆12随安装托盘5偏转而调整的下滑力，可以通过对支撑杆12和配重体13的重量等进行调整，从而使整个装置能更加灵敏，感应微小的危岩体倾斜变化。
44.支撑杆12上容置连接导线8，连接导线8与导电接头14连接，导电接头 14与第一电阻7滑动连接，连接导线8另一端与第一保护电阻17和电源18电连接，电源18依次与第一电流计16和第一电阻7开口处的一端连接，电源18 可采用太阳能供电方式。
45.电源18包括第一电源、第二电源和第三电源；第一电源、第二电源和第三电源内均包括独立的正负电极。
46.当危岩体倾斜时，支撑杆12会随着安装托盘5的倾斜而转动到危岩体倾斜方向上，从而使连接导线8与导电接头14通过接入第一电阻长度变化使得第一电阻大小变化，引起第一电流计16读数大小的变化，以此来测得不同时刻的危岩体倾斜方向。
47.第二电阻22和第二保护电阻20开设的目的主要是用于实时求取环境温度变化时第一电阻7的电阻率和第一保护电阻17的电阻率。从而避免环境温度变化造成第一电阻7和第一保护电阻17的电阻率变化所引起的测量误差，实现准确地测量危岩体倾斜方向。
48.控制模块10对供电模块9和通讯模块11的开关进行控制，可下达数据采集频率和数据发送频率的调整指令，并根据该指令接通供电模块9和通讯模块 11的开关，数据采集频率和数据发送频率可以不同，控制模块10可接收电流计的测量数据，通过接入第一电阻7长度变化使得第一电阻7大小变化，从而引起电流大小的变化，即某一时刻的电流值对应危岩体的倾斜方向，以此来测得不同时刻的危岩体倾斜方向，控制模块10内有一存储设备，可对监测数据进行存储；供电模块9用于提供电源，通讯模块11用于将控制模块10得到的倾斜方向数据传送至远程上位机，能够在环境温度变化条件下准确测量出危岩体倾斜方向。
49.控制模块10可以为s7-200 smart plc控制模块，也可以为51单片机控制模块等。
50.本实用新型安装简便，结构简单，危岩体倾斜时，支撑杆会偏转到危岩体倾斜方向上，造成接入第一电阻7长度变化使得第一电阻7大小变化，从而引起电流大小的变化，第二电阻22和第二保护电阻20的开设能够实时求取出环境温度变化时第一电阻7和第一保护电阻17的电阻率，从而能在环境温度变化时、电阻的电阻率变化的条件下，准确地测量出不同时刻的危岩体倾斜方向。
51.本方案一种危岩体倾斜方向的自动化准确测量装置，其工作原理为：
52.安装本实用新型时，通过旋转安装轴4或者安装托盘5或者装置外壳1，使第一电阻7的开口方向对准正北方向(0
°
或360
°
方向)，并将支撑杆12的停放位置调整至正北方向，此时导电接头14与第一电阻7的连接断开。
53.当危岩体倾斜时，安装托盘5会随之倾斜，配重体13会带动支撑杆12偏转到危岩体的倾斜方向上，从而使导电接头14接入的第一电阻7长度发生变化，从而根据第一电流计16的读数可求得危岩体倾斜方向。
54.接线采用图3所示接法，随着支撑杆12的转动，第一电阻7位于支撑杆12 的右侧部分会断开，位于支撑杆12左侧部分会被接通。
55.第一电阻7的总长度为l1，横截面积为s1，第一保护电阻17的长度为l2，横截面积为s2；第二电阻22的总长度为l3，横截面积为s3；第二保护电阻20 的长度为l4，横截面积为s4；
56.某一时刻，第一电流计16的读数为i1，第二电流计21的读数为i2，第三电流计19的读数为i3，设此时危岩体倾斜方向为x
°
，则：
57.i1＝u/{[ρ1·
(x/360)
·
l1/s1]+ρ2·
l2/s2}
[0058]
i2＝u/(ρ1·
l3/s3)
[0059]
i3＝u/(ρ2·
l4/s4)；
[0060]
当i≠0时，危岩体倾斜方向为：
[0061]
x＝360[(s1/s3)(i2/i1)(l3/l1)-(s1/s3)(s4/s2)(i2/i3)(l3/l1)(l2/l4)]；
[0062]
当第一电阻7和第二电阻22的总长度和横截面积均相等，第一保护电阻17 和第二保护电阻20的长度和横截面积均相等时，即：l1＝l3，s1＝s3，l2＝l4，s2＝s4，上式可化简得：
[0063]
x＝360
·
[(i2/i1)-(i2/i3)]；
[0064]
其中，u为电源电压，ρ1为第一电阻7和第二电阻22的电阻率，ρ2为第一保护电阻17和第二保护电阻20的电阻率。
[0065]
当危岩体未倾斜时或者危岩体倾斜方向为正北方向时，支撑杆12不发生偏转，电路断开，此时第一电流计16读数i1为0。当第一电流计16读数i1为0 时，装置不能分辨危岩体倾斜方向为正北方向还是危岩体未发生倾斜，即在电阻7的开口处，为装置测量的盲区。
[0066]
进一步，按照同样的方式在装置内布置与第一电阻7相同的一个电阻，并将其开口方向调整至与第一电阻7开口不重合的其他任意方向，并设其电流为 i1＇，当i1≠0时，自动断开该电路；当i1＝0时，自动接通该电路测得i1＇，则：
[0067]
当i1＝0，且i1＇≠0时，危岩体倾斜方向为0
°
。
[0068]
当i1＝0，且i1＇＝0时，危岩体未倾斜。
[0069]
从而能使本装置无测量盲区。
[0070]
本实用新型根据第一电流计16、第二电流计21、第三电流计19和i1＇的读数，准确的求得环境温度变化时，第一电阻7和第二电阻22、第一保护电阻17 和第二保护电阻22的电阻率变化条件下，任一时刻的危岩体倾斜方向。
[0071]
本实用新型结构简单，安装方便，能够及时有效的准确测量出危岩体倾斜时的方向变化，并且大大减小环境温度变化造成电阻率变化所引起的误差。
[0072]
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。