一种危岩体倾斜方向的实时稳定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实时稳定准确测量装置。


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，传统的危岩体方向测量装置结构复杂，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实时稳定准确测量装置，解决了现有危岩体倾斜方向测量装置结构复杂，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实时稳定准确测量装置，其包括通过外部支撑杆固定于危岩体上的装置外壳，装置外壳内部设置控制单元和安装轴，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，第一电阻上开设开口，开口处的两端面喷涂绝缘漆，开口处的一端喷涂绝缘漆层，绝缘漆层上均匀喷涂绝缘漆；
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，安装槽内容置有连接导线，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导线与电源电连接；
8.电源的第一电源通过导线依次与电流计和第一电阻开口处喷涂绝缘漆层的一端端面电连接，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。
9.本实用新型安装简便，结构简单，能有效避免第一电阻的电阻率变化而造成的计算和测量误差，设置绝缘漆层有效的防止电路短路，稳定获取测量数据，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，控制单元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，可下达数据采集的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，能够在温度变化不大的环境中稳定的测量出危岩体的倾斜方向。
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方向变化。
16.进一步地，第一电阻为环形。
17.第一电阻与安装托盘外缘的安装槽相适配。
18.进一步地，所述第一电阻和第二电阻的材质相同。
19.第一电阻和第二电阻在同一时刻具有相同的电阻率。
20.进一步地，安装托盘表面为圆形、圆锥形或者圆环形，安装托盘外缘开设有环形安装槽。
21.安装托盘与环形电阻相配合。
22.进一步地，绝缘漆层的长度为1mm-10mm。
23.绝缘漆层能够避免第一电阻开口处短路，增加装置测量的稳定性，不影响电阻表面的光滑性。
24.本实用新型的有益效果为：本实用新型结构简单，安装方便，能有效的防止电路短路，能有效避免第一电阻的电阻率变化而造成的计算和测量误差，稳定准确的测量出危岩体倾斜时的方向变化。
附图说明
25.图1为一种危岩体倾斜方向的实时稳定准确测量装置的结构示意图。
26.图2为一种危岩体倾斜方向的实时稳定准确测量装置安装托盘结构示意图。
27.图3为一种危岩体倾斜方向的实时稳定准确测量装置电阻接线法示意图。
28.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、绝缘漆层；18、电源；19、第二电流计；20、第二电阻。
具体实施方式
29.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。
30.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实时稳定准确测量装置，其包括：
31.装置外壳1，装置外壳1内部包括安装轴4、安装托盘5、支撑座3和控制单元。
32.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。
33.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，支撑杆12在配重体13的重力作用下会转动到危岩体倾斜方向上。
34.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，在第一电阻7开口的两端面涂有绝缘漆，第一电阻7开口处的一端喷涂有绝缘漆层17，开口两端面近于无缝连接。
35.绝缘漆层17长度为1mm-10mm，绝缘漆层17的长度根据制造工艺水平和测试量程进行优选，绝缘漆层17不会影响第一电阻7表面的光滑性，不会影响支撑杆12的转动，绝缘漆层17能够避免第一电阻7开口处短路，增加装置测量的稳定性，第一电阻7开口端面之间近于无缝连接，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为环形能够与安装槽相适配。
36.绝缘漆层17的材质为醇酸漆或环氧漆或有机硅漆。
37.第一电阻7和第二电阻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。
38.第二电阻用于实时求取温度变化条件下，任一时刻第一电阻的电阻率。
39.转动轴件6与支撑轴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。
40.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。
41.装置倾斜时，支撑杆12在配重体13的重力作用下会自动调整至危岩体倾斜方向上，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，从而使整个装置能更加灵敏，感应微小的危岩体倾斜方向变化。
42.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开口处喷涂绝缘漆层17的一端端面电连接，电源18可采用太阳能供电方式。
43.电源18包括第一电源和第二电源；第一电源和第二电源内均包括独立的正负电极。
44.当危岩体倾斜时，安装托盘5随之倾斜，支撑杆12在配重体13的重力作用下会偏转到危岩体倾斜方向上，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，从而引起第一电流计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。
45.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电阻率变化条件下稳定准确测量出危岩体倾斜方向。
46.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。
47.本实用新型安装简便，结构简单，能有效避免第一电阻的电阻率变化而造成的计算和测量误差，设置绝缘漆层17有效的防止电路短路，获取稳定测量数据，危岩体倾斜时，支撑杆12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，以此来测得不同时刻的危岩体倾斜方向。
48.本方案一种危岩体倾斜方向的实时稳定准确测量装置，其工作原理为：
49.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的停放位置调整至绝缘漆层17靠近第一电阻7开口的端部附近，此时导电接头14与第一电阻7的连接断开。
50.当危岩体倾斜时，安装托盘5随之倾斜，配重体13会带动支撑杆12偏转到危岩体倾斜方向上，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。
51.接线采用图3所示接法，随着支撑杆的转动，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。
52.第一电阻7的总长度为l1，横截面积为s1，第二电阻20的长度为l2，横截面积为s2；
53.某一时刻，第一电流计16的读数为i1，第二电流计20的读数为i2，设此时危岩体倾斜方向为x
°
，则：
54.i1＝u/[ρ
·
(x/360)
·
l1/s1]
[0055]
i2＝u/(ρ
·
l2/s2)
[0056]
当i1≠0时，危岩体倾斜方向为：
[0057]
x＝360[(s1/s2)(i2/i1)(l2/l1)]；
[0058]
当第一电阻7和第二电阻20的长度和横截面积均相等时，即：l1＝l2，s1＝s2，上式可化简得：
[0059]
x＝360
·
(i2/i1)；
[0060]
其中，u为电源电压，ρ为第一电阻7和第二电阻20在某一时刻的电阻率。
[0061]
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。当导电接头14停留于电阻7开口处或绝缘漆层17之
上时，第一电流计16读数i1为0，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，即在第一电阻7的开口处或绝缘漆层17处，为装置测量的盲区。
[0062]
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，并将其开口和绝缘漆层17所在位置调整至与第一电阻7开口和绝缘漆层17所在位置不重合的其他任意方向，并设其电流为i＇，当i1≠0时，自动断开该电路；当i1＝0时，自动接通该电路测得i＇，则：
[0063]
当i1＝0，且i＇≠0时，危岩体倾斜方向为0
°
。
[0064]
当i1＝0，且i＇＝0时，危岩体未倾斜。
[0065]
本实用新型结构简单，安装方便，有效的防止电路造成短路，安全稳定的准确测量出危岩体倾斜时的方向变化。
[0066]
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。