一种地表区域形变监测仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种地表区域形变监测仪，属于地表监测技术领域，解决了现有技术或无法连续实时观测或存在安装耦合、单点测量的问题。本实用新型专利技术公开的地表区域形变监测仪，包括M×N个激光探测单元组成的M×N现场位移探测阵列、基站、太阳能供电单元。太阳能供电单元为基站运行提供电能。现场位移探测阵列均匀布设待监测地表区域，采集待监测地表区域的形变情况，并将所述形变情况以位移信息的形式通过无线网络发送至基站，由基站对待监测地表区域的形变情况进行存储和转发，远程发送给技术专家分析。本地表区域形变监测仪有利于远程对上述地表变形情况进行连续观察，及时发现采矿沉陷、滑坡、裂缝等地表变形情况。

【技术实现步骤摘要】
一种地表区域形变监测仪
本技术涉及地表监测
，尤其涉及一种地表区域形变监测仪。
技术介绍
对采矿沉陷区、滑坡区、裂缝区地表的变形情况进行实时连续观察是准确预报矿区沉陷、滑坡、裂缝等地质灾害的有效途径之一。目前，对采矿沉陷区、滑坡体、裂缝地表进行自动化监测通常采用两种方法：一种方法采用接触式现场监测仪器，如拉杆、拉绳式位移计、磁制伸缩仪等，结合远程网络传输模块，可以实现特定地表区域的实时形变监测，但该方法的缺点是一次只能测量一个单独的点，而且还存在传感器安装耦合的问题；另一种方法采用遥感技术，包括无人机摄影、激光雷达、InSAR等，定期采集特定地表区域影像数据以观察该地表区域发生的形变，这种方法属于非接触式，因此无须担心传感器安装耦合的问题，但其缺点是只能进行定期观测，而不能连续实时地进行监测，因此判断结果可能会不准确，甚至漏判。技术
技术实现思路
鉴于上述的分析，本技术旨在提供一种地表区域形变监测仪，用以解决现有技术或无法连续实时观测或存在安装耦合、单点测量的问题。本技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种地表区域形变监测仪，包括M×N个激光探测单元组成的M×N现场位移探测阵列、基站；所述现场位移探测阵列均匀布设在待监测地表区域内，每个所述激光探测单元包括激光探测器和对应的目标靶，所述目标靶设置在对应的激光探测器前方的预设距离处；所述基站设置于待监测地表区域内靠近中心位置的基站安装架的支撑板上；所述支撑板距离地面预设高度。上述技术方案的有益效果如下：采用非接触式激光探测单元，克服了普通传感器(即接触式现场监测仪器)安装耦合问题。通过矩阵式探测单元的布设，且多个探测单元之间能够通过自组网协议栈进行无线数据传送，避免了因连线太多带来的安装困难，通过基站进行数据处理可将传统的点监测转换为面监测，为滑坡、矿区塌陷、裂缝等区域性形变监测提供更多、更可靠的数据。在上述方案的基础上，本技术还做了如下改进：进一步，所述激光探测器包括激光位移传感器、无线数据传输器；所述激光位移传感器、无线数据传输器之间通过串口RS232数据线进行电气连接；所述激光位移传感器布设于待监测地表区域地面上，所述无线数据传输器布设于对应的激光位移传感器上方的地表支架上。采用上述进一步方案的有益效果是：与现有技术的接触式现场监测仪器相比，上述方案采用M×N的现场位移探测阵列进行数据监测，可测量整个待监测地表区域的形变，以及形变过程，即面监测，各个探测单元获取的位移信息是相互独立的，彼此之间不存在干扰，因此无须担心传感器安装耦合问题。与现有技术的遥感技术相比，上述进一步方案可以连续实时观测整个待监测地表区域的形变、形变过程，以及形变的具体坐标，因此具有突出的技术优势。并且，采用了无线数据传输器，避免了有线数据连接带来的安装困难、各激光探测单元耦合严重的问题。进一步，所述激光位移传感器采用YF-YJ10激光位移传感器。所述无线数据传输器采用WLT2408无线数据传输器。采用上述进一步方案的有益效果是：YF-YJ10激光位移传感器利用激光相位法测量技术，实现对探测单元和目标靶之间距离的测量。具有测量速度快、测量精度高等特点，并且，产品体积小，接口丰富，能够满足不同的使用环境。WLT2408无线数据传输器内部驻留ZigBee协议栈，兼容性好，程序设计方便。进一步，各激光探测单元之间的距离小于500m，所述基站与各激光探测单元之间的距离小于1km；所述无线数据传输器的天线距地面的垂直高度不小于1m，布设基站的所述预设高度不小于1.5m；每个激光探测单元中的所述激光探测器和对应的目标靶之间无障碍物，并分别布设于地表区域形变位置的两侧，跨越地表区域形变位置。采用上述进一步方案的有益效果是：上述数据是经过大量试验数据总结出来的规律，直接应用可以极大减少出现采集效果差可能带来的重复试验的工作量。激光探测器和对应的目标靶之间如果有障碍物可能造成采集不到数据。激光探测器和对应的目标靶应布设于地表区域形变位置的两侧，跨越地表区域形变位置，这样有利于有效信号的采集，避免激光探测单元过多布设造成浪费。进一步，所述基站包括无线传输网络路由、第一天线、远程网络传输单元、第二天线、数据处理设备；所述数据处理设备包括第一数据端、第二数据端，所述第一数据端经所述无线传输网络路由与所述第一天线连接，所述第二数据端经所述远程网络传输单元与第二天线连接；所述无线传输网络路由、远程网络传输单元、数据处理设备集成于监测箱内，所述第一天线、第二天线设置于所述监测箱上方的支架上。采用上述进一步方案的有益效果是：第一天线、第二天线设置的位置较高，有利于增强信号传输性能。对无线传输网络路由、远程网络传输单元、数据处理设备进行集成，有利于缩小体积，并防止外界环境对设备造成损害。无线传输网络路由、远程网络传输单元分别工作于无线局域网和远程无线网络，技术人员可以无须到现场，可以在世界上任何一个具有远程无线网络的地点使用计算机获得实时监控信息。因此，极大降低了技术人员的工作强度、时间成本，有利于及时发现问题并采取措施。进一步，所述无线传输网络路由采用WLT2408无线传输网络路由；所述第一天线采用RP-SMA接口、50Ω、3dBi、2.4GHz天线；所述远程网络传输单元采用ZWD-35A无线数据传输器；所述第二天线采用CDMA3dBi天线；所述数据处理设备采用STM32F103数据处理器；所述无线传输网络路由与所述无线数据传输器之间采用2.4GHz频段数据传输；所述远程网络传输单元采用4G通信、3G通信、GPRS通信中的至少一种。采用上述进一步方案的有益效果是：2.4GHz频段为免费开放频段，宜用于近距离或中距离传输，作为局域网无线传输比较合适。远程数据传输可根据野外安装地区网络信号强度选择采用4G通信、3G通信、GPRS通信中的一种，适合远程传输数据。进一步，还包括太阳能供电单元；所述太阳能供电单元包括太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池、电压转换器；所述充放电控制器包括输入端、第一输出端和第二输出端，其中，输入端与所述太阳能电池板的输出端连接，第一输出端作为太阳能供电单元的供电端，与所述基站的供电端连接，第二输出端与所述蓄电池的输入端连接。采用上述进一步方案的有益效果是：在无线激光矩阵监测系统无故障情况下，太阳能供电单元能够永久为无线激光矩阵监测系统供电。在连续观测地表区域形变时，避免了换电池带来的工作复杂度，在无线激光矩阵监测系统安装全程后，能连续实时观测待监测地表区域形变。进一步，所述充放电控制器采用SolarCTK3A充放电控制器；所述蓄电池采用Sail55D23L-12V蓄电池；所述太阳能电池板倾斜设置于所述监测箱上方的支架上，所述充放电控制器、蓄电池集成于所述监测箱内。采用上述进一步方案的有益效果是：太阳能电池板设置于高空，有利于充分接受光照采集太阳能，倾斜设置有利于增大采光面积。设置蓄电池可以存储电能，通过充放电控制器可以控制蓄电池进行充放电，满足基站负载正常工作。进一步，所述太阳供电单元提供3.3V、5V、9V的电源；其中，所述3.3V电源与基站的所述数据处理单元的供电端连接；所述5V电源与基站的所述无线传输网络路由的供电端连接；所述9V电源与基站本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地表区域形变监测仪，其特征在于，包括M×N个激光探测单元组成的M×N现场位移探测阵列、基站；所述现场位移探测阵列均匀布设在待监测地表区域内，每个所述激光探测单元包括激光探测器和对应的目标靶，所述目标靶设置在对应的激光探测器前方的预设距离处；所述基站设置于待监测地表区域内靠近中心位置的基站安装架的支撑板上；所述支撑板距离地面预设高度。

【技术特征摘要】
1.一种地表区域形变监测仪，其特征在于，包括M×N个激光探测单元组成的M×N现场位移探测阵列、基站；所述现场位移探测阵列均匀布设在待监测地表区域内，每个所述激光探测单元包括激光探测器和对应的目标靶，所述目标靶设置在对应的激光探测器前方的预设距离处；所述基站设置于待监测地表区域内靠近中心位置的基站安装架的支撑板上；所述支撑板距离地面预设高度。2.根据权利要求1所述的地表区域形变监测仪，其特征在于，所述激光探测器包括激光位移传感器、无线数据传输器；所述激光位移传感器、无线数据传输器之间通过串口RS232数据线进行电气连接；所述激光位移传感器布设于待监测地表区域地面上，所述无线数据传输器布设于对应的激光位移传感器上方的地表支架上。3.根据权利要求2所述的地表区域形变监测仪，其特征在于，所述激光位移传感器为YF-YJ10激光位移传感器；所述无线数据传输器为WLT2408无线数据传输器。4.根据权利要求3所述的地表区域形变监测仪，其特征在于，各激光探测单元之间的距离小于500m，所述基站与各激光探测单元之间距离小于1km；所述无线数据传输器的天线距地面的垂直高度不小于1m，布设基站的所述预设高度不小于1.5m；每个激光探测单元中的所述激光探测器和对应的目标靶之间无障碍物，并分别布设于地表区域形变位置的两侧，跨越地表区域形变位置。5.根据权利要求1、2、4之一所述的地表区域形变监测仪，其特征在于所述基站包括无线传输网络路由、第一天线、远程网络传输单元、第二天线、数据处理设备；所述数据处理设备包括第一数据端、第二数据端，所述第一数据端经所述无线传输网络路由与所述第一天线连接，所述第二数据端经所述远程网络传输单元与第二天线连接；所述无线传输网络路由、远程网络传输单元、数据处理设备集成于监测箱内，所述第一天线、第二天线设置于所述监测箱上方的支架上。6.根据权利要求5所述的地表区域形变监测仪，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒿书利，郝文杰，张晓飞，杨进平，孟宪玮，张宏斌，
申请(专利权)人：中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，
类型：新型
国别省市：河北,13