地裂缝水平竖直位移监测器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种地裂缝水平竖直位移监测器，监测器包括由反光板、插片构成的靶标以及激光传感器、数据收集模块和计算机。本实用新型专利技术能够同时检测地裂缝水平和竖直位移变化，并在水平位移、竖直位移达到最大预设值时发出警报，对地裂缝活动的监测具有简便性、直观性，有较高的推广和应用价值。

Horizontal and Vertical Displacement Monitor for Ground Fissures

【技术实现步骤摘要】
地裂缝水平竖直位移监测器
本技术涉及监测
，具体涉及地裂缝水平位移、竖直位移监测。
技术介绍
地面沉降是一种缓变、积累和难以快速有效治理的地质灾害。目前全国累计地面沉降量超过200毫米的地区达到7.9万Km2，并且有进一步扩大的趋势，给城市的可持续发展带来了巨大的危害。地面沉降及地裂缝变形监测是治理地面沉降及灾害预警的基础。进行有针对性的长期连续监测在地面沉降及地裂缝变形防治中发挥了重要的作用，为地面沉降的机理研究以及防治工作提供了大量的基础数据。现有地裂缝监测方法和装置易受地形、天气等因素影响，不利于进行全天候、实时监测，且结构复杂、成本高昂，不利于推广应用。中国专利CN108253890A公开了一种基于激光测距和图形处理技术的地裂缝空间状态监测方法及装置，利用激光斑点位置图像分析结果得到地裂缝错动、张裂位移，采用多个激光测距传感器获得竖直位移，进而得到空间状态监测结果。其不足之处在于：操作复杂，计算量大，且无法对地裂缝在超出允许活动量时发出报警。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种地裂缝水平竖直位移监测器，可以简便、直观的对地裂缝水平和竖直位移变化进行实时监测。为达到上述目的，本技术采用了以下技术方案：一种地裂缝水平竖直位移监测器，包括激光反射靶标、用于向该激光反射靶标投射激光并接收激光反射信号的激光传感器以及用于将该激光传感器的检测信号传输至计算机的数据收集模块，所述激光反射靶标及激光传感器分别设置于地裂缝两侧，激光反射靶标的靶面(用于反射激光)具有多个相互间隔的水平条形凸起(例如，自上而下间隔排列)。优选的，所述激光反射靶标包括反光板以及设置在反光板上的多个间隔排列的具有一定厚度的反光插片(用于构成所述水平条形凸起)。优选的，相邻反光插片的间隔距离相等，该间隔距离决定了地裂缝竖直位移的测量精度，间隔距离的选定受到激光传感器参数的影响，间隔距离越小，则相应竖直位移的测量精度越高，间隔距离可选取为≤1cm。优选的，所述激光反射靶标的水平条形凸起(即上述插片)分为两类，一类水平条形凸起(也称为长插片)向外(朝向激光传感器)凸出的长度大于另一类水平条形凸起(也称为短插片)，其中长度较大的一类水平条形凸起(长插片)的数量为1个以上，可以选择位于顶部、底部、中间位置的若干短插片并通过适当增加其向外凸出的长度，形成该类水平条形凸起(长插片)，即该类水平条形凸起(长插片)一般位于多个间隔排列的另一类长度较小的水平条形凸起(短插片)的一侧(即针对地裂缝竖直位移设置了1个报警限值)，或将多个间隔排列的另一类长度较小的水平条形凸起(短插片)按一定数量分隔开(即针对地裂缝竖直位移可设置1个或多个报警限值)。优选的，所述计算机包括人机交互界面，该人机交互界面包括用于显示所述激光传感器的检测信号或对应的距离(激光传感器与靶标之间)随时间变化的图像的界面区域，以及用于在地裂缝水平和/或竖直位移达超限(位移量大于设定限值)状态时显示报警信息的界面区域。上述地裂缝水平竖直位移监测器的使用方法，包括以下步骤：1)将上述激光反射靶标及激光传感器分别布置于地裂缝两侧，使得所述激光反射靶标能够与地裂缝一起活动(激光传感器位置固定)，将上述数据收集模块分别与激光传感器及计算机连接；2)监测开始后，激光传感器向所述激光反射靶标投射激光，激光经激光反射靶标的水平条形凸起(例如，插片与激光传感器相对侧)或水平条形凸起之间的靶面区域反射，并由激光传感器接收激光反射信号，从而生成检测信号，并由数据收集模块发送至计算机，由计算机记录所述激光传感器在不同时刻的检测信号，并输出该检测信号的波形，计算机根据该波形生成对应的激光传感器与激光反射靶标(激光投射至靶面位置)的距离随时间变化的图像。优选的，所述计算机根据记录的检测信号中由所述激光投射至所述水平条形凸起导致的信号突变区段之外的各个时刻所对应的检测信号，计算得到所述各个时刻中任意一个时刻相对于监测初始时刻的地裂缝水平位移测量值(根据信号突变区段内检测信号计算对应时刻水平位移测量值时，需要考虑到激光投射至插片引起的激光传感器与激光反射靶标间距离的减少)。优选的，若监测中地裂缝在竖直方向的位移持续增加，则可以由所述计算机根据当前时刻之前记录的所述信号突变区段的数量以及水平条形凸起的间隔距离(可以计算出对应水平条形凸起的间隔距离累加值)，再参考监测初始时刻激光投射在靶面的位置，计算得到当前时刻相对于监测初始时刻的地裂缝竖直位移测量值。优选的，当地裂缝活动范围超过水平位移或竖直位移的预设限值时，所述计算机生成并输出报警信息。优选的，所述竖直位移的预设限值由所述靶面向外(朝向激光传感器)凸出的长度较大的一类水平条形凸起(长插片)决定。即该类水平条形凸起(长插片)除了具有与另一类水平条形凸起(短插片)相同的作用(测量竖直位移)，还可利用其在激光传感器检测中生成的特定检测信号(电压幅值变化较短插片更大)，作为判定地裂缝竖直位移达到限值并进行报警的条件。水平位移的预设限值由设定的检测信号下限值确定。本技术的有益效果体现在：本技术通过激光传感器在地裂缝活动中同步扫描激光反射靶标(例如，可以通过反光板及插片组合形成)，将地裂缝活动中的位移变化借助激光传感器的检测信号(例如电压)直观、实时的反映出来，可以同时监测地裂缝水平和竖直位移变化。本技术基于光电检测原理，不仅降低了地形和气候对监测过程和结果的影响，而且简化了监测设备和数据处理流程，结构简单、操作简便，经济实用，从而显著的减少了地裂缝监测中人力、物力以及财力的投入，在地裂缝活动的监测和预报中具有较高的推广和应用价值。进一步的，本技术不仅可以监测并记录地裂缝活动数据，还可以在地裂缝活动超出预设限值时发出警报。进一步的，本技术可以对位移变化定量分析提供有效工具和途径，使得地裂缝的发展情况一目了然，可显著提高监测工作效率。附图说明图1为地裂缝水平竖直位移监测器示意图；图2为地裂缝水平竖直位移监测器中激光反射靶标的正视图(a)、侧视图(b)；图3为地裂缝水平竖直位移监测器通过计算机所显示的电压变化图像(波形图)及报警界面；图4为根据图3所示电压变化图像中部分采样时刻的激光传感器检测数据计算得到的水平竖直位移变化图；图中：1.长插片；2.短插片；3.反光板；4.激光；5.激光传感器；6.数据线；7.数据收集模块；8.计算机。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术进行详细描述，所述实施例用于解释本技术，而非对本技术保护范围的限制。(一)地裂缝水平竖直位移监测器结构及工作原理如图1所示，本技术所述地裂缝水平竖直位移监测器包括长插片1、短插片2、反光板3、激光传感器5、数据收集模块7和计算机8，其中激光传感器5通过一数据线6与数据收集模块7连接，数据收集模块7通过另一数据线6与计算机8连接，激光传感器5将激光4投射至由反光板3、长插片1及多个短插片2组成的激光反射靶标上。参见图2，所述激光反射靶标中，相邻插片(长插片与短插片、短插片之间)间隔可根据实际位移测量精度需要以及激光传感器的敏感度调整，长插片1位于所有短插片2上方。激光传感器5射出水平向激光4，投射在激光反射靶标上，随着激光传感器5与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地裂缝水平竖直位移监测器，其特征在于：包括靶面具有多个相互间隔的水平条形凸起的激光反射靶标、用于向该激光反射靶标投射激光(4)并接收激光(4)反射信号的激光传感器(5)以及用于将该激光传感器(5)的检测信号传输至计算机(8)的数据收集模块(7)，所述激光反射靶标及激光传感器(5)分别设置于地裂缝两侧。

【技术特征摘要】
1.一种地裂缝水平竖直位移监测器，其特征在于：包括靶面具有多个相互间隔的水平条形凸起的激光反射靶标、用于向该激光反射靶标投射激光(4)并接收激光(4)反射信号的激光传感器(5)以及用于将该激光传感器(5)的检测信号传输至计算机(8)的数据收集模块(7)，所述激光反射靶标及激光传感器(5)分别设置于地裂缝两侧。2.根据权利要求1所述一种地裂缝水平竖直位移监测器，其特征在于：所述激光反射靶标包括反光板(3)以及设置在反光板(3)上的多个间隔排列的反光插片。3.根据权利要求2所述一种地裂缝水平竖直位移监测器，其特征在于：相邻反光插片的间隔距离相等。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘妮娜，禤宇添，刘浩，胡力为，周昕健，朱勇锋，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61