基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置和监测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置和监测方法，其中，装置包括竖直埋设于地下的探测设备、远程传输单元和上位机，所述探测设备包括数段PVC管，所述PVC管内壁竖直镶嵌一条形的刚体，且刚体两端与PVC管两端平齐；所述PVC管内壁底部分别设有一测斜节点，位于最下端的PVC管底部通过底板密封，且PVC管内填充满中砂；测斜节点与远程传输单元磁感应通信。本发明专利技术还采用传递节点传递唤醒信号，不仅能够有效避免传统监测装置所遇到的卡孔、读数误差大、牵引线易断等问题，还能克服无线射频传输方式的路径损耗高、信道不稳定、天线尺寸大、功耗大、地下传输距离近等缺点。

Monitoring device and method of landslide deep displacement based on low frequency magnetic induction communication

【技术实现步骤摘要】
基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置和监测方法
本专利技术涉及一种位移监测装置和方法，尤其涉及一种基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置和监测方法。
技术介绍
滑坡是指斜坡上的土体或岩体，受河流冲刷、地下水活动、雨水浸泡、地震及人工切坡等因素影响，在重力作用下，沿着一定的软弱面或者软弱带，整体地或者分散地顺坡向下滑动的自然现象。据全国地质灾害通报书2016显示，2016年全国共发生滑坡7403起，占地质灾害总数的76.2％，给人民群众的生命财产安全造成了巨大的威胁。所以对滑坡的监测变得非常重要。根据文献调研，目前在滑坡深部位移监测中，传统的测量方法常采用固定式测斜仪或滑动式测斜仪来监测边坡深部变形,近年也有利用电磁互感原理测量位移的方法(如中国专利ZL201310140231.8，一种地下变形量的三维测量方法及测量系统)。固定式倾斜仪将多个传感器连接在一起，各个传感器测量角度值，然后根据换算得到位移值。固定测斜仪主要采用有线传输方式，或者地下采用有线、地上采用无线的通信方式，如中国专利ZL201210588526.7，一种固定式测斜仪系统，随着滑坡体位移的不断变大，容易导致信号线拉扯断裂，进而造成数据无法传输。近年来，本专利技术人也尝试采用ISM免费频段(如433MHz)进行地下无线传输，实验结果表明，433MHz通讯装置在土壤中只能传输1.2米，但滑坡深部位移监测通常为10米及以上，所以远不能满足滑坡深部位移监测的需要。美国佐治亚理工学院IanF.Akyildiz教授领导的研究团队也证实了在地下复杂环境中，如在土壤、砂石、水分的复合介质中传输时，ISM免费频段(如433MHz)具有路径损耗高、信道不稳定、天线尺寸大等问题，因此，这种方式并不适用于滑坡体内部监测。滑动式倾斜仪则是将测斜仪放在测斜管内部，手拉滑动式测斜仪在测斜管导轨上下定长定点测量钻孔内部的倾斜位移。滑动式钻孔倾斜仪虽然可以监测全孔的水平位移，但是随着滑坡不断的演化变形，钻孔内的测斜管或被错断或被挤压变形，会导致测斜仪不能深入孔中进行测量，无法继续对滑坡体进行监测。进一步，这种方式一般需要人工在现场测量，人工确定深度存在读数误差，而且在灾害现场测量，对人员安全存在潜在风险。因此，现有的滑坡深部位移监测仪器以及利用电磁波在地下进行无线数据传输的方式，都存在诸多问题，不能较好地满足深部位移的长期监测要求，一种能够满足滑坡深部位移长期监测的装置便显得极为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于提供一种解决上述问题，能够实现滑坡体深部位移的长期监测、易安装、无需人工介入、传输信号稳定，路径损耗小的基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置和监测方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是这样的：一种基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置，包括竖直埋设于地下的探测设备、远程传输单元和上位机，所述探测设备包括数段从上到下同轴设置且可拆卸连接的PVC管，所述PVC管内壁竖直镶嵌一条形的刚体，且刚体两端与PVC管两端平齐；所述PVC管内壁底部分别设有一测斜节点，位于最下端的PVC管底部通过底板密封，且PVC管内填充满中砂；所述测斜节点包括第一MCU、分别与第一MCU连接的角度传感器、第一磁感应接收模块和第一磁感应发射模块；所述第一磁感应接收模块用于接收磁感应信号，并将其解调为电信号；所述第一MCU用于获取角度传感器的角度数据、和/或第一磁感应接收模块解调后的电信号，并将角度数据和/或电信号调制成低频电信号；所述第一磁感应发射模块用于将低频电信号转化为磁感应信号进行发送；所述远程传输单元包括第二MCU、分别与第二MCU连接的远程传输模块、第二磁感应接收模块和第二磁感应发射模块；所述第二磁感应接收模块用于接收磁感应信号，并将其解调为电信号；所述第二MCU用于生成唤醒信号、并将唤醒信号调制成低频电信号，还用于接收第二磁感应接收模块解调的电信号，并将电信号经远程传输模块传输给上位机；所述第二磁感应发射模块用于将低频电信号转化为磁感应信号进行发送。作为优选：所有PVC管的刚体位于同一直线上。作为优选：所述第一MCU、第二MCU选用STM32系列微控制器，所述角度传感器采用SCA100T芯片。作为优选：所述第一磁感应接收模块、第二磁感应接收模块结构相同，包括AS3933芯片和磁感应信号3D接收天线；所述第一磁感应发射模块、第二磁感应发射模块结构相同，包括驱动电路和磁感应信号发射天线，所述驱动电路由MOS管驱动器TC4426和MOS管IRF7389构成，用于提供磁感应信号发射天线的工作电流。一种基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置的监测方法，包括以下步骤：(1)在深部位移监测现场打钻孔，钻孔的孔径大于PVC管的直径；(2)建立一基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置，其中，在每个PVC管内安装测斜节点，将所有PVC管可拆卸连接成一整体，并通过底板密封位于最下端的PVC管底部，形成探测设备，安装远程传输单元、上位机；(3)将探测设备竖直沉入钻孔内，顶部与地表平齐，并在PVC管内、探测设备与钻孔的间隙间均填满中砂，此时，设测斜节点从下到上依次为第1个-第N个，其所在的PVC管长度依次为L1-LN；(4)远程传输单元的第二MCU生成唤醒信号，唤醒第一MCU，第一MCU获取对应角度传感器的初始角度数据Δ1'-ΔN'，发送给第二MCU；(5)设置间隔时间，远程传输单元的第二MCU再次生成唤醒信号，唤醒第一MCU，第一MCU获取对应角度传感器的二次角度数据Δ1”-ΔN”，发送给第二MCU；(6)第二MCU根据下式得到整个滑坡体深部的位移变化L；Δi＝Δi”-Δi'式中，i为第i个测斜节点，且i＝1-N；(7)第二MCU将L值经远程传输单元发送至上位机。作为优选：步骤(4)中具体为：(41)唤醒信号经第二磁感应发射模块转化成磁感应信号发射；(42)唤醒所有测斜节点：PVC管长度依次为L1-LN，则第N测斜节点聚地表的距离为第二磁感应发射模块距地表的距离为L发，预设远程传输单元的唤醒距离为P米；若(SN+L发)/P≤1：每个测斜节点的第一磁感应接收模块接收到磁感应信号，将其解调为唤醒信号送入第一MCU中，第一MCU被唤醒；若1<(SN+L发)/P≤T，T为整数：(a1)确定传递节点：将探测设备分为T个传递段，前T-1个传递段长度为P，每传递段内包含多个测斜节点，设每个传递段最下方的测斜节点为传递节点，则前T-1个传递段的传递节点分别为第1个到第T-1个传递节点；(a2)唤醒第一传递段内所有测斜节点：第一传递段内所有测斜节点的第一磁感应接收模块接收到磁感应信号，将其解调为唤醒信号送入第一MCU中，第一MCU被唤醒；(a3)唤醒其余段内所有测斜节点：第一个传递节点将唤醒信号经第一磁感应发射模块转化成磁感应信号发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置，包括竖直埋设于地下的探测设备、远程传输单元和上位机，其特征在于：所述探测设备包括数段从上到下同轴设置且可拆卸连接的PVC管，所述PVC管内壁竖直镶嵌一条形的刚体，且刚体两端与PVC管两端平齐；/n所述PVC管内壁底部分别设有一测斜节点，位于最下端的PVC管底部通过底板密封，且PVC管内填充满中砂；/n所述测斜节点包括第一MCU、分别与第一MCU连接的角度传感器、第一磁感应接收模块和第一磁感应发射模块；/n所述第一磁感应接收模块用于接收磁感应信号，并将其解调为电信号；/n所述第一MCU用于获取角度传感器的角度数据、和/或第一磁感应接收模块解调后的电信号，并将角度数据和/或电信号调制成低频电信号；/n所述第一磁感应发射模块用于将低频电信号转化为磁感应信号进行发送；/n所述远程传输单元包括第二MCU、分别与第二MCU连接的远程传输模块、第二磁感应接收模块和第二磁感应发射模块；/n所述第二磁感应接收模块用于接收磁感应信号，并将其解调为电信号；/n所述第二MCU用于生成唤醒信号、并将唤醒信号调制成低频电信号，还用于接收第二磁感应接收模块解调的电信号，并将电信号经远程传输模块传输给上位机；/n所述第二磁感应发射模块用于将低频电信号转化为磁感应信号进行发送。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置，包括竖直埋设于地下的探测设备、远程传输单元和上位机，其特征在于：所述探测设备包括数段从上到下同轴设置且可拆卸连接的PVC管，所述PVC管内壁竖直镶嵌一条形的刚体，且刚体两端与PVC管两端平齐；
所述PVC管内壁底部分别设有一测斜节点，位于最下端的PVC管底部通过底板密封，且PVC管内填充满中砂；
所述测斜节点包括第一MCU、分别与第一MCU连接的角度传感器、第一磁感应接收模块和第一磁感应发射模块；
所述第一磁感应接收模块用于接收磁感应信号，并将其解调为电信号；
所述第一MCU用于获取角度传感器的角度数据、和/或第一磁感应接收模块解调后的电信号，并将角度数据和/或电信号调制成低频电信号；
所述第一磁感应发射模块用于将低频电信号转化为磁感应信号进行发送；
所述远程传输单元包括第二MCU、分别与第二MCU连接的远程传输模块、第二磁感应接收模块和第二磁感应发射模块；
所述第二磁感应接收模块用于接收磁感应信号，并将其解调为电信号；
所述第二MCU用于生成唤醒信号、并将唤醒信号调制成低频电信号，还用于接收第二磁感应接收模块解调的电信号，并将电信号经远程传输模块传输给上位机；
所述第二磁感应发射模块用于将低频电信号转化为磁感应信号进行发送。


2.根据权利要求1所述的基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置，其特征在于：所有PVC管的刚体位于同一直线上。


3.根据权利要求1所述的基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置，其特征在于：所述第一MCU、第二MCU选用STM32系列微控制器，所述角度传感器采用SCA100T芯片。


4.根据权利要求1所述的基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置，其特征在于：所述第一磁感应接收模块、第二磁感应接收模块结构相同，包括AS3933芯片和磁感应信号3D接收天线；所述第一磁感应发射模块、第二磁感应发射模块结构相同，包括驱动电路和磁感应信号发射天线，所述驱动电路由MOS管驱动器TC4426和MOS管IRF7389构成，用于提供磁感应信号发射天线的工作电流。


5.根据权利要求1所述的基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)在深部位移监测现场打钻孔，钻孔的孔径大于PVC管的直径；
(2)建立一基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置，其中，在每个PVC管内安装测斜节点，将所有PVC管可拆卸连接成一整体，并通过底板密封位于最下端的PVC管底部，形成探测设备，安装远程传输单元、上位机；
(3)将探测设备竖直沉入钻孔内，顶部与地表平齐，并在PVC管内、探测设备与钻孔的间隙间均填满中砂，此时，设测斜节点从下到上依次为第1个-第N个，其所在的PV...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪辉，钟盼，魏超宇，卓天祥，邹定康，刘一，吴艺豪，庹先国，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：四川;51