一种崩塌组合式传感监测预警仪器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种崩塌组合式传感监测预警仪器，包括主控单元、电源模块、采集模块、通信模块、壳体，所述主控单元为MCU模块，所述电源模块由太阳能电池板、蓄电池和供电单元组成，所述采集模块包括次声传感器、加速度计、陀螺仪，所述通信模块为NB‑IOT通信模块，所述采集模块中的次声传感器、加速度计、陀螺仪与主控单元电性连接，所述通信模块与主控单元电性连接，所述采集模块、通信模块分别与电源模块的供电单元电连接，所述主控单元、采集模块、通信模块以及电源模块的蓄电池和供电模块均安装在壳体内，所述电源模块的太阳能板安装在壳体的一侧。本实用新型专利技术具有结构简单、组装方便、监测数据准备、数据传输及时、续航能力强的等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种崩塌组合式传感监测预警仪器
本技术涉及灾害监测预警设备领域，尤其涉及一种危岩体崩塌灾害的综合预警仪器。
技术介绍
我国幅员广阔，滑坡、崩塌、坍塌等类型地质灾害类型齐全，其中崩塌因为其形成条件多、诱发因素广，成灾迅速且破坏力强等特点，严重威胁着我国山区人民的日常生活、交通干线及市政建设等的安全。2007年318国道湖北巴东高阳寨段发生崩塌，砸中客车致全车36人全部遇难！我国针对崩塌的监测仪器主要有拉线式位移传感器、多元参数整合式监测仪等，但它们都存在着一些缺陷：拉线式位移计作为一种位移式传感器，更多的是判断岩体崩塌过程中整体的脱离情况，数据局限性较强，作为预警缺乏时效性；常见的组合式多元监测仪器主要采集包含倾斜变形角度、瞬态加速度及变形方向等崩塌体的特性，并未涉及崩塌形成过程中其内部的结构演变。
技术实现思路
为了克服上述
技术介绍
中提到的问题，提高对崩塌体监测数据采集的全面、可靠性，本专利技术在传统的组合式监测系统中加入次声传感器，结合加速度、陀螺仪传感器，通过对崩塌体的内部结构演变和外部运动监测，结合科学、创新的数据分析方法，设计出一种具有现场报警和短信预报功能的崩塌监测设备。本技术采用以下技术方案：一种崩塌组合式传感监测预警仪器，其特征在于：包括主控单元、电源模块、采集模块、通信模块、壳体，所述主控单元为MCU模块，所述电源模块由太阳能电池板、蓄电池和供电单元组成，所述采集模块包括次声传感器、加速度计、陀螺仪，所述通信模块为NB-IOT通信模块，所述壳体为顶部封闭的圆柱形结构，所述采集模块中的次声传感器、加速度计、陀螺仪与主控单元电性连接，所述通信模块与主控单元电性连接，所述采集模块、通信模块分别与电源模块的供电单元电连接，所述主控单元、采集模块、通信模块以及电源模块的蓄电池和供电模块均安装在壳体内，所述电源模块的太阳能板安装在壳体的一侧。进一步地，所述主控单元还连接有报警器。更进一步地，所述壳体的一侧设有若干通信端接口，所述通信端接口与壳体内部的通信模块连接，所述壳体的一侧还设有传感器接出孔，所述壳体底部设有安装底座，所述壳体顶部安装有天线，所述天线与通信模块电性连接。与现有技术相比，本技术的优点在于：本技术可以实时监测采集目标崩塌体的结构健康状况、倾斜变形角度、瞬间移动加速度等信息，主控单元与通信模块以及天线起到报警功能，能及时将监测到的信息发生至终端，能科学、有效、迅速地实时监测、预警待崩塌体；本技术采用一体化结构，安装简单，减轻工作人员压力，避免因安装难度带来的工期风险，安装的太阳能板可以持续为设备提供电能，可以保障设备的长期工作。附图说明图1是本技术崩塌监测预警设备的结构原理示意图；图2是本技术崩塌监测预警设备系统结构图；图3是本技术崩塌监测预警设备的组网通信系统结构图。图中：1-壳体；2-天线；3-安装底座；4-传感器接口；5-次声传感器；6-通信接口；7-太阳能板。具体实施方式以下将结合具体附图和实施例对本技术作进一步详细说明。实施例1，请参阅图1、2，本技术包括壳体1，所述壳体1的内部安装有主控单元、电源模块、采集模块、通信模块，所述主控单元采用MCU模块，所述电源模块由太阳能板7、蓄电池和供电单元组成，所述采集模块由次声传感器5、加速度计和陀螺仪组成，所述通信模块为NB-IOT通信模块，所述采集模块中的次声传感器5、加速度计、陀螺仪与主控单元电性连接，所述通信模块与主控单元电性连接，所述采集模块、通信模块分别与电源模块的供电单元电连接，所述主控单元、采集模块、通信模块以及电源模块的蓄电池和供电模块均安装在壳体内，所述电源模块的太阳能板安装在壳体1的一侧，所述壳体1为顶部封闭的圆柱形结构，所述壳体1的顶部设置天线2，所述天线2与NB-IOT通信模块连接，所述壳体1的侧面设置若干通信接口6，所述通信接口6由NB-IOT通信模块接出，所述壳体1的侧面底部设置传感器接口4，所述传感器接口4与主控单元电性连接，所述传感器接口4与次声传感器5通过线缆连接，所述次声传感器5设置在地底中，所述壳体1的底部固定设有安装底座3。本技术中，MCU模块收集和预处理来自加速度计、陀螺仪和次声传感器的数据，在通信模块的支持下，通过天线将数据远距离传输，同时，MCU模块控制着太阳能与蓄电池的充放电，保障能源的充足供给。作为控制核心，MCU模块为具有独立处理和控制能力的单片机，多种工作方式切换，最大限度降低工作能耗。数据采集单元的加速度计、陀螺仪集成于设备内部，设备与待监测崩塌体紧密贴合，保障数据采集的准确度。加速度计用于监测崩塌体的瞬态移动加速度，陀螺仪用于监测角速度数据，判断监测设备的运动轨迹及加速度，进而监测崩塌体。次声传感器掩埋于待监测崩塌体内的一定深度处，监测崩塌体演变过程中其内部结构变化，进而判断崩塌体的健康状况。监测数据通过MCU单元和通信模块实现数据的实时上传与查看，从而更加精确的判断崩塌的发生状况，及时预警，方便灾区群众避险。供电模块采用光伏电池与蓄电池的有效结合、自适应切换实现。当阳光充足且蓄电池电量满载时，直接切换光伏供电，当其电压下降至一定值时，切换蓄电池供电、光伏充电。监测预警仪器拥有一套完整、稳定的充放电管理策略，保障设备的长时间稳定工作。通信模块采用NB-IOT通信，NB-IOT通信模块用于各个崩塌监测设备之间的无线通讯，并实现向基站的长距离数据传输。NB-IOT是窄宽带物联网(NarrowBandInternetofThings)的简写，主要基于LTE技术(3GPPRelease13)。它覆盖广，相对于传统的GSM，一个NB-IOT基站可以覆盖大约10km的范围，比LTE和GPRS基站提升了约20dB的增益，可以覆盖地下十几米，解决通信的稳定性和高效性。一个基站可是实现大量的设备链接，解决多个设备的联合组网监测、多点监测。PSM模式实现模块的低功耗运行，延长设备的户外使用时长。请参阅图3，本技术通过云端服务器提供数据解算，并且将接收数据实时展示，当判断崩塌体可能成灾时，将险情信息及时通报，对于设备信息的通信与传输，本技术进一步提供的崩塌监测设备的通信网络系统，信息的传输通过以下阶段：第一阶段，检测仪采集崩塌体的信息通过NB-IOT通信模组传输至附近信号塔；第二阶段，信号塔将数据传输至物联网开放平台自建的数据管理系统中，即云端服务器平台；第三阶段，充分利用数据库中数据，与自建的预警模型相融合，以简单明了的方式将预警信息显示于用户界面，主要包括崩塌体结构变化参数曲线、偏移速率、倾斜角度、健康状态等信息。在平台中自由添加预警人员相关信息，包括名称、联系电话、地理位置等信息。第四阶段，在判断崩塌体处于临灾状态时，以短信通文的方式及时向相关人员发送警报信息，避免人员伤亡、减少财产损失。上述只是本技术的较佳实施例，并非对本技术作任何形式上的限制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种崩塌组合式传感监测预警仪器，其特征在于：包括主控单元、电源模块、采集模块、通信模块、壳体，所述主控单元为MCU模块，所述电源模块由太阳能电池板、蓄电池和供电单元组成，所述采集模块包括次声传感器、加速度计、陀螺仪，所述通信模块为NB-IOT通信模块，所述壳体为顶部封闭的圆柱形结构，所述采集模块中的次声传感器、加速度计、陀螺仪与主控单元电性连接，所述通信模块与主控单元电性连接，所述采集模块、通信模块分别与电源模块的供电单元电连接，所述主控单元、采集模块、通信模块以及电源模块的蓄电池和供电模块均安装在壳体内，所述电源模块的太阳能板安装在壳体的一侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种崩塌组合式传感监测预警仪器，其特征在于：包括主控单元、电源模块、采集模块、通信模块、壳体，所述主控单元为MCU模块，所述电源模块由太阳能电池板、蓄电池和供电单元组成，所述采集模块包括次声传感器、加速度计、陀螺仪，所述通信模块为NB-IOT通信模块，所述壳体为顶部封闭的圆柱形结构，所述采集模块中的次声传感器、加速度计、陀螺仪与主控单元电性连接，所述通信模块与主控单元电性连接，所述采集模块、通信模块分别与电源模块的供电单元电连接，所述主控单元、采集模块、通信模块以及电...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱星，胡桔维，霍冬冬，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：新型
国别省市：四川;51