一种沉降测量专用电缆制造技术

一种沉降测量专用电缆，沿电源线和屏蔽信号线的长度方向，间隔设置数个沉降测量处理单元，数个沉降测量处理单元分别与电源线和屏蔽信号线并联，数个薄壁金属保护管分别套装在每个设有沉降测量处理单元的电路板外，在相邻的两个薄壁金属保护管之间的屏蔽信号线和电源线中设有填充物整体结构组成电缆芯；在电缆芯外依次设有聚氯乙烯内护套层、钢丝铠装层和交联聚氯乙烯外护套层；本实用新型专利技术采用了集成电路与电缆的结合形式，将沉降测量传感以电缆的形式呈现，与管道敷设工程同时完成，不破坏被测管道，不影响被测管道使用，尤其适用于城市地下管道实时沉降监测或由于地下空穴引起的管道形变的实时在线监测。

【技术实现步骤摘要】
一种沉降测量专用电缆
本技术涉及一种沉降测量专用电缆，主要用于地下管道沉降及环境温度在线监测，也可用于在线监测构筑物周围沉降等。
技术介绍
近年来，我国城市建设迅猛发展，城市地下管道敷设里程逐年增加，地下空间规模被不断开发利用，随之也带来一系列问题，例如近年来各地频繁发生城市道路塌陷灾害事故，地下管道爆裂事故。特别是近两年，全国范围此类事故灾害开始进入集中爆发期，大范围、高频次、导致多人死伤的恶性事故接连发生，直接威胁到了城市和谐和可持续发展。地下空间安全也越来越得到更多的重视，对与地下隐蔽设施如地下管道等的变形，由于地下环境变化引起的构筑物沉降、倾倒等进行长期有效监测，做到及时预警，具有重大意义。尤其在建设智慧城市层面，实时有效的城市地下空间安全测量平台可以有效补充城市应急预警体系短板。现有的技术方案：长期以来，地下管道检测主要采用定期检测为主，检测方法有超声法，涡流检测法，射线检测法等，由于噪声的存在，导致管道上采集的电信号很难反映管道的实际运行状态。此外，上述这些方法多为离线检测，无法对管道进行分布式、实时、在线检测，检测结果无法反映管道实际运行状态，更无法对一些突发性的变形、破损事故进行预警。而近年来兴起的分布式光纤传感技术使用光纤作为传感器，根据布里渊散射和马赫泽德干涉方案原理，通过监测管道震动情况反映输水管道泄露或第三方破坏情况。涉及这种监测方法的专利申请有“一种管道泄漏定位系统”，专利号：ZL201611263562.0，阐述了利用输水管道中水锤效应在管壁产生均匀震动频率的原理，通过光纤环形耦合震动传感器测量输水管道震动频率是否异常来判断输水管道是否发生泄露或第三方破坏。其优点是光纤本身性质稳定，不易受电磁干扰、同时成本低、耐腐蚀、易存活。但其不足也较为明显，根据其原理：“利用水锤的产生的弹性波沿管道传输的特性来定位管道泄漏点”，对于气相输送管道，或无水锤效应的液相输送管道，则无法使用。通过测量震动反映管道泄漏，形变等状态本质上是定性分析，存在一定误差，不能定量的直观反映出整条管道实际运行环境情况，无法精确反应泄漏位置，导致其实施存在一定局限性。目前也有很多利用倾角传感器测量土壤位移，路基沉降等应用。例如中国专利CN201220527130.7，“一种实时测量地下变形的装置”，提出使用倾角传感器测量实时地下土层位移，垂直埋入地下，检测单元通过万向节连接，使用同轴电缆传输数据。具有检测数据连续性高，低功耗等优点。但也存在不足，首先万向节连接形式并不是真正意义上的柔性连接，实际土壤形变作用在检测单元上的力需要大于万向节间的静摩擦力，检测单元才能动作，产生角度变化，由此可知，检测精度不会太高。其次，现场施工难度高，所有检测单元需要在现场连接，万向节在组装时有可能卡入土壤微粒，一旦万向节卡住，则产品失去检测功能。第三，垂直深埋土层检测往往深度有限，数据传输总线距离过长，信号衰减明显，无法满足长距离管线形变检测的要求。类似的中国专利还有CN201320052196.X“深部位移和地下水位监测装置”。总结以上相关技术可知：使用震动光纤技术测量管道泄漏形变，无法定量反映管道运行环境变化情况。使用倾角传感器测量土壤沉降，存在检测距离有限，检测精度低，实施难度大等问题。
技术实现思路
鉴于现有技术状况及存在的不足，本技术提出了一种高精度在线沉降测量专用电缆及沉降检测方法，将倾角传感器及集成电路设置于电缆中，利用CAN总线长距离通讯的特点，使用CAN总线传输数据，将电缆敷设于地下，用于土壤沉降实时监测。本技术特点是将集成电路技术与电缆生产技术，敷设技术进行有机结合，遵循边缘计算+云计算的系统结构，形成一种新形式的、实时的、精确的土壤沉降监测设备。以更长的检测距离，更直观的检测方式，更真实的测量数据，更简便的实施方法以及更低廉的成本，满足地下环境，尤其是长距离管线周围土壤沉降在线监测的目的。产品通过长期、稳定检测被测对象周围地下土壤环境的沉降情况，可以积累大量实时检测数据，通过大数据分析能够反映出被测对象周围土壤真实的沉降情况，在土壤环境发生突发性垮塌时，能够快速预警。本技术为实现上述目的，采用的技术方案是：一种沉降测量专用电缆，包括屏蔽信号线、电源线、沉降测量处理单元、薄壁金属保护管、填充物、聚录乙烯内护套层、钢丝铠装层、交联聚氯乙烯外护套层；所述屏蔽信号线由信号高位线芯和信号低位线芯外包覆一层金属网状编织屏蔽层构成，每根线芯由导体外包覆一层绝缘层组成；所述电源线由电源正级线芯、电源负极线芯、电源接地线芯构成；沿电源线和屏蔽信号线的长度方向，间隔设置数个沉降测量处理单元，数个沉降测量处理单元分别与电源线和屏蔽信号线并联，数个所述薄壁金属保护管分别套装在每个设有沉降测量处理单元的电路板外，在相邻的两个薄壁金属保护管之间的屏蔽信号线和电源线中设有填充物整体结构组成电缆芯；在电缆芯外依次设有聚氯乙烯内护套层、钢丝铠装层和交联聚氯乙烯外护套层；所述沉降测量处理单元由电源转换电路、数据处理电路、通讯处理电路、沉降基础测量电路及测量扩展电路组成；所述数据处理电路分别和电源转换电路、通讯处理电路、沉降测量电路、测量扩展电路连接；所述电源转换电路包括直流/直流5伏稳压模块U1、直流5伏/直流3.3伏稳压模块U2；所述数据处理电路包括微处理器模块U3；所述通讯处理电路包括CAN总线通讯模块U9；所述沉降基础测量电路包括测量基准稳压模块U4、运动测量模块ⅠU5、运动测量模块ⅡU6；所述测量扩展电路包括运动测量模块ⅢU7、运动测量模块ⅣU8；所述直流/直流5伏稳压模块U1、直流5伏/直流3.3伏稳压模块U2、微处理器模块U3、测量基准稳压模块U4、运动测量模块ⅠU5、运动测量模块ⅡU6和CAN总线通讯模块U9焊接在电路板A上，运动测量模块ⅠU5和运动测量模块ⅡU6互呈45度角设置，所述运动测量模块ⅢU7和运动测量模块ⅣU8焊接在电路板B上，运动测量模块ⅢU7和运动测量模块ⅣU8互呈45度角设置，电路板A与电路板B垂直设置；电源转换电路的直流/直流5伏稳压模块U1的电源输入脚VIN接电源线电源正级线芯，直流/直流5伏稳压模块U1的电源地线脚DGND接电源线的电源负极线芯，薄壁金属保护管及金属网状编织屏蔽层接电源线的电源接地线芯；所述通讯处理电路CAN总线通讯模块U9的高位线脚CANH通过CAN总线接屏蔽信号线的高位线，低位线脚CANL通过CAN总线接屏蔽信号线的低位线，CAN是ISO国际标准化的串行通信协议；所述电源转换电路的主要功能是通过直流/直流5伏稳压模块U1及直流5伏/直流3.3伏稳压模块U2，将供电电压转换为工作基准电压5V及3.3V，为微处理器模块U3、测量基准稳压模块U4、运动测量模块ⅠU5、运动测量模块ⅡU6、运动测量模块ⅢU7、运动测量模块ⅣU8和CAN总线通讯模块U9提供基准工作电压；由测量基准稳压模块U4提供本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沉降测量专用电缆，其特征在于：包括屏蔽信号线（1）、电源线（2）、沉降测量处理单元（3）、薄壁金属保护管（4）、填充物（5）、聚氯乙烯内护套层（6）、钢丝铠装层（7）、交联聚氯乙烯外护套层（8）；/n所述屏蔽信号线（1）由信号高位线芯（1-1）和信号低位线芯（1-2）外包覆一层金属网状编织屏蔽层（1-3）构成，每根线芯由导体外包覆一层绝缘层组成；/n所述电源线（2）由电源正级线芯（2-1）、电源负极线芯（2-2）、电源接地线芯（2-3）构成；/n沿电源线（2）和屏蔽信号线（1）的长度方向，间隔设置数个沉降测量处理单元（3），数个沉降测量处理单元（3）分别与电源线（2）和屏蔽信号线（1）并联，数个所述薄壁金属保护管（4）分别套装在每个设有沉降测量处理单元（3）的电路板外，在相邻的两个薄壁金属保护管（4）之间的屏蔽信号线（1）和电源线（2）中设有填充物（5）整体结构组成电缆芯；/n在电缆芯外依次设有聚氯乙烯内护套层（6）、钢丝铠装层（7）和交联聚氯乙烯外护套层（8）；/n所述沉降测量处理单元（3）由电源转换电路、数据处理电路、通讯处理电路、沉降基础测量电路及测量扩展电路组成；/n所述数据处理电路分别和电源转换电路、通讯处理电路、沉降测量电路、测量扩展电路连接；/n所述电源转换电路包括直流/直流5伏稳压模块U1、直流5伏/直流3.3伏稳压模块U2；/n所述数据处理电路包括微处理器模块U3；/n所述通讯处理电路包括CAN总线通讯模块U9；/n所述沉降基础测量电路包括测量基准稳压模块U4、运动测量模块ⅠU5、运动测量模块ⅡU6；/n所述测量扩展电路包括运动测量模块ⅢU7、运动测量模块ⅣU8；/n所述直流/直流5伏稳压模块U1、直流5伏/直流3.3伏稳压模块U2、微处理器模块U3、测量基准稳压模块U4、运动测量模块ⅠU5、运动测量模块ⅡU6和CAN总线通讯模块U9焊接在电路板A上，运动测量模块ⅠU5和运动测量模块ⅡU6互呈45度角设置，/n所述运动测量模块ⅢU7和运动测量模块ⅣU8焊接在电路板B上，运动测量模块ⅢU7和运动测量模块ⅣU8互呈45度角设置，/n电路板A与电路板B垂直设置；/n电源转换电路的直流/直流5伏稳压模块U1的电源输入脚VIN接电源线（2）电源正级线芯（2-1），/n直流/直流5伏稳压模块U1的电源地线脚DGND接电源线（2）的电源负极线芯（2-2），/n薄壁金属保护管（4）及金属网状编织屏蔽层（1-3）接电源线（2）的电源接地线芯（2-3）；/n所述通讯处理电路CAN总线通讯模块U9的高位线脚CANH通过CAN总线接屏蔽信号线（1）的高位线，低位线脚CANL通过CAN总线接屏蔽信号线（1）的低位线，CAN是ISO国际标准化的串行通信协议；/n所述电源转换电路的主要功能是通过直流/直流5伏稳压模块U1及直流5伏/直流3.3伏稳压模块U2，将供电电压转换为工作基准电压5V及3.3V，为微处理器模块U3、测量基准稳压模块U4、运动测量模块ⅠU5、运动测量模块ⅡU6、运动测量模块ⅢU7、运动测量模块ⅣU8和CAN总线通讯模块U9提供基准工作电压；/n由测量基准稳压模块U4提供测量基准直流3.3伏工作电压，沉降测量处理单元（3）上电后，运动测量模块ⅠU5、运动测量模块ⅡU6、运动测量模块ⅢU7、运动测量模块ⅣU8，4片运动测量模块同时工作，各自采集当前重力加速度分量，角速度及温度，四片互相呈固定角度的运动测量模块，采集的数据通过均值算法，得到一组真实反映沉降变化量的数据；/n所述数据处理电路中微处理器模块U3，通过I2C总线接收沉降基础测量电路及测量扩展电路的运动测量模块ⅠU5、运动测量模块ⅡU6、运动测量模块ⅢU7和运动测量模块ⅣU8测得的三轴角速度、加速度分量及温度数值，进行噪声抑制及温度补偿计算，并通过串口发送到通讯处理电路；/n通讯处理电路接收到数据后，通过CAN总线通讯模块U9转换为CAN通讯协议，通过屏蔽信号线（1）发送至智能沉降测量网关中，CAN总线通讯模块U9带有通讯隔离功能，抗干扰能力强，保证数据上传正确稳定。/n...

【技术特征摘要】
1.一种沉降测量专用电缆，其特征在于：包括屏蔽信号线（1）、电源线（2）、沉降测量处理单元（3）、薄壁金属保护管（4）、填充物（5）、聚氯乙烯内护套层（6）、钢丝铠装层（7）、交联聚氯乙烯外护套层（8）；
所述屏蔽信号线（1）由信号高位线芯（1-1）和信号低位线芯（1-2）外包覆一层金属网状编织屏蔽层（1-3）构成，每根线芯由导体外包覆一层绝缘层组成；
所述电源线（2）由电源正级线芯（2-1）、电源负极线芯（2-2）、电源接地线芯（2-3）构成；
沿电源线（2）和屏蔽信号线（1）的长度方向，间隔设置数个沉降测量处理单元（3），数个沉降测量处理单元（3）分别与电源线（2）和屏蔽信号线（1）并联，数个所述薄壁金属保护管（4）分别套装在每个设有沉降测量处理单元（3）的电路板外，在相邻的两个薄壁金属保护管（4）之间的屏蔽信号线（1）和电源线（2）中设有填充物（5）整体结构组成电缆芯；
在电缆芯外依次设有聚氯乙烯内护套层（6）、钢丝铠装层（7）和交联聚氯乙烯外护套层（8）；
所述沉降测量处理单元（3）由电源转换电路、数据处理电路、通讯处理电路、沉降基础测量电路及测量扩展电路组成；
所述数据处理电路分别和电源转换电路、通讯处理电路、沉降测量电路、测量扩展电路连接；
所述电源转换电路包括直流/直流5伏稳压模块U1、直流5伏/直流3.3伏稳压模块U2；
所述数据处理电路包括微处理器模块U3；
所述通讯处理电路包括CAN总线通讯模块U9；
所述沉降基础测量电路包括测量基准稳压模块U4、运动测量模块ⅠU5、运动测量模块ⅡU6；
所述测量扩展电路包括运动测量模块ⅢU7、运动测量模块ⅣU8；
所述直流/直流5伏稳压模块U1、直流5伏/直流3.3伏稳压模块U2、微处理器模块U3、测量基准稳压模块U4、运动测量模块ⅠU5、运动测量模块ⅡU6和CAN总线通讯模块U9焊接在电路板A上，运动测量模块ⅠU5和运动测量模块ⅡU6互呈45度角设置，
所述运动测量模块ⅢU7和运...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟宇，孙朝，张大卫，杨振海，
申请(专利权)人：天津市中环系统工程有限责任公司，
类型：新型
国别省市：天津;12