一种基于MEMS技术的滑坡深部位移监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于MEMS技术的滑坡深部位移监测系统及方法，属于地质灾害监测技术领域，该系统包括测量模块和终端处理模块，其中，测量模块中每个测量节点使用机械结构相连接，并且所有测量节点的传感器使用工业通信总线实现电气上的连接。每一个测量节点都可绕相邻传感器进行两个正交方向旋转，每一个传感器都包含一个MEMS六轴倾角加速度感应芯片，使用时将整个传感器“链条”放入在滑坡体钻探出的测斜孔中，当测量节点转动时可将当前转动角度通过总线输出到处理终端，终端内使用解算算法来计算出滑坡体内部的位移情况，实现了智能化、精准化和实施性的高效结合。精准化和实施性的高效结合。精准化和实施性的高效结合。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MEMS技术的滑坡深部位移监测系统及方法


[0001]本专利技术属于地质灾害监测
，尤其涉及一种基于MEMS技术的滑坡深部位移监测系统及方法。

技术介绍

[0002]滑坡是地质灾害中最常见、最普遍、也是造成人员和财产损失最大的地质灾害之一，在对大型滑坡的成因研究和监测预报中，及时获取准确的地层深部位移数据是关键问题也是技术难点所在。
[0003]而现有技术中的滑坡位移监测装置自动化程度较低，监测装置的现场安装较为复杂，可测量深部表现较差，同时现有技术中的滑坡位移监测装置稳定性也比较低。目前针对滑坡深部位移测斜方法主要是通过在边坡上打钻孔布置监测仪器，以孔底或孔顶为参考零点位移，自下而上逐段测量相对于孔底的偏移量。但能够应用于边坡深部位移的监测的仪器仅有分布式光纤、滑动式测斜仪、固定式测斜仪等能够使用。分布式光纤造价高昂且维护工序复杂；滑动式测斜仪依赖人工操作且无法适应深部大变形监测，固定时测斜仪无法覆盖整个测斜孔且线缆布置。
[0004]MEMS是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业技术，其内部结构涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域，同时在基建工程、结构健康监测等领域也会有一定的应用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供了一种基于MEMS技术的滑坡深部位移监测系统及方法，克服了现有滑坡深部监测及解算技术的不足，适应现实科学研究和灾害预警的需要，解决了现有技术中滑坡位移监测系统造价高昂、现场安装复杂、系统自动化程度低、野外监测稳定性较低的技术问题。
[0006]为了达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]本方案提供一种基于MEMS技术的滑坡深部位移监测系统，包括：
[0008]测量模块，用于将测量节点通过钻孔置于滑坡深部的监测位置，并利用MEMS倾角传感器按周期测量当前测量节点的三轴倾斜角度，其中，若干个测量节点之间串联连接，测量节点之间利用正交机械方式连接成传感链条和通信总线，各测量节点内包含一个MEMS倾角传感器芯片；
[0009]终端处理模块，用于根据三轴倾斜角度，计算得到每一个测量节点在三维空间上相对正交坐标轴的偏移情况以及计算得到滑坡体每一个测量节点相对原点的运行情况，完成对滑坡深部位移的监测。
[0010]本专利技术的有益效果是：本专利技术与固定时测斜仪相比，采用多个测量节点串联，并使用工业组网技术，同时每个测量节点的长度可自由设定，从而在降低现场线束复杂程度的同时提升了监测精度；本专利技术与滑动式测斜仪相比，采用多个测量节点能够覆盖整个滑坡
测斜孔，实现自动化智能化监测，从而提高了监测效率和设备稳定性；本专利技术与分布式光纤相比，本专利技术采用一般性电子元气件完成专利技术，从而降低整体成本。
[0011]进一步地，所述测量模块包括：
[0012]MEMS倾角传感器，用于按周期测量当前测量节点的三轴倾斜角度；
[0013]第一微处理器，用于利用SPI协议获取三轴倾斜角度，并对三轴倾斜角度进行滤波处理和总线协议封装，且各测量节点内均嵌有所述第一微处理器；
[0014]通信单元，用于进行不同测量节点之间的通信，并将封装后的三轴倾斜角度利用通信总线上传至终端处理模块。
[0015]上述进一步方案的有益效果是：本专利技术通过测量模块获取三轴倾斜角度，并对其进行滤波处理和总线协议封装，与其他现有技术相比提高了整体的防破坏和抗干扰性，同时提高了数据传输过程中的保密性能。
[0016]再进一步地，所述终端处理模块包括：
[0017]数据接口，用于使三轴倾斜角度通过有线的形式传输至串口；
[0018]第二微处理器，用于基于三轴倾斜角度，计算得到每一个测量节点在三维空间上相对正交坐标轴的偏移情况以及计算得到滑坡体每一个测量节点相对原点的运行情况；
[0019]网络通信单元，用于与测量节点进行无线通信传输；
[0020]电源单元，用于为数据接口、第二微处理器以及网络通信单元供电，并将所供电源按需分配至测量节点中。
[0021]上述进一步方案的有益效果是：本专利技术通过统一供电可以降低安装和生产的成本，网络通信单元的无线通信传输可以保证数据的远程获得方便人员在恶劣环境下进行后期的数据传输，数据接口有利于串口之间进行无线传输的方便性。
[0022]本专利技术还提供了一种基于MEMS技术的滑坡深部位移监测方法，包括以下步骤：
[0023]S1、将处理终端所提供的电源按需分配至测量节点中；
[0024]S2、将测量节点通过钻孔置于滑坡深部的监测位置，并利用MEMS倾角传感器按周期测量当前测量节点的三轴倾斜角度；
[0025]S3、利用SPI协议获取三轴倾斜角度，并对三轴倾斜角度进行滤波处理和总线协议封装；
[0026]S4、通过测量节点组成的通信总线将封装后的三轴倾斜角度传输至处理终端；
[0027]S5、根据三轴倾斜角度，计算得到每一个测量节点在三维空间上相对正交坐标轴的偏移情况；
[0028]S6、选取插入滑坡体内的第一个测量节点为原点，计算得到滑坡体相对原点的运动情况；
[0029]S7、基于偏移情况和运行情况，得到滑坡深部的测斜结果，完成对滑坡深部位移的监测。
[0030]本专利技术的有益效果是：本专利技术与固定时测斜仪相比，采用多个测量节点串联，并使用工业组网技术，同时每个测量节点的长度可自由设定，从而在降低现场线束复杂程度的同时提升了监测精度；本专利技术与滑动式测斜仪相比，采用多个测量节点能够覆盖整个滑坡测斜孔，实现自动化智能化监测，从而提高了监测效率和设备稳定性；本专利技术与分布式光纤相比，本专利技术采用一般性电子元气件完成专利技术，从而降低整体成本。
[0031]进一步地，所述步骤S5具体为：根据三轴倾斜角度，利用以下公式计算得到每一个测量节点在三维空间上相对正交坐标轴的偏移情况：
[0032]ΔX
i
＝L
i
*cos(θ
zi
)*sin(θ
xi
)
[0033]ΔY
i
＝L
i
*cos(θ
zi
)*sin(θ
yi
)
[0034]ΔZ
i
＝L
i
*sin(θ
zi
)
[0035]其中，ΔX
i
、ΔY
i
和ΔZ
i
分别表示测量节点在水平方向、垂直方向、深度方向上相对正交坐标轴的偏移量，L
i
表示每个测量节点到第一个测量节点顶部的距离长度，θ
xi
、θ
yi
和θ
zi
表示测量节点的三轴倾斜角度，i＝1,2,3,
…
,n，i表示第i个测量节点，n表示测量节点的总数。
[0036]上述进一步方案的有益效果是：本专利技术通过上述算法计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MEMS技术的滑坡深部位移监测系统，其特征在于，包括：测量模块，用于将测量节点通过钻孔置于滑坡深部的监测位置，并利用MEMS倾角传感器按周期测量当前测量节点的三轴倾斜角度，其中，若干个测量节点之间串联连接，测量节点之间利用正交机械方式连接成传感链条和通信总线，各测量节点内包含一个MEMS倾角传感器芯片；终端处理模块，用于根据三轴倾斜角度，计算得到每一个测量节点在三维空间上相对正交坐标轴的偏移情况以及计算得到滑坡体每一个测量节点相对原点的运行情况，完成对滑坡深部位移的监测。2.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的滑坡深部位移监测系统，其特征在于，所述测量模块包括：MEMS倾角传感器，用于按周期测量当前测量节点的三轴倾斜角度；第一微处理器，用于利用SPI协议获取三轴倾斜角度，并对三轴倾斜角度进行滤波处理和总线协议封装，且各测量节点内均嵌有所述第一微处理器；通信单元，用于进行不同测量节点之间的通信，并将封装后的三轴倾斜角度利用通信总线上传至终端处理模块。3.根据权利要求2所述的基于MEMS技术的滑坡深部位移监测系统，其特征在于，所述终端处理模块包括：数据接口，用于使三轴倾斜角度通过有线的形式传输至串口；第二微处理器，用于基于三轴倾斜角度，计算得到每一个测量节点在三维空间上相对正交坐标轴的偏移情况以及计算得到滑坡体每一个测量节点相对原点的运行情况；网络通信单元，用于与测量节点进行无线通信传输；电源单元，用于为数据接口、第二微处理器以及网络通信单元供电，并将所供电源按需分配至测量节点中。4.一种如权利要求1到3任一所述的基于MEMS技术的滑坡深部位移监测系统的滑坡深部位移监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将处理终端所提供的电源按需分配至测量节点中；S2、将测量节点通过钻孔置于滑坡深部的监测位置，并利用MEMS倾角传感器按周期测量当前测量节点的三轴倾斜角度；S3、利用SPI协议获取三轴倾斜角度，并对三轴倾斜角度进行滤波处理和总线协议封装；S4、通过测量节点组成的通信总线将封装后的三轴倾斜角度传输至处理终端；S5、根据三轴倾斜角度，计算得到每一个测量节点在三维空间上相对正交坐标轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：王惠明，朱星，许强，袁建新，郭德存，王寿宇，李艳伟，何万通，王汉斌，李鹏飞，王道明，谢聪，刘志明，
申请(专利权)人：成都理工大学华能澜沧江水电股份有限公司中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：