基于rs485總線技術(shù)的多節(jié)點超長深部位移監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于RS485總線技術(shù)的多節(jié)點超長深部位移監(jiān)測系統(tǒng)，包括：N個多節(jié)點加速度傳感器單元，其中N>1；N個485數(shù)字中繼控制單元；無線數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置；通過485總線對上述加速度傳感器單元和485數(shù)字中繼控制單元進行連接，對深部鉆孔各個點位層位進行三維靜態(tài)位移測量，所述N個485數(shù)字中繼器配合控制N個多節(jié)點加速度傳感器單元，確保供電線路的電流能夠通過各個單元的逐次開關(guān)，將電流依次傳輸?shù)礁鱾€加速度傳感器直至整串傳感器的末端,使得485總線能夠依次使用。根據(jù)本實用新型的深部位移多節(jié)點監(jiān)測系統(tǒng)和監(jiān)測方法，能夠長期捕捉深部位移變形測量，且安裝簡便造價低廉，適合我國國情廣泛使用，對于地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測和預(yù)警具有重大意義。
【專利說明】
基于RS485總線技術(shù)的多節(jié)點超長深部位移監(jiān)測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及滑坡鉆孔三維變形監(jiān)測領(lǐng)域，屬于巖土工程深部位移監(jiān)測設(shè)備，具體涉及一種基于RS485總線技術(shù)的多節(jié)點超長深部位移監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在滑坡深部位移監(jiān)測中，傳統(tǒng)的測量方法常采用滑動式測斜儀或者固定式測斜儀來監(jiān)測邊坡深部變形，滑動式測斜儀則是在鉆孔內(nèi)沉放測斜管，利用手拉滑動式測斜儀在測斜管導(dǎo)軌上下定長定點測量鉆孔內(nèi)部傾斜位移，從而掌握鉆孔內(nèi)部的形變情況。然而，無論是滑動測斜儀還是固定測斜儀都有自身的缺陷:固定測斜儀精度高，能夠隨著邊坡變形進行長期監(jiān)測，但是固定測斜儀在同一深部位移鉆孔可安裝測量點數(shù)有限；滑動測斜儀本身測量精度很高，但是隨著滑坡不斷的演化變形，鉆孔內(nèi)的測斜管或被錯斷或被擠壓變形，此時滑動式測斜儀不能沉入鉆孔中進行測量。兩種設(shè)備雖然都能夠進行精確測量，但是對于整個鉆孔測量點位數(shù)量和深部位移長期監(jiān)測上都不能滿足實際使用需求。
[0003]然而，同類型用于深部位移測量的國外產(chǎn)品無論在測量方式或者是在使用效果上都非常的好，也能夠滿足三維大位移的測量需求。但是國外產(chǎn)品安裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要相應(yīng)的安裝空間，以及設(shè)備造價安裝成本上不符合我國的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測國情，因此一種能夠進行深部位移多節(jié)點測量，并且能夠長期捕捉深部位移變形測量，且安裝簡便造價低廉的監(jiān)測設(shè)備就顯得尤為重要。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]深部位移監(jiān)測是獲取地質(zhì)體變形特征及演化過程最直接、最有效的手段之一。針對目前深部位移監(jiān)測的不足，本實用新型的目的在于提供一種通過485總線連接，多節(jié)點重力加速度傳感器并聯(lián)在485總線上，對深部鉆孔各個點位層位進行三維靜態(tài)位移測量的監(jiān)測系統(tǒng)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型一種基于RS485總線技術(shù)的多節(jié)點超長深部位移監(jiān)測系統(tǒng)，包括:
[0006]N個多節(jié)點加速度傳感器單元，其中N>1;
[0007]N個485數(shù)字中繼控制單元；
[0008]無線數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置；
[0009]通過485總線對上述加速度傳感器單元和485數(shù)字中繼控制單元進行連接，對深部鉆孔各個點位層位進行三維靜態(tài)位移測量，所述N個485數(shù)字中繼器配合控制N個多節(jié)點加速度傳感器單元，確保供電線路的電流能夠通過各個單元的逐次開關(guān)，將電流依次傳輸?shù)礁鱾€加速度傳感器直至整串傳感器的末端，使得485總線能夠依次使用。
[0010]進一步，所述系統(tǒng)還包括:
[0011 ]電路板固定支架，用于固定多節(jié)點加速度傳感器單元和中繼控制單元；
[0012]傳感器測量剛性單元管，用于保護放置在其中的電路板單元，同時作為鉆孔測量單元的剛性段；
[0013]柔性連接件，兩端具有鋼結(jié)構(gòu)連接件，相鄰的傳感器測量剛性單元管之間通過柔性連接件連接，在地質(zhì)變形過程中吸收能量，保護傳感器測量剛性單元管不發(fā)生變形。
[0014]進一步，還包括:
[0015]外部保護單元，套附于傳感器測量剛性單元管以及柔性連接件外壁的保護層。
[0016]進一步，所述外部保護單元共有四層，一層熱塑管，用來防止深部位移監(jiān)測中水壓滲透入管的防水層，熱塑管外套設(shè)一層鋼編網(wǎng)，用來屏蔽外界復(fù)雜環(huán)境電干擾，再在鋼編網(wǎng)外套設(shè)一層熱塑管，用來收緊鋼編網(wǎng)且進行二次防水滲透處理，再在整個外壁套設(shè)一層鋼編網(wǎng)，該層鋼編網(wǎng)是二次進行屏蔽外界復(fù)雜環(huán)境電干擾且對熱塑管進行保護。
[00?7] 進一步，所述中繼控制單元為485數(shù)字中繼器，所述每個多節(jié)點加速度傳感器單元由8只數(shù)字量加速度傳感器組成，每8只485數(shù)字量加速度傳感器組成的多節(jié)點加速度傳感器單元由對應(yīng)的I只485數(shù)字中繼器進行控制。
[0018]進一步，所述每個加速度傳感器具有水平圓板傳感器單元和垂直板傳感器中控單元，所述水平圓板傳感器單元為傳感器芯片板，為主要測量芯片單元;所述垂直板傳感器中控單元為傳感器單片機中控中心，主要進行控制采集、多采樣數(shù)據(jù)均差運算、和存儲傳輸功會K。
[0019]進一步，所述水平圓板傳感器單元上焊接有mems加速度傳感器芯片，且該芯片放置水平即與鉆孔方向垂直，利用加速度傳感器的XY軸測量巖土體的前后左右變形，再利用加速傳感器的Z軸測量巖土體的沉降變形，垂直板傳感器中控單元焊接有傳感器單片機主芯片、通訊芯片及電路器件，水平圓板傳感器單元與垂直板傳感器中控單元的鏈接采用4焊點焊接連接。
[0020]進一步，垂直板傳感器中控單元焊接有傳感器單片機主芯片、通訊芯片及電路器件，電路板與水平圓板垂直且與鉆孔平行，該板子上有四個連線孔分別為電源正負連接孔和485AB通訊連線孔。
[0021]根據(jù)本實用新型的深部位移多節(jié)點測量裝置，能夠長期捕捉深部位移變形測量，且安裝簡便造價低廉，適合我國國情廣泛使用，對于地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測和預(yù)警具有重大意義。
【附圖說明】

[0022]圖1是根據(jù)本實用新型的設(shè)備結(jié)構(gòu)原理圖；
[0023]圖2是根據(jù)本實用新型的電路結(jié)構(gòu)管理示意圖；
[0024]圖3是圖1中A部放大圖；
[0025]附圖標記:多節(jié)點加速度傳感器單元1、485數(shù)字中繼器2、電路板固定支架3、傳感器測量剛性單元管4、柔性連接件5、熱塑管及鋼編網(wǎng)6、數(shù)據(jù)采集模塊以及數(shù)據(jù)發(fā)射模塊7、數(shù)據(jù)線8。
【具體實施方式】
[0026]下面，參考附圖，對本實用新型進行更全面的說明，附圖中示出了本實用新型的示例性實施例。然而，本實用新型可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實施例。而是，提供這些實施例，從而使本實用新型全面和完整，并將本實用新型的范圍完全地傳達給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。
[0027]為了易于說明，在這里可以使用諸如“上”、“下”“左” “右”等空間相對術(shù)語，用于說明圖中示出的一個元件或特征相對于另一個元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術(shù)語意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上” O因此，示例性術(shù)語“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或位于其他方位)，這里所用的空間相對說明可相應(yīng)地解釋。
[0028]根據(jù)附圖1、圖2、圖3所示，本實用新型的多節(jié)點深部位移監(jiān)測系統(tǒng)包含，多節(jié)點加速度傳感器單元1、485數(shù)字中繼器2、電路板固定支架3、傳感器測量剛性單元管4、柔性連接件5、熱塑管及鋼編網(wǎng)6、數(shù)據(jù)采集模塊以及數(shù)據(jù)發(fā)射模塊7。
[0029]多節(jié)點加速度傳感器單元I為8只485數(shù)字量加速度傳感器，加速度傳感器分為水平圓板傳感器單元和垂直板傳感器中控單元。水平圓板傳感器單元為傳感器芯片板，為主要測量芯片單元;垂直板傳感器中控單元為傳感器單片機中控中心，主要對傳感器進行控制采集、多采樣數(shù)據(jù)均差運算、存儲傳輸?shù)裙δ?。水平圓板傳感器單元上焊接有mems加速度傳感器芯片，且該芯片放置水平即與鉆孔方向垂直，利用加速度傳感器的XY軸測量巖土體的前后左右變形，再利用加速傳感器的Z軸測量巖土體的沉降變形，水平圓板直徑為17.5mm，上面除了有mems芯片主體外，還有直徑為Imm的走線孔8個;垂直板傳感器中控單元焊接有傳感器單片機主芯片、通訊芯片及電路器件，電路板與水平圓板垂直且與鉆孔平行，該板子上有四個連線孔分別為電源正負連接孔，485AB通訊連線孔。水平圓板傳感器單元與垂直板傳感器中控單元的鏈接采用4焊點焊接連接。
[0030]485數(shù)字中繼器2為加速度傳感器陣列中繼控制單元，每8只485數(shù)字量加速度傳感器組成的多節(jié)點加速度傳感器單元I由I只485數(shù)字傳感器中繼器2為中繼控制單元進行控制，中繼控制單元主要作用是控制多節(jié)點加速度傳感器單元I的通斷電時間，以及數(shù)字傳感器的數(shù)據(jù)采集。若干個485數(shù)字中繼器2配合，控制若干個多節(jié)點加速度傳感器單元I，確保供電線路的電流能夠通過各個單元的逐次開關(guān)，將電流依次傳輸?shù)礁鱾€加速度傳感器直至整串傳感器的末端，于此同時確保485總線能夠依次使用，有效使用485總線資源，485總線合理依次使用，不造成線路數(shù)據(jù)內(nèi)部相互干擾。
[0031]電路板固定支架3是用來固定多節(jié)點加速度傳感器單元I和485數(shù)字中繼器2的工程塑料件，傳感器單元I和中繼器2作為電路板是封裝于傳感器測量剛性單元管4中，在封裝前要將傳感器單元I和中繼器2固定于電路板固定支架3然后裝進傳感器測量剛性單元管4中，之后用環(huán)氧膠在管內(nèi)進行灌注，電路板固定支架3除了固定電路板的作用外，還作為環(huán)氧膠收縮的承力單元存在，環(huán)氧膠在固化的過程中要產(chǎn)生收縮，會對電路板及電路板上的器件造成傷害，節(jié)點加速度傳感器單元I和485數(shù)字中繼器2固定在固定支架3上，固定支架3做收縮承力單元，防止速度傳感器單元I和數(shù)字中繼器2收縮受傷。
[0032]傳感器測量剛性單元管4是長度為Im或者0.5m內(nèi)徑為18mm的不銹鋼管，該部分是放置保護多節(jié)點加速度傳感器單元I和485數(shù)字中繼器2的不銹鋼管，該單元不僅作為保護放置在其中的電路板單元，也是作為鉆孔測量單元剛性段存在(即整個管長作為單元測量長度，測量管長長度的深部巖土體整體變形情況)。
[0033]柔性連接件5是內(nèi)襯鋼絲網(wǎng)的高強橡膠管，柔性連接件5左右兩端有鋼結(jié)構(gòu)連接件用以連接傳感器測量剛性單元管4，柔性連接件5具有一定的抗拉抗壓功能，但是同時又能夠產(chǎn)生彎曲，該部分是作為深部位移測量的吸能環(huán)節(jié)而存在的，該部分在深部測量過程中吸收巖土體變形的位移量，從而使傳感器測量剛性單元管4不產(chǎn)生變形。
[0034]熱塑管及鋼編網(wǎng)6是套附于傳感器測量剛性單元管4以及柔性連接件5外壁的外部保護單元，首先套附一層熱塑管，該層熱塑管是用來防止深部位移監(jiān)測中水壓滲透入管的防水層，然后在套附一層鋼編網(wǎng)，該層鋼編網(wǎng)是用來屏蔽外界復(fù)雜環(huán)境電干擾的，然后再在鋼編網(wǎng)外套附一層熱塑管，該層熱塑管是用來收緊鋼編網(wǎng)且進行二次防水滲透處理，再之后再在整個外壁愛套附一層鋼編網(wǎng)，該層鋼編網(wǎng)是二次進行屏蔽外界復(fù)雜環(huán)境電干擾且對熱塑管進行保護的單元。
[0035]無線數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置7是對整個多節(jié)點加速度傳感器單元I以及485數(shù)字中繼器2進行管理而存在的單元，其主要作用是對485數(shù)字中繼2進行管理，從而合理采集傳感器數(shù)據(jù)，并且將傳感器數(shù)據(jù)進行整理打包進行遠端傳輸。
[0036]本實用新型的監(jiān)測方法如下:
[0037]I)將多節(jié)點加速度傳感器單元I以及485數(shù)字中繼器2固定于電路板固定支架3;
[0038]2)將多節(jié)點加速度傳感器單元I以及485數(shù)字中繼器2的數(shù)據(jù)線8焊接，并且將數(shù)據(jù)線8穿過水平圓板傳感器單元；
[0039]3)將上述單元安裝于傳感器測量剛性單元管4內(nèi)部；
[0040]4)使用環(huán)氧樹脂膠灌封安裝于測量剛性單元管4內(nèi)部的多節(jié)點加速度傳感器單元I以及485數(shù)字中繼器2;
[0041]5)將柔性連接件5的兩端與安裝有多節(jié)點加速度傳感器單元I以及485數(shù)字中繼器2的測量剛性單元管4進行兩兩焊接連接，焊接前將電路板數(shù)據(jù)線穿過柔性連接件5內(nèi)腔；
[0042]6)制作若干個以上的單元，并且將其連接，首先進行數(shù)據(jù)線連接，然后進行柔性連接件5與測量剛性單元管4進行連接；
[0043]7)連接完成整條測線后，套附首層熱塑管，然后在套附鋼編網(wǎng)；
[0044]8)然后收緊鋼編網(wǎng)套附第二層熱塑管以及第二層鋼編網(wǎng)；
[0045]9)此時將數(shù)據(jù)線引出至整個測量設(shè)備的端部；
[0046]10)深部位移監(jiān)測現(xiàn)場打鉆孔并且沉入直徑20_的PVC管材；
[0047]11)將整條設(shè)備逐節(jié)數(shù)的沉入鉆孔的PVC管材中；
[0048]12)將PVC管材與鉆孔之間的空隙用中砂填滿；
[0049]13)將整條設(shè)備的數(shù)據(jù)線與無線數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置7進行連接；
[0050]14)根據(jù)各個傳感器測量出來的數(shù)據(jù)積分出整個鉆孔的三維變形；
[0051 ] 15)該設(shè)備科根據(jù)鉆孔深度進行大尺度的測量，超長深度的測量。
[0052]盡管已經(jīng)對本實用新型的優(yōu)選實施例進行了描述，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對上述實施例進行多種變化、修改、替換和變形。
【主權(quán)項】
1.基于RS485總線技術(shù)的多節(jié)點超長深部位移監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該監(jiān)測系統(tǒng)包括: N個多節(jié)點加速度傳感器單元，其中N>1; N個485數(shù)字中繼控制單元； 無線數(shù)據(jù)采集發(fā)射裝置； 通過485總線對上述加速度傳感器單元和485數(shù)字中繼控制單元進行連接，對深部鉆孔各個點位層位進行三維靜態(tài)位移測量，所述N個485數(shù)字中繼器配合控制N個多節(jié)點加速度傳感器單元，確保供電線路的電流能夠通過各個單元的逐次開關(guān)，將電流依次傳輸?shù)礁鱾€加速度傳感器直至整串傳感器的末端，使得485總線能夠依次使用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深部位移監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括: 電路板固定支架，用于固定多節(jié)點加速度傳感器單元和中繼控制單元； 傳感器測量剛性單元管，用于保護放置在其中的電路板單元，同時作為鉆孔測量單元的剛性段； 柔性連接件，兩端具有鋼結(jié)構(gòu)連接件，相鄰的傳感器測量剛性單元管之間通過柔性連接件連接，在地質(zhì)變形過程中吸收能量，保護傳感器測量剛性單元管不發(fā)生變形。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的深部位移監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括: 外部保護單元，套附于傳感器測量剛性單元管以及柔性連接件外壁的保護層。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的深部位移監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述外部保護單元共有四層，一層熱塑管，用來防止深部位移監(jiān)測中水壓滲透入管的防水層，熱塑管外套設(shè)一層鋼編網(wǎng)，用來屏蔽外界復(fù)雜環(huán)境電干擾，再在鋼編網(wǎng)外套設(shè)一層熱塑管，用來收緊鋼編網(wǎng)且進行二次防水滲透處理，再在整個外壁套設(shè)一層鋼編網(wǎng)，該層鋼編網(wǎng)是二次進行屏蔽外界復(fù)雜環(huán)境電干擾且對熱塑管進行保護。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的深部位移監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述中繼控制單元為485數(shù)字中繼器，所述每個多節(jié)點加速度傳感器單元由8只數(shù)字量加速度傳感器組成，每8只485數(shù)字量加速度傳感器組成的多節(jié)點加速度傳感器單元由對應(yīng)的I只485數(shù)字中繼器進行控制。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的深部位移監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述每個加速度傳感器具有水平圓板傳感器單元和垂直板傳感器中控單元，所述水平圓板傳感器單元為傳感器芯片板，為主要測量芯片單元;所述垂直板傳感器中控單元為傳感器單片機中控中心，主要進行控制采集、多采樣數(shù)據(jù)均差運算、和存儲傳輸功能。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的深部位移監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述水平圓板傳感器單元上焊接有mems加速度傳感器芯片，且該mems加速度傳感器芯片放置水平，即與鉆孔方向垂直，利用加速度傳感器的XY軸測量巖土體的前后左右變形，再利用加速傳感器的Z軸測量巖土體的沉降變形，垂直板傳感器中控單元焊接有傳感器單片機主芯片、通訊芯片及電路器件，水平圓板傳感器單元與垂直板傳感器中控單元的鏈接采用4焊點焊接連接。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的深部位移監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述垂直板傳感器中控單元焊接有傳感器單片機主芯片、通訊芯片及電路器件，電路板與水平圓板垂直且與鉆孔平行，該板子上有四個連線孔分別為電源正負連接孔和485AB通訊連線孔。
【文檔編號】G01B7/16GK205718830SQ201620419210
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】李果, 房銳, 劉曉宇, 胡承宇, 郭彪, 余相貴, 葉咸, 王興昆, 丁志林, 侯岳峰
【申請人】云南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院, 北京中力智研物聯(lián)科技有限公司