[实用新型]一种泥石流地声监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种泥石流监测装置，特别是涉及一种泥石流地声信号监测，属于地声信号探测技术领域。

背景技术

泥石流地声是泥石流发生时地球内部振动信号沿沿沟岸岩层传播产生的振动波。泥石流地声与其他振动波一样，具有独特的振动频率、波形、波形振幅，并在泥石流形成、启动、发生过程中表现出不同的特征值。通过检测泥石流地声的变化，将泥石流地声波的主频范围并与沟道环境背景产生的振动（如降雨、刮风、雷电等）区别开来，根据泥石流地声强度（振幅）与泥石流流量成正比的关系再根据泥石流的过流持续时间较长，利用鉴频、鉴幅，延时三要素，便能监测泥石流的形成发生，及时发出泥石流灾害预报。

专利号为ZL 99241577.2，授权公告号为CN2396404Y，名称为“泥石流地声参数检测仪”的中国实用新型专利公开了一种泥石流地声参数检测仪。该检测仪由多路地声信号采集通道、检波触发电路、A/D转换、数据存储器以及微处理器控制系统组成，并具有与PC微机的通讯接口，可用于泥石流地声参数多点同时检测和泥石流变化规律分析以及泥石流地声报警。该检测仪采用单轴压电式加速度传感器，由放大、滤波、A/D电路转化为数字信号，通过无线电台发送报警信号和数据，存在无法通过无线方式获取实时采样数据，且无法实现空间三轴震动强度值的计算和泥石流龙头速度计算的缺陷。现有的地声检测仪常见另一种采用机械振子、变形齿结构传感器，通过有线光电传输报警信号的结构，也同样存在上述缺陷。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种可实时获取泥石流爆发过程中地声数据，并且数据准确性更高的泥石流检测仪。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种泥石流地声监测装置，包括依次联接的监测端、中心端、控制端；所述监测端是地声信号检测设备，中心端是控制端与监测端之间的信号传输装置，控制端是地声信号处理与控制指令操作装置；其特征在于：所述监测端采用MEMS三轴数字加速度计芯片作为传感元件。

加速度计是一种惯性传感器，用于测量物体的加速力。加速力指的是当物体在加速过程中，作用在物体前行方向上的力。任何物体发生振动都会产生加速度变化，无论振动加速度方向如何，均可通过物体运动加速度有效获取物体振动相关信息。由于泥石流地声是泥石流发生时大地内部振动信号沿沟岸岩层传播产生的振动波，因而通过测量泥石流发生时伴生的振动波（即泥石流地声）可以有效获取泥石流发生运动的数据信息。本实用新型产品泥石流地声监测装置通过监测端实时获取采样点上的加速度数据，通过高速通信模块经中心端实时回传至控制端，控制端对数据信息进行存储或分析处理，能够实现地声数据采集、实时报警，并根据采集数据可计算出泥石流地声强度，空间方向和泥石流平均流速。

上述泥石流地声监测装置的监测器端采用MEMS三轴数字加速度计作为传感元件，具有两项特点：一是针对泥石流地声方向多变，可能在各个方向产生震动的特征，三轴数字加速度计能够实时测量到每个采样点上x、y、z三个方向上的加速度数据，计算出地声强度，因此获取的地声数据更准确；二是由于采用了MEMS（Micro Electro Mechanical Systems，MEMS）技术，因此传感器本身除了能够承担加速度计的功能外，还同时具备了体积小、重量轻、抗干扰、能耗低等优点。

上述监测装置的监测端包括MEMS三轴数字加速度计芯片、单片机、通信模块、必要的电源电路模块；单片机集成实时时钟芯片与接口模块，并分别通过SPI接口、中断信号线路与MEMS三轴数字加速度计芯片联接。必要的电源电路模块包括太阳能电池板充电开关电路、铅酸电池电压检测电路、电源模块。单片机集成的接口模块包括SPI接口、USART接口、AD接口，其中SPI接口与MEMS三轴数字加速度计芯片联接，USART接口与通信模块联接，AD接口与铅酸电池电压检测电路联接。

监测端安装后，一旦环境中有超过阈值震动信号产生，MEMS三轴数字加速度计采集该震动信号并产生一个中断信号，单片机接收到中断信号立即通过SPI接口读取MEMS三轴数字加速度计内部FIFO存储器中的采样数据与单片机内部的实时时钟数据，整理数据格式后发送给通信模块再传输至中心端，并进一步经中心端传输到控制端。单片机的AD接口每分钟通过铅酸电池电压检测电路采集铅酸电池电压，如果电压过高，立即控制太阳能电池板充电开关电路停止充电，以保护铅酸电池过充发热烧干电池液而损坏。