[发明专利]一种滑坡水平位移垂向分布传感器总成及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种与滑坡水平变形垂向分布监测相关的传感器总成及使用方法，具体地说是一种能够与岩土体变形精确耦合且能承受较大变形的滑坡水平位移垂向分布传感器总成及使用方法，属于地质灾害监测与防治领域。

背景技术

滑坡是一种全球范围内危害严重的地质灾害，随着人类工程活动的日趋频繁，滑坡地质灾害也变得越来越频发，造成的损失也越来越大。为了有效防治滑坡，国内外学者及工程人员对滑坡进行了大量的试验研究，并试图对其进行预测预报，其中滑坡位移的监测就是一项重要的监测内容和实施手段。

针对滑坡位移的测量，现有常用的测量手段为地表GPS位移测量、测斜孔位移测量和光纤光栅埋设测量。GPS位移测量只能针对地表单点的变形测量，不能完成地面以下局部变形的测量。测斜孔位移测量是现有测量手段中广受认可且能较为真实反应滑坡变形的测量方法，不过该测量方法需要人工每次把测斜仪搬运到现场进行测量，测量过程复杂且耗费时间，测量结果也会因不同操作人员的操作差异产生较大随机误差，而且在滑坡临滑状态时因测斜管变形较大而无法下放测斜仪器，更不能保证测量人员的安全。光纤光栅埋设测量是一种新兴的滑坡位移测量方法，该方法在测量上能够实现实时测量，但由于应用技术的不完善，其测量结果受埋设方法影响较大，同时因为其是基于基准板、柱、管甚至是线的应变来测量换算位移量的，这从原理上使得光纤光栅在埋设时必须为拉紧状态，从而导致变形时光纤光栅容易被拉断，当岩土体较为松软时，岩土体的变形可能会被基准板、柱、管或线给剪切而无法反映滑坡体的真实变形情况。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术存在的问题，而提供一种滑坡水平变形垂向分布监测相关的传感器总成及使用方法，使本发明的传感器总成能够在滑坡位移监测过程中，满足岩土体变形精确耦合及能承受较大变形测量监测的要求，且传感器总成使用方法简单，操作方便。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种滑坡水平位移垂向分布传感器总成，包括手持终端、引出的防水信号线、测量单元、变形耦合PCB电路板及支撑防护结构，所述的手持终端为一个MCU系统，配备有操作按键、显示器、通信接口、传感器接口、充电电池；通过传感器接口同时引出电源线和CAN总线，由充电电池通过电源线给传感器总成供电，通过CAN协议与各个测量单元交换数据；手持终端的显示器用于显示传感器总成监测的信息，及通过操作按键和通信接口对PC机上传数据；

所述引出的防水信号线设在传感器总成的端部，防水信号线包括电源正极和负极引出线，CAN总线正引出线和CAN总线负引出线，所述的电源正极和负极引出线用于与手持终端的充电电池连接时为传感器总成电路供电，所述的CAN总线正引出线和CAN总线负引出线用于各个测量单元通过CAN协议与手持终端交换数据；

所述的测量单元为单个测点上实现姿态测量的完整功能电路，设有测量单元PCB电路板和测量元件，测量元件集成在测量单元PCB电路板上，所述的测量元件为基于加速度感应的重力加速度感应芯片，测量元件包括重力加速度感应芯片、MCU、AD转换器、CAN总线管理芯片；通过重力加速度感应芯片感应重力加速度在感应轴上的分量来换算出所需测量的姿态角；测量元件以自身的MCU与手持终端的MCU系统构建一个从机，通过自身的MCU控制AD转换、采样及CAN协议通信传输测量数据；

所述的变形耦合PCB电路板上有贯穿板的布线，板两端布置焊接盘，布线与两端焊接盘连通，沿电路板中间轴线上压制出细密的波纹；所述的贯穿板的布线是后续测量单元的供电线路和CAN通信线路；变形耦合PCB电路板两端的焊接盘用于与测量单元相焊接，中间压制的变形耦合波纹用于对岩土体变形的缓冲与耦合，即存在大变形时，线路不致于被拉断，同时也保证测量单元能真实地反映局部的变形情况；

所述的支撑防护结构包括基准板和正反面防护密封层，基准板用于传感器总成在安装时各个变形测量点上的定位和定向，当传感器总成用于测量后，基准板允许被抽出或拉断；防护密封层为涂在PCB电路板上的一层耐酸碱腐蚀且具有防水性质的保护层。

所述的测量单元PCB电路板、变形耦合PCB电路板均为0.1—0.5mm厚的PCB板，用于承受岩土体变形中引起的弯折或扭曲。

所述的测量单元通过重力分量感应获取到各个变形测量点的姿态角后，以最下端变形测量点为原点，以各变形测量点间距为步长对角度数据积分得到整个测量轴线上的位移分布数据。

所述的测量单元在总成组装时采用结构串联、电气并联的方式，每个测量单元独立编码。