[发明专利]基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置和监测方法

权利要求书

1.一种基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置，包括竖直埋设于地下的探测设备、远程传输单元和上位机，其特征在于：所述探测设备包括数段从上到下同轴设置且可拆卸连接的PVC管，所述PVC管内壁竖直镶嵌一条形的刚体，且刚体两端与PVC管两端平齐；

所述PVC管内壁底部分别设有一测斜节点，位于最下端的PVC管底部通过底板密封，且PVC管内填充满中砂；

所述测斜节点包括第一MCU、分别与第一MCU连接的角度传感器、第一磁感应接收模块和第一磁感应发射模块；

所述第一磁感应接收模块用于接收磁感应信号，并将其解调为电信号；

所述第一MCU用于获取角度传感器的角度数据、和/或第一磁感应接收模块解调后的电信号，并将角度数据和/或电信号调制成低频电信号；

所述第一磁感应发射模块用于将低频电信号转化为磁感应信号进行发送；

所述远程传输单元包括第二MCU、分别与第二MCU连接的远程传输模块、第二磁感应接收模块和第二磁感应发射模块；

所述第二磁感应接收模块用于接收磁感应信号，并将其解调为电信号；

所述第二MCU用于生成唤醒信号、并将唤醒信号调制成低频电信号，还用于接收第二磁感应接收模块解调的电信号，并将电信号经远程传输模块传输给上位机；

所述第二磁感应发射模块用于将低频电信号转化为磁感应信号进行发送。

2.根据权利要求1所述的基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置，其特征在于：所有PVC管的刚体位于同一直线上。

3.根据权利要求1所述的基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置，其特征在于：所述第一MCU、第二MCU选用STM32系列微控制器，所述角度传感器采用SCA100T芯片。

4.根据权利要求1所述的基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置，其特征在于：所述第一磁感应接收模块、第二磁感应接收模块结构相同，包括AS3933芯片和磁感应信号3D接收天线；所述第一磁感应发射模块、第二磁感应发射模块结构相同，包括驱动电路和磁感应信号发射天线，所述驱动电路由MOS管驱动器TC4426和MOS管IRF7389构成，用于提供磁感应信号发射天线的工作电流。

5.根据权利要求1所述的基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)在深部位移监测现场打钻孔，钻孔的孔径大于PVC管的直径；

(2)建立一基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置，其中，在每个PVC管内安装测斜节点，将所有PVC管可拆卸连接成一整体，并通过底板密封位于最下端的PVC管底部，形成探测设备，安装远程传输单元、上位机；

(3)将探测设备竖直沉入钻孔内，顶部与地表平齐，并在PVC管内、探测设备与钻孔的间隙间均填满中砂，此时，设测斜节点从下到上依次为第1个～第N个，其所在的PVC管长度依次为L₁～L_N；

(4)远程传输单元的第二MCU生成唤醒信号，唤醒第一MCU，第一MCU获取对应角度传感器的初始角度数据Δ1'～ΔN'，发送给第二MCU；

(5)设置间隔时间，远程传输单元的第二MCU再次生成唤醒信号，唤醒第一MCU，第一MCU获取对应角度传感器的二次角度数据Δ1”～ΔN”，发送给第二MCU；

(6)第二MCU根据下式得到整个滑坡体深部的位移变化L；

Δi＝Δi”-Δi'

式中，i为第i个测斜节点，且i＝1～N；

(7)第二MCU将L值经远程传输单元发送至上位机。

6.根据权利要求5所述的基于低频磁感应通信的滑坡深部位移监测装置的监测方法，其特征在于：步骤(4)中具体为：

(41)唤醒信号经第二磁感应发射模块转化成磁感应信号发射；

(42)唤醒所有测斜节点：

PVC管长度依次为L₁～L_N，则第N测斜节点聚地表的距离为第二磁感应发射模块距地表的距离为L_发，预设远程传输单元的唤醒距离为P米；

若(S_N+L_发)/P≤1：每个测斜节点的第一磁感应接收模块接收到磁感应信号，将其解调为唤醒信号送入第一MCU中，第一MCU被唤醒；

若1(S_N+L_发)/P≤T，T为整数：

(a1)确定传递节点：将探测设备分为T个传递段，前T-1个传递段长度为P，每传递段内包含多个测斜节点，设每个传递段最下方的测斜节点为传递节点，则前T-1个传递段的传递节点分别为第1个到第T-1个传递节点；

(a2)唤醒第一传递段内所有测斜节点：第一传递段内所有测斜节点的第一磁感应接收模块接收到磁感应信号，将其解调为唤醒信号送入第一MCU中，第一MCU被唤醒；

(a3)唤醒其余段内所有测斜节点：第一个传递节点将唤醒信号经第一磁感应发射模块转化成磁感应信号发射，被第二传递段内所有测斜节点的第一磁感应接收模块接收，解调为唤醒信号送入对应的第一MCU中，该传递段内第一MCU被唤醒，第二个传递节点将唤醒信号依次向下传递，依次唤醒其余传递段内所有测斜节点；

(43)第一MCU获取对应角度传感器的初始角度数据Δ1'～ΔN'，并各自将初始角度数据调制成低频电信号；

(44)第一磁感应发射模块将低频电信号转化为磁感应信号；

(45)磁感应信号发送至第二磁感应接收模块；

若(S_N+L_发)/P≤1：第一磁感应发射模块直接发射磁感应信号至第二磁感应接收模块；

若1≤(S_N+L_发)/P≤T：

传递节点接收其下方传递段内所有测斜节点的磁感应信号，并与自身磁感应信号一起构成传递节点信号；

将第一个传递段内的传递节点信号、和其余测斜节点的磁感应信号，直接发送至第二磁感应接收模块；

(46)第二磁感应发射模块接收到所有测斜节点的磁感应信号，解调出初始角度数据Δ1'～ΔN'。