[发明专利]基于微波雷达的地下空洞监测装置及地下空洞监测方法

权利要求书

1.一种基于微波雷达的地下空洞监测装置，其特征在于：包括主控制器（1）、监测组件（2）、弹性触发装置（3）以及微波雷达测距装置；

所述主控制器（1）包括供电装置以及与供电装置连接的通讯装置、信号接收装置、信号发送装置、测量装置和报警装置，所述信号接收装置和测量装置均与信号发送装置连接，信号发送装置分别与报警装置和通讯装置连接，报警装置能发出警报，通讯装置能将数据传至终端；

所述监测组件（2）包括安装底座（2.1）以及监测杆（2.2），所述监测杆（2.2）设置在安装底座（2.1）上，所述主控制器（1）设置在监测杆（2.2）上；

所述弹性触发装置（3）包括一个弹性触发单件或者串联设置的至少两个弹性触发单件，所述弹性触发单件包括深度固定环（3.1）、触发弹簧（3.2）、约束杆组（3.3）、触发弹簧支撑杆（3.4）和信号控制固定环（3.5），所述深度固定环（3.1）和信号控制固定环（3.5）沿监测杆（2.2）的长度方向顺次设置；所述触发弹簧（3.2）的一端与深度固定环（3.1）连接，另一端与信号控制固定环（3.5）连接；所述约束杆组（3.3）为具有连接端和自由端的一个空心圆锥体结构，空心圆锥体结构的连接端与深度固定环（3.1）连接；所述触发弹簧支撑杆（3.4）的一端与空心圆锥体结构连接，其另一端与信号控制固定环（3.5）连接；信号控制固定环（3.5）与信号接收装置连接；

所述微波雷达测距装置设置在所述信号控制固定环（3.5）上，且所述微波雷达测距装置与所述供电装置和所述测量装置连接；所述微波雷达测距装置包括至少一组与约束杆组（3.3）对应设置的微波雷达测距单件，用于测量信号控制固定环（3.5）和约束杆组（3.3）或空洞内壁之间的距离；

该地下空洞监测装置进行地下空洞监测包括第一个过程和第二个过程，具体是：

在第一个过程中，微波雷达测距装置能测得信号控制固定环与约束杆之间的距离，而微波雷达测距装置的启动则和约束杆有关，当约束杆受作用力的变化而运动时，微波雷达测距装置则将被启动，从而测得新的距离值S_i；测量装置根据测量值S_i-1与测量值S_i，以及测得测量值S_i-1时的时间T_i-1与测得测量值S_i时的时间T_i，根据表达式一得到装置此次变化的变化速率：

；

其中：ΔS为相邻两次新值之间的差值；ΔT为时间差；V为变化速率；

测量装置除了计算最近一次装置的运动速率之外，还能根据测得新值时的时间T与测得的位移值S做回归分析，并求得回归方程的二阶导数，回归方程如表达式二：

；

其中：a、b为回归常数；T为初读数后的时间；S为位移值；

测量装置将处理所得此次变化的变化速率以及回归方程的二阶导数值发送给信号发送装置，信号发送装置接着传送给通讯装置将数据传至终端，监测人员根据处理所得数据做出及时预警，具体是：当，说明变形速率不断降低，趋于稳定；当，说明地下空洞一直在发展扩大；当，说明变形速率变大，需及时预警；

在第二个过程中，微波雷达测距装置既能测得信号控制固定环与约束杆之间的距离，又能测得信号控制固定环与土体之间的距离，其间的临界点在于约束杆顶部所在平面的高度是否高于信号控制固定环所在平面的高度，具体是：当微波雷达测距装置处于约束杆之内时，所测得的数据一直在临界值所测得的值范围内，而当微波雷达测距装置暴露于地下空洞中时，其测得的值将超出范围；测量装置根据微波雷达测距装置所测得的数据，判断所测得数据是否超限从而做到即时报警；当测量装置判断微波雷达测距装置所测得数据超限时，将信号传送至信号发送装置，接着传送给报警装置进行报警并传送给通讯装置将数据传至终端。

2.根据权利要求1所述的基于微波雷达的地下空洞监测装置，其特征在于：所述深度固定环（3.1）和信号控制固定环（3.5）均为环状结构；所述深度固定环（3.1）与监测杆（2.2）之间以及信号控制固定环（3.5）与监测杆（2.2）之间均为可拆卸式连接。

3.根据权利要求1所述的基于微波雷达的地下空洞监测装置，其特征在于：所述监测杆（2.2）为中空结构。