一種基于光纖傳感的山體災害監(jiān)測及報警裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于光纖傳感的山體災害監(jiān)測及報警裝置，包括振動監(jiān)測單元、數(shù)據(jù)采集單元和控制中心單元，所述振動監(jiān)測單元包括若干個監(jiān)測機構，所述監(jiān)測機構包括若干個通過光纖依次連接的光纖光柵傳感器，山體的底部邊緣均布設置若干個寬帶光源，所述山體的頂端設置所述數(shù)據(jù)采集單元，所述山體表面鋪設所述監(jiān)測機構，所述監(jiān)測機構的一端連接所述寬帶光源，所述監(jiān)測機構的另一端連接所述數(shù)據(jù)采集單元，所述控制中心單元包括工業(yè)控制計算機和GPRS模塊，所述數(shù)據(jù)采集單元包括光纖光柵網(wǎng)絡分析儀。可以對山體落石等災害進行全方位監(jiān)測，并能對災害發(fā)生地區(qū)工作人員進行提醒，應對落石等災害可以提前反應，并且能夠減少山體災害對設備的損壞。
【專利說明】
一種基于光纖傳感的山體災害監(jiān)測及報警裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及山地災害監(jiān)測技術領域，具體涉及一種基于光纖傳感的山體災害監(jiān)測及報警裝置。
【背景技術】
[0002]山體災害包括很多種類，如洪水、滑坡、落石、山林火災等，對于人類的生產(chǎn)生活造成巨大的損失，但是人類與山體的聯(lián)系非常密切，對于山體災害并不能遠離，因此需要對山體的災害進行監(jiān)測報警，來降低財產(chǎn)損失和人員傷亡。特別是針對旅游景點的山體來說，大多面對的山體災害是泥石流、滑坡和落石，而對于山洪和山林火災并不常見，因此對于泥石流、滑坡和落石的監(jiān)測是旅游區(qū)山體災害監(jiān)測的重點。
[0003]光纖傳感技術始于1977年，伴隨光纖通信技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的，光纖傳感技術是衡量一個國家信息化程度的重要標志。從杭州物聯(lián)網(wǎng)暨傳感技術應用論壇了解至IJ，光纖傳感技術已廣泛用于軍事、國防、航天航空、工礦企業(yè)、能源環(huán)保、工業(yè)控制、醫(yī)藥衛(wèi)生、計量測試、建筑、家用電器等領域有著廣闊的市場。世界上已有光纖傳感技術上百種，諸如溫度、壓力、流量、位移、振動、轉(zhuǎn)動、彎曲、液位、速度、加速度、聲場、電流、電壓、磁場及輻射等物理量都實現(xiàn)了不同性能的傳感。目前少有光纖傳感技術應用在山體監(jiān)測上。
[0004]申請?zhí)枮?01410036419.2的實用新型公開了一種山洪泥石流地質(zhì)災害監(jiān)控預警裝置及方法。監(jiān)控預警裝置由I?η個編號的野外傳感裝置和一個終端報警裝置組成，野外傳感裝置按離終端報警裝置的距離由遠到近依次順序編列，終端報警裝置對野外傳感裝置進行傳輸控制和信號采集。野外傳感裝置的傳感器為多傳感器組合，終端報警裝置以無線通信接力傳輸方式采集野外傳感裝置的信號并進行控制，根據(jù)需要對野外傳感裝置的傳感控制器中的通電控制模塊進行間斷供電控制，按照接力傳輸無線通信方式與野外傳感裝置進行傳輸控制。該裝置能夠?qū)ι胶槟嗍鬟M行監(jiān)測，但是野外傳感裝置包括功能較多，結構復雜造價昂貴，而且主要是針對山洪泥石流監(jiān)測，無法滿足景區(qū)山體災害監(jiān)測的要求。
[0005]申請?zhí)枮?01510042319.5的實用新型公開了一種山地災害監(jiān)測預測及預警系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理中心、預警系統(tǒng);數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于采集相關數(shù)據(jù)信息并通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳輸至數(shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心將傳來的數(shù)據(jù)進行分析處理及入庫，預警系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)處理中心的處理結果判斷是否進行預警操作。該實用新型可以做到對景區(qū)山體災害的監(jiān)測，但是結構復雜，布線困難且監(jiān)測精度較低。且該系統(tǒng)裝置在遭遇山體災害時容易受損，不能對后續(xù)造成監(jiān)測，也使得每次受災之后的重建投入較大，不宜推廣使用。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型所要解決的問題是提供一種基于光纖傳感的山體災害監(jiān)測及報警裝置，結構簡單，可以對山體滑坡、落石等災害進行全方位監(jiān)測，并能對災害發(fā)生地區(qū)工作人員進行提醒，應對落石等災害可以提前反應，減少人員傷亡，并且能夠減少山體災害對設備的損壞，保證受災時仍能繼續(xù)監(jiān)測，為山體的變化情況持續(xù)提供數(shù)據(jù)。
[0007]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為:
[0008]—種基于光纖傳感的山體災害監(jiān)測及報警裝置，包括振動監(jiān)測單元、數(shù)據(jù)采集單元和控制中心單元，所述振動監(jiān)測單元包括若干個監(jiān)測機構，所述監(jiān)測機構包括若干個通過光纖依次連接的光纖光柵傳感器，山體的底部邊緣均布設置若干個寬帶光源，所述山體的頂端設置所述數(shù)據(jù)采集單元，所述山體表面鋪設所述監(jiān)測機構，所述監(jiān)測機構的一端連接所述寬帶光源，所述監(jiān)測機構的另一端連接所述數(shù)據(jù)采集單元，所述數(shù)據(jù)采集單元與控制中心單元連接，所述控制中心單元包括工業(yè)控制計算機和GPRS模塊，所述數(shù)據(jù)采集單元包括光纖光柵網(wǎng)絡分析儀。
[0009]進一步的，所述振動監(jiān)測單元設置在所述山體的地面下方30cm。
[0010]進一步的，所述光纖光柵傳感器采用光纖光柵加速度傳感器，所述光纖光柵傳感器設置在傳振硬板下方，所述傳振硬板頂部設置刺突。
[0011]進一步的，所述傳振硬板的一側設置導能機構，所述導能機構水平設置在所述山體上。
[0012]進一步的，所述導能機構包括導能鋁線，所述導能鋁線表面設置防腐保護層。
[0013]進一步的，所述光纖上設置線路伸縮器，所述線路伸縮器包括盒體，所述盒體兩端設置進口和出口，所述盒體內(nèi)設置圓柱形的氣囊，所述光纖纏繞在所述氣囊上，所述氣囊表面設置石墨粉。
[0014]本實用新型提供了一種旅游區(qū)山體災害遠程監(jiān)測系統(tǒng)，特別針對的是土石混合材質(zhì)的景區(qū)山體，該類山體容易發(fā)生落石、滑坡現(xiàn)象，對游人造成傷害。振動監(jiān)測單元通過寬帶光源發(fā)出光信號在光纖內(nèi)傳播，當光在傳遞至光纖光柵傳感器受到震動時，波長會發(fā)生變化，實現(xiàn)對振動信息的監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集單元可將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至控制中心單元，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理計算出是否監(jiān)測到振動和具體位置。監(jiān)測機構采用若干個，由山頂鋪設至山下，多個監(jiān)測機構足以將監(jiān)測網(wǎng)絡覆蓋整個山體，且該種結構在發(fā)生泥石流、滑坡等事故時，泥土沖擊力度的方向與監(jiān)測機構的鋪設方向一致，可以最大程度的減少泥土對監(jiān)測機構的沖擊，這樣在發(fā)生災害時，最大程度的保證了監(jiān)測機構的完好性，可以對災后的山體繼續(xù)進行監(jiān)測，利于救援的展開，也使得災害對監(jiān)測設備損壞降至最小，利于災后重建監(jiān)測系統(tǒng)。每個寬帶光源的距離可以為50至500米，距離越大施工成本越低，但是監(jiān)測的精度會下降。光纖光柵網(wǎng)絡分析儀檢測到波長的變化并將波長信號轉(zhuǎn)換為相應的電信號，同時傳送給控制中心單元。工業(yè)控制計算機對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理計算出是否監(jiān)測到振動和具體位置，并在監(jiān)測到災害時通過GPRS模塊將報警信息發(fā)送至現(xiàn)場工作人員，對游客進行提醒或疏散。
[0015]為了對振動監(jiān)測單元進行保護，將其掩埋在地面以下30厘米深度，還能減少空氣內(nèi)傳播的振動對其造成的影響。光纖光柵傳感器采用光纖光柵加速度傳感器，光纖光柵加速度傳感器大多是通過質(zhì)量塊來對微小振動進行采集，并將振動傳遞至光纖光柵，引起波長變換，對振動采集更加精準。傳振硬板可以提高振動能量的收集，能夠采集到微小振動，導能機構對每兩個相鄰監(jiān)測機構之間的地帶進行振動能量傳遞，能夠延伸光纖光柵傳感器的監(jiān)測范圍，利于控制成本。線路伸縮器對振動監(jiān)測單元進行保護，當遇到滑坡時可以對光纖起到緩沖作用，避免本大量泥土沖擊導致光纖或光纖光柵傳感器斷裂，也可以在四季溫度變化時進行熱脹冷縮補償。
[0016]該裝置的使用方法包括如下步驟:
[0017]I)將若干個光纖光柵傳感器通過光纖依次連接制得監(jiān)測機構，將監(jiān)測機構鋪設在山體上，并使其輸入端連接寬帶光源，輸出端連接光纖光柵網(wǎng)絡分析儀;2)將光纖光柵網(wǎng)絡分析儀與控制中心單元的工業(yè)控制計算機信號連接;3)寬帶光源發(fā)出信號，光纖光柵網(wǎng)絡分析儀檢測到信號波長的變化并將波長信號轉(zhuǎn)換為相應的電信號，工業(yè)控制計算機對接收到的電信號進行處理，計算出相應的波長值，從而計算出對應的光纖光柵傳感器監(jiān)測到的振動信息;4)對振動信息進行分析，當出現(xiàn)某個光纖光柵傳感器監(jiān)測到振動，并之后的半分鐘內(nèi)在山體該位置的下方的光纖光柵傳感器監(jiān)測到振動，則判斷出現(xiàn)落石、泥石流、或洪水災害;5)控制中心單元發(fā)送報警信息至對應的現(xiàn)場工作人員，提示發(fā)生災害地帶或災害地帶下方的游人進行躲避。
[0018]光纖光柵傳感器監(jiān)測到振動信息，當某個傳感器監(jiān)測到振動后，若30秒內(nèi)該位置下方的傳感器也監(jiān)測到振動信息，說明有物體在山體的該位置滾落，意味著出現(xiàn)落石、滑坡等災害，此時控制中心單元將報警信息發(fā)送至對應地點的工作人員手機當中，提醒發(fā)生災害地點及下方的游人進行躲避。
[0019]本實用新型的有益效果是:
[0020]1、采用通訊光纖為測點元件和傳輸介質(zhì)，結構簡單，具有抗腐蝕，耐潮濕的優(yōu)點，測量精確，長期工作穩(wěn)定可靠，并且不需要提供電能便可實現(xiàn)對山體的全方位高精度監(jiān)測，實用性很高；
[0021]2、通過導能機構可以將距離光纖光柵傳感器較遠的振動傳遞至傳振硬板，能夠減少光纖和傳感器的使用數(shù)量，利于降低成本，加快施工進程；
[0022]3、線路伸縮器對振動監(jiān)測單元進行保護，當遇到滑坡時可以對光纖起到緩沖作用，避免本大量泥土沖擊導致光纖或光纖光柵傳感器斷裂，也可以在四季溫度變化時進行熱脹冷縮補償；
[0023]4、可以對山體滑坡、落石等災害進行全方位監(jiān)測，并能對災害發(fā)生地區(qū)及下方的工作人員進行提醒，應對落石等災害可以提前反應，減少人員傷亡，并且能夠減少山體災害對設備的損壞，保證受災時仍能繼續(xù)監(jiān)測，為山體的變化情況持續(xù)提供數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0024]下面結合附圖對本實用新型作進一步描述:
[0025]圖1是本實用新型基于光纖傳感的山體災害監(jiān)測及報警裝置的系統(tǒng)結構圖；
[0026]圖2是本實用新型振動監(jiān)測單元的結構示意圖；
[0027]圖3是本實用新型監(jiān)測機構的結構示意圖；
[0028]圖4是本實用新型導能機構的結構不意圖；
[0029]圖5是本實用新型線路伸縮器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合圖1至圖5對本實用新型技術方案進一步展示，【具體實施方式】如下:
[0031 ] 實施例一
[0032]如圖1至圖4所示:本實施例提供了一種基于光纖傳感的山體災害監(jiān)測及報警裝置，包括振動監(jiān)測單元1、數(shù)據(jù)采集單元2和控制中心單元4，所述振動監(jiān)測單元I包括若干個監(jiān)測機構5，所述監(jiān)測機構5包括若干個通過光纖6依次連接的光纖光柵傳感器7，山體8的底部邊緣均布設置若干個寬帶光源9，所述山體8的頂端設置所述數(shù)據(jù)采集單元2，所述山體8表面鋪設所述監(jiān)測機構5，所述監(jiān)測機構5的一端連接所述寬帶光源9，所述監(jiān)測機構5的另一端連接所述數(shù)據(jù)采集單元2，所述數(shù)據(jù)采集單元2與控制中心單元4連接，所述控制中心單元4包括工業(yè)控制計算機3和GPRS模塊18，所述數(shù)據(jù)采集單元2包括光纖光柵網(wǎng)絡分析儀。
[0033]本實用新型特別針對的是土石混合材質(zhì)的景區(qū)山體，該類山體容易發(fā)生落石、滑坡現(xiàn)象，對游人造成傷害。振動監(jiān)測單元通過寬帶光源發(fā)出光信號在光纖內(nèi)傳播，當光在傳遞至光纖光柵傳感器受到震動時，波長會發(fā)生變化，實現(xiàn)對振動信息的監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集單元可將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至控制中心單元，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理計算出是否監(jiān)測到振動和具體位置。監(jiān)測機構采用若干個，由山頂鋪設至山下，多個監(jiān)測機構足以將監(jiān)測網(wǎng)絡覆蓋整個山體，且該種結構在發(fā)生泥石流、滑坡等事故時，泥土沖擊力度的方向與監(jiān)測機構的鋪設方向一致，可以最大程度的減少泥土對監(jiān)測機構的沖擊，這樣在發(fā)生災害時，最大程度的保證了監(jiān)測機構的完好性，可以對災后的山體繼續(xù)進行監(jiān)測，利于救援的展開，也使得災害對監(jiān)測設備損壞降至最小，利于災后重建監(jiān)測系統(tǒng)。每個寬帶光源的距離可以為50至500米，距離越大施工成本越低，但是監(jiān)測的精度會下降。光纖光柵網(wǎng)絡分析儀檢測到波長的變化并將波長信號轉(zhuǎn)換為相應的電信號，同時傳送給控制中心單元。工業(yè)控制計算機對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理計算出是否監(jiān)測到振動和具體位置，并在監(jiān)測到災害時通過GPRS模塊將報警信息發(fā)送至現(xiàn)場工作人員，對游客進行提醒或疏散。
[0034]所述振動監(jiān)測單元I設置在所述山體8的地面下方30cm，振動監(jiān)測單元主要對滑坡、落石等重型物體沖擊或滑過地面的振動進行監(jiān)測，對小型振動直接過濾，因此設置在地面之下便可，還可以防止游客或落石對其造成破壞，保護設備安全，但是也不能埋入地面過深，對地面的振動監(jiān)測效果會變?nèi)?，因?0cm的深度便可。
[0035]所述光纖光柵傳感器7采用光纖光柵加速度傳感器，所述光纖光柵傳感器7設置在傳振硬板10下方，所述傳振硬板10頂部設置刺突U。光纖光柵加速度傳感器通過質(zhì)量塊來對微小振動進行采集，并將振動傳遞至光纖光柵，引起波長變換，對振動采集更加精準。傳振硬板可采用不銹鋼板其它材質(zhì)的硬板材，對光纖光柵傳感器起到基礎的作用，提高振動的傳遞效率，刺突增大與山體的接觸面積，能夠接收更多的振動能量，對振動的監(jiān)測更加精準，刺突向上設置更容易接收來自地面的振動。
[0036]所述傳振硬板10的一側設置導能機構12，所述導能機構12水平設置在所述山體8上，兩個相鄰監(jiān)測機構在山體上部間距較小，監(jiān)測精度較高，但是山體下部逐漸變寬，監(jiān)測機構之間的間距逐漸變大，監(jiān)測效果會變?nèi)?，通過導能機構可以將中間部位的振動能量收集并傳遞到傳振硬板，可以在減少投資的基礎上保證山體振動監(jiān)測的全面覆蓋性。該情況下每個光纖光柵傳感器監(jiān)測到的振動信息包括其埋入的地點以及導能機構覆蓋的區(qū)域，監(jiān)測的范圍很大，可以節(jié)省大量成本。
[0037]所述導能機構12包括導能鋁線，所述導能鋁線表面設置防腐保護層。導能機構需要具有可塑性，但是也需要具備對振動能量良好的傳遞性，因此軟橡膠等不易使用，可以考慮銅、鋁等金屬，考慮到價格推薦使用鋁線，鋁線可以傳遞振動，將遠離光纖光柵傳感器區(qū)域的振動傳遞至傳振硬板上，經(jīng)濟型和實用性都很好?？梢栽阡X線表面包裹結緣材料層或者通過鍍鋅、噴涂保護漆方式對鋁線進行防腐處理。
[0038]實施例二
[0039]如圖1、圖2和圖5所示:本實施例還提供了一種基于光纖傳感的山體災害監(jiān)測及報警裝置，包括振動監(jiān)測單元1、數(shù)據(jù)采集單元2和控制中心單元4，所述振動監(jiān)測單元I包括若干個監(jiān)測機構5，所述監(jiān)測機構5包括若干個通過光纖6依次連接的光纖光柵傳感器7，山體8的底部邊緣均布設置若干個寬帶光源9，所述山體8的頂端設置所述數(shù)據(jù)采集單元2，所述山體8表面鋪設所述監(jiān)測機構5，所述監(jiān)測機構5的一端連接所述寬帶光源9，所述監(jiān)測機構5的另一端連接所述數(shù)據(jù)采集單元2，所述數(shù)據(jù)采集單元2與控制中心單元4連接，所述控制中心單元4包括工業(yè)控制計算機3和GPRS模塊18，所述數(shù)據(jù)采集單元2包括光纖光柵網(wǎng)絡分析儀。
[0040]所述光纖6上設置線路伸縮器13，所述線路伸縮器13包括盒體14，所述盒體14兩端設置進口 15和出口 16，所述盒體14內(nèi)設置圓柱形的氣囊17，所述光纖6纏繞在所述氣囊17上。雖然本實用新型監(jiān)測機構沿山頂至山腳的方向鋪設，降低了滑坡等災害時泥土對監(jiān)測機構的沖擊力度，但是考慮山體走勢等因素，監(jiān)測機構仍會承受部分的沖擊力度，線路伸縮器可以在受到?jīng)_擊時釋放存儲的光纖來對整個監(jiān)測機構起到緩沖作用。伸縮器的原理通過光纖纏繞在圓柱狀氣囊上，氣囊具有一定的彈性，當光纖受到拉力之后氣囊會被收縮，纏繞的光纖會被釋放出一部分來抵消沖擊力，當光纖不受拉力或者夏季光纖受熱伸長時彈簧會對光纖起到收縮的作用，圓柱狀氣囊能夠自動對光纖進行伸縮調(diào)整，保證設備運行的穩(wěn)定性。
[0041]所述氣囊17表面設置石墨粉，為了保證氣囊的順利收縮同時光纖被順利釋放多余的長度，在氣囊表面涂抹石墨粉減小氣囊與光纖間的摩擦力，效果更好。箱體內(nèi)可以設置壓力傳感器，該壓力傳感器受力面被氣囊擠壓，可以對氣囊內(nèi)的氣壓繼續(xù)監(jiān)測，當氣囊漏氣時壓力傳感器監(jiān)測不到受到的壓力，可以對控制中心單元發(fā)送信息，提醒工作人員進行檢修。
[0042]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本實用新型的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
【主權項】
1.一種基于光纖傳感的山體災害監(jiān)測及報警裝置，其特征在于:包括振動監(jiān)測單元、數(shù)據(jù)采集單元和控制中心單元，所述振動監(jiān)測單元包括若干個監(jiān)測機構，所述監(jiān)測機構包括若干個通過光纖依次連接的光纖光柵傳感器，山體的底部邊緣均布設置若干個寬帶光源，所述山體的頂端設置所述數(shù)據(jù)采集單元，所述山體表面鋪設所述監(jiān)測機構，所述監(jiān)測機構的一端連接所述寬帶光源，所述監(jiān)測機構的另一端連接所述數(shù)據(jù)采集單元，所述數(shù)據(jù)采集單元與控制中心單元連接，所述控制中心單元包括工業(yè)控制計算機和GPRS模塊，所述數(shù)據(jù)采集單元包括光纖光柵網(wǎng)絡分析儀。2.如權利要求1所述的基于光纖傳感的山體災害監(jiān)測及報警裝置，其特征在于:所述振動監(jiān)測單元設置在所述山體的地面下方30cm。3.如權利要求1所述的基于光纖傳感的山體災害監(jiān)測及報警裝置，其特征在于:所述光纖光柵傳感器采用光纖光柵加速度傳感器，所述光纖光柵傳感器設置在傳振硬板下方，所述傳振硬板頂部設置刺突。4.如權利要求3所述的基于光纖傳感的山體災害監(jiān)測及報警裝置，其特征在于:所述傳振硬板的一側設置導能機構，所述導能機構水平設置在所述山體上。5.如權利要求4所述的基于光纖傳感的山體災害監(jiān)測及報警裝置，其特征在于:所述導能機構包括導能鋁線，所述導能鋁線表面設置防腐保護層。6.如權利要求1所述的基于光纖傳感的山體災害監(jiān)測及報警裝置，其特征在于:所述光纖上設置線路伸縮器，所述線路伸縮器包括盒體，所述盒體兩端設置進口和出口，所述盒體內(nèi)設置圓柱形的氣囊，所述光纖纏繞在所述氣囊上，所述氣囊表面設置石墨粉。
【文檔編號】G08B21/10GK205563947SQ201620370206
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】曹長城
【申請人】河南丹江大觀苑旅游有限公司