[實(shí)用新型]一種具有自組網(wǎng)功能的地表裂縫傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520252902.4
• 申請日: 2015-04-24
• 公開（公告）號: CN204694843U
• 公開（公告）日: 2015-10-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡植善
• 申請（專利權(quán)）人: 泉州師范學(xué)院
• 主分類號: G01S15/88
• 分類號: G01S15/88
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 陳雪瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種地表裂縫傳感器。產(chǎn)品適用于橋梁裂縫監(jiān)測、水庫大壩裂縫監(jiān)測以及邊坡的地表裂縫監(jiān)測等。

背景技術(shù)

近年來，由于對大型工程的監(jiān)測預(yù)防不到位，自然災(zāi)害(滑坡、泥石流類災(zāi)害)的頻繁發(fā)生，我國每年都要遭受大量的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，因而對災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)防工作及其相關(guān)傳感器的研究格外重視。而對邊坡體環(huán)境量監(jiān)測的一個重點(diǎn)是山體土壤裂縫的寬度，對橋梁與水庫大壩的維護(hù)研究也是研究的重點(diǎn)，因此對地表裂縫傳感器的研究具有重要的意義。

現(xiàn)有使用的地表裂縫傳感器一般由裂縫傳感器本體、柔性芯鋼絲、錨固頭等組成。傳感器原理為電感調(diào)頻類，裂縫傳感器本體內(nèi)有一個圓柱形金屬螺旋線圈，線圈內(nèi)有一個可以移動的磁芯(即測桿)，在實(shí)際應(yīng)用中通過線圈的電感變化實(shí)現(xiàn)非電量電測。這種地表裂縫傳感器存在如下缺點(diǎn)和不足：測距范圍小(一般測距范圍在0～200mm)、成本高昂(一般價格在千元以上)、難以維護(hù)(因?yàn)閭鞲衅鳛楣谭鉅顟B(tài)，無法打開)等。

而且，現(xiàn)有的地表裂縫傳感器一般通過有線方式進(jìn)行組網(wǎng)，在山體滑坡監(jiān)測區(qū)域，地理?xiàng)l件一般比較復(fù)雜，線路架設(shè)困難、電源供給不便，使得有線系統(tǒng)部署起來非常困難且監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性不高。

由于超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，利用超聲波進(jìn)行檢測往往比較迅速、方便且計(jì)算簡單。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計(jì)時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物時返回來，超聲波接收器收到反射波停止計(jì)時(超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s)，根據(jù)計(jì)時器記錄的時間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s＝340t/2。發(fā)明人通過對本領(lǐng)域的深入研究，力求利用超聲波發(fā)射器這一工作原理并結(jié)合專業(yè)知識，設(shè)計(jì)出更優(yōu)化的超聲波測距傳感器，遂有本案產(chǎn)生。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種測距范圍大、成本更低、易維護(hù)、功耗更小的具有自組網(wǎng)功能的地表裂縫傳感器。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種具有自組網(wǎng)功能的地表裂縫傳感器，包括防水保護(hù)外殼、防水保護(hù)內(nèi)殼、超聲波測距模塊和天線；所述超聲波測距模塊包括電源部分、超聲波換能器、單片機(jī)、數(shù)字溫度傳感器和ZigBee通信模塊，由電源部分為整個超聲波測距模塊提供工作電源，數(shù)字溫度傳感器連接在單片機(jī)的采集輸入端，超聲波換能器和ZigBee通信模塊分別與單片機(jī)進(jìn)行雙向連接；

所述防水保護(hù)外殼和所述防水保護(hù)內(nèi)殼均為一端封閉、另一封開口的筒狀結(jié)構(gòu)，且所述防水保護(hù)內(nèi)殼的外徑略小于或等于所述防水保護(hù)外殼的內(nèi)徑，所述防水保護(hù)內(nèi)殼和所述防水保護(hù)外殼以開口對開口的方式相互插接在一起形成伸縮式套筒，所述防水保護(hù)內(nèi)殼的開口與所述防水保護(hù)外殼的封閉端之間填充有防水柔性填充物，所述防水保護(hù)內(nèi)殼的封閉端露出在所述防水保護(hù)外殼的開口外；所述天線安裝在所述防水保護(hù)內(nèi)殼露出所述防水保護(hù)外殼的開口外的部分上，所述超?聲波測距模塊安裝在所述防水保護(hù)內(nèi)殼中；所述防水保護(hù)內(nèi)殼的封閉端和所述防水保護(hù)外殼的封閉端分別通過固定支座安裝在裂縫的兩側(cè)。

所述超聲波測距模塊安裝在所述防水保護(hù)內(nèi)殼的內(nèi)腔中接近所述防水保護(hù)內(nèi)殼的開口的位置上。

所述單片機(jī)采用PIC16F684芯片及其外圍電路。

所述溫度傳感器的型號為DS18B20。

采用上述方案后，本實(shí)用新型的一種具有自組網(wǎng)功能的地表裂縫傳感器，其超聲波測距模塊具有ZigBee通信模塊，結(jié)合ZigBee通信技術(shù)可實(shí)現(xiàn)無線通信和自組網(wǎng)功能，能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測區(qū)域的監(jiān)測點(diǎn)自組網(wǎng)并能遠(yuǎn)距離傳輸。且由伸縮套筒式的防水保護(hù)外殼和防水保護(hù)內(nèi)殼構(gòu)成地表裂縫傳感器的殼體，殼體很容易分拆，易于維護(hù)，而且整體結(jié)構(gòu)簡單，成本較低(一般價格500元以下)。另外，防水保護(hù)外殼和防水保護(hù)內(nèi)殼相對運(yùn)動的行程可以通過調(diào)整二者的長度來實(shí)現(xiàn)，只需增加防水保護(hù)外殼和防水保護(hù)內(nèi)殼能相對運(yùn)動的行程而無需作其他任何改變，就可以加大地表裂縫傳感器的測量范圍，根據(jù)需要可以實(shí)現(xiàn)3mm-3000mm的測量范圍。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型中超聲波測距模塊的外形結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本實(shí)用新型中超聲波測距模塊的電路原理框圖；

圖4為本實(shí)用新型中單片機(jī)的電路原理圖；

圖5為本實(shí)用新型地表裂縫傳感器的自組網(wǎng)原理示意圖。

具體實(shí)施方式