滑坡区岩土材料多参数监测系统
阅读：646发布：2023-12-29
专利汇可以提供滑坡区岩土材料多参数监测系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种滑坡区岩土材料多参数监测系统，通过将压电陶瓷 传感器 阵列埋置于易发生滑坡的区域，利用压电陶瓷传感器的逆 压电效应 ，对任意一个压电陶瓷传感器施加 电压 ，产生应 力 波并向四周发射，再利用压电陶瓷传感器的 正压 电效应，接收该 应力 波，可 输出电压 信号 ，通过发射和接收电压信号的时间差及布置的距离可以计算出土介质的 弹性模量 ；通过电压信号幅值的改变可以判断出土质的含 水 率的变化及是否发生裂缝损伤。本实用新型能够实时了解滑坡区岩土的材料性质参数，可用于滑坡发生的预警，有效减少滑坡事故发生及人员伤亡,适用于量大面广的滑坡区域的工程应用。，下面是滑坡区岩土材料多参数监测系统专利的具体信息内容。
1.一种滑坡区岩土材料多参数监测系统，其特征在于：包括信号采集系统(1)、信号发生器(2)、功率放大器(3)、若干个传感器封装体(4)，若干个所述传感器封装体嵌设于潜在滑坡面两侧附近处；所述传感器封装体包括包封材料(41)和设于所述包封材料内的压电陶瓷传感器(42)；依次选取其中一个所述传感器封装体中的压电陶瓷传感器与所述功率放大器相连接，所述功率放大器与所述信号发生器相连接，其余的所述传感器封装体中的压电陶瓷传感器与所述信号采集系统相连接；所述信号发生器能够发射信号，通过所述功率放大器将该信号放大后对其对应的压电陶瓷传感器施加电压激励，所述信号采集系统能够通过其余的压电陶瓷传感器采集接收该信号。
2.根据权利要求1所述的滑坡区岩土材料多参数监测系统，其特征在于，所述压电陶瓷传感器的敏感元件为压电陶瓷片(421)；所述包封材料包括两块面积大于所述压电陶瓷片的大理石板(411)，所述压电陶瓷片夹持于两块所述大理石板的中部，所述压电陶瓷片四周、两块大理石板之间填充有环氧树脂(412)。
3.根据权利要求2所述的滑坡区岩土材料多参数监测系统，其特征在于，所述压电陶
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瓷片呈方形，面积为1cm；所述大理石板呈方形，面积为2cm ，且长宽比与所述压电陶瓷片相 同，厚度为2mm。
滑坡区岩土材料多参数监测系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及滑坡区岩土材料参数监测技术领域，具体是涉及一种滑坡区岩土材料多参数监测系统。
背景技术
[0004] 为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种滑坡区岩土材料多参数监测系统，能够实时了解滑坡区岩土的材料性质参数，可用于滑坡发生的预警，有效减少滑坡事故发生及人员伤亡；与其它监测方法相比，该方法可靠稳定，成本低，易于实施，适用于量大面广的滑坡区域的工程应用。
[0005] 本实用新型的技术方案是这样实现的：
[0006] 一种滑坡区岩土材料多参数监测系统，包括信号采集系统、信号发生器、功率放大器、若干个传感器封装体，若干个所述传感器封装体嵌设于潜在滑坡面两侧附近处；所述传感器封装体包括包封材料和设于所述包封材料内的压电陶瓷传感器；依次选取其中一个所述传感器封装体中的压电陶瓷传感器与所述功率放大器相连接，所述功率放大器与所述信号发生器相连接，其余的所述传感器封装体中的压电陶瓷传感器与所述信号采集系统相连接；所述信号发生器能够发射信号，通过所述功率放大器将该信号放大后对其对应的压电陶瓷传感器施加电压激励，所述信号采集系统能够通其余的压电陶瓷传感器采集接收该信号。
[0007] 作为本实用新型的进一步改进，所述压电陶瓷传感器的敏感元件为压电陶瓷片；所述包封材料包括两块面积大于所述压电陶瓷片的大理石板，所述压电陶瓷片夹持于两块所述大理石板的中部，所述压电陶瓷片四周、两块大理石板之间填充有环氧树脂。
[0008] 作为本实用新型的进一步改进，所述压电陶瓷片呈方形，面积为1cm2；所述大理石2
板呈方形，面积为2cm，且长宽比与所述压电陶瓷片相同，厚度为2mm。
板呈方形，面积为2cm，且长宽比与所述压电陶瓷片相同，厚度为2mm。
[0009] 本实用新型的有益效果是：本实用新型提供了一种滑坡区岩土材料多参数监测系统，通过将若干个传感器封装体嵌设于潜在滑坡面两侧附近处，依次选取其中一个传感器封装体中的压电陶瓷传感器与功率放大器相连接，功率放大器与信号发生器相连接，其余的传感器封装体中的压电陶瓷传感器与信号采集系统相连接；这样，通过信号发生器发射信号，通过功率放大器将该信号放大后对其对应的压电陶瓷传感器施加电压激励，信号采集系统能够通过其余的压电陶瓷传感器采集接收该信号，进而可以通过发射和接收电压信号的时间差及布置的距离可以计算出土介质的弹性模量；通过电压幅值的改变可以判断出土质的含水率的变化及是否发生裂缝损伤，因此，本实用新型可以解决单一传感器无法进行多参数测量的问题，能够实时了解滑坡区岩土的材料性质参数，可用于滑坡发生的预警，有效减少滑坡事故发生及人员伤亡；通过将压电陶瓷传感器包封在包封材料内形成传感器封装体，可以解决压电陶瓷传感器的压电陶瓷片质脆，防水性差的问题。附图说明
[0010] 图1为本实用新型滑坡区岩土材料多参数监测系统的结构示意图；
[0011] 图2为本实用新型中传感器封装体的结构示意图；
[0012] 图3为本实用新型滑坡区岩土材料多参数监测方法的工作原理图；
[0013] 结合附图，作以下说明：
[0014] 1——信号采集系统 2——信号发生器
[0015] 3——功率放大器 4——传感器封装体
[0016] 41——包封材料 411——大理石板
[0017] 412——环氧树脂 42——压电陶瓷传感器
[0018] 421——压电陶瓷片 5——潜在滑坡面
[0019] 6——滑坡体
具体实施方式
[0020] 为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本实用新型的内容而非限制本实用新型的保护范围。
[0021] 如图1和图2所示，一种滑坡区岩土材料多参数监测系统，包括信号采集系统1、信号发生器2、功率放大器3、若干个传感器封装体4，若干个所述传感器封装体嵌设于潜在滑坡面两侧附近处；所述传感器封装体包括包封材料41和设于所述包封材料内的压电陶瓷传感器42；依次选取其中一个所述传感器封装体中的压电陶瓷传感器(作为激励端发射信号)与所述功率放大器相连接，所述功率放大器与所述信号发生器相连接，其余的所述传感器封装体中的压电陶瓷传感器(作为接收端采集信号)与所述信号采集系统相连接；所述信号发生器能够发射信号，通过所述功率放大器将该信号放大后对其对应的压电陶瓷传感器施加电压激励，所述信号采集系统能够通其余的压电陶瓷传感器采集接收该信号。这样，通过将若干个传感器封装体嵌设于潜在滑坡面两侧附近处，依次选取其中一个传感器封装体中的压电陶瓷传感器与功率放大器相连接，功率放大器与信号发生器相连接，其余的传感器封装体中的压电陶瓷传感器与信号采集系统相连接；这样，通过信号发生器发射信号，通过功率放大器将该信号放大后对其对应的压电陶瓷传感器施加电压激励，信号采集系统能够通过其余的压电陶瓷传感器采集接收该信号，进而可以通过发射和接收电压信号的时间差及布置的距离可以计算出土介质的弹性模量；通过电压幅值的改变可以判断出土质的含水率的变化及是否发生裂缝损伤，因此，本实用新型可以解决单一传感器无法进行多参数测量的问题，能够实时了解滑坡区岩土的材料性质参数，可用于滑坡发生的预警，有效减少滑坡事故发生及人员伤亡；通过将压电陶瓷传感器包封在包封材料内形成传感器封装体，可以解决压电陶瓷传感器的压电陶瓷片质脆，防水性差的问题。
[0022] 优选的，参见图2，所述压电陶瓷传感器的敏感元件为压电陶瓷片421；所述包封材料包括两块面积大于所述压电陶瓷片的大理石板411，所述压电陶瓷片夹持于两块所述大理石板的中部，所述压电陶瓷片四周、两块大理石板之间填充有环氧树脂412。这样，通过使用两块大理石板对压电陶瓷片及电子线路进行夹持，并在其之间填充环氧树脂，可以实现对压电陶瓷片的包封，以解决压电陶瓷片质脆，防水性差的问题。其中，压电陶瓷片的监测原理如下：压电陶瓷片具有正逆压电效应，当对压电陶瓷传感器施加电压激励时，压电陶瓷片会产生形变，若将压电陶瓷片放置于土介质中，压电陶瓷片产生的形变会以应力波的形式向四周发射，此时再利用压电陶瓷传感器的正压电效应，即使用其他压电陶瓷片接收该应力波，压电陶瓷片产生形变，输出电压信号，通过发射和接收电压信号的时间差及布置的距离可以计算出土介质的弹性模量；通过电压幅值的改变可以判断出土质的含水率的变化及是否发生裂缝损伤。
[0023] 优选的，所述压电陶瓷片呈方形，面积为1cm2；所述大理石板呈方形，面积为2cm2，且长宽比与所述压电陶瓷片相同，厚度为2mm。
[0024] 如图3所示，一种滑坡区岩土材料多参数监测方法，包括如下步骤：
[0025] a.传感器封装，
[0026] 制作若干个传感器封装体，每个传感器封装体包括包封材料和设于所述包封材料内的压电陶瓷传感器；
[0027] b.传感器的标定，
[0028] 依次选取一个压电陶瓷传感器与一功率放大器相连接，该功率放大器与一信号发生器相连接，将其余的压电陶瓷传感器与一信号采集系统相连；通过信号发生器产生信号，并通过功率放大器将该信号放大后对其对应的压电陶瓷传感器施加电压激励，通过信号采集系统处理分析其余的压电陶瓷传感器采集接收的信号，建立信号电压输入输出幅值之比随着不同土介质含水率、不同压电陶瓷传感器间距变化的关系；
[0029] c.传感器测点的优化布置，
[0030] 根据土力学基本原理，推测潜在滑坡面，在该潜在滑坡面的两侧布置若干所述传感器封装体，形成压电陶瓷传感器阵列；
[0031] d.信号采集，
[0032] 通过信号发生器及功率放大器对压电陶瓷传感器阵列中的各个压电陶瓷传感器分别施加电压激励，通过信号采集系统处理分析其余压电陶瓷传感器采集接收的该信号；
[0033] e.多参数的识别，
[0034] 根据接收到信号与发射信号的时间差、传感器间距及土介质的密度计算出土体的弹性模量；根据接收到信号与发射信号电压幅值之比与标定值进行对比，得出土体的含水率及裂缝损伤状况。
[0035] 本实用新型滑坡区岩土材料多参数监测方法通过将压电陶瓷传感器阵列埋置于易发生滑坡的区域，利用压电陶瓷传感器的逆压电效应，对任意一个压电陶瓷传感器施加电压，其中的压电陶瓷片会产生应力波并向四周发射，此时再利用压电陶瓷传感器的正压电效应，即使用其他压电陶瓷传感器接收该应力波，其中的压电陶瓷片产生形变，可输出电压信号，通过发射和接收电压信号的时间差及布置的距离可以计算出土介质的弹性模量；通过电压信号幅值的改变可以判断出土质的含水率的变化及是否发生裂缝损伤。与其它监测方法相比，该方法可靠稳定，成本低，易于实施，适用于量大面广的滑坡区域的工程应用。
[0036] 优选的，所述压电陶瓷传感器的敏感元件为压电陶瓷片；所述包封材料包括两块面积大于所述压电陶瓷片的大理石板，所述压电陶瓷片夹持于两块所述大理石板的中部，所述压电陶瓷片四周、两块大理石板之间填充有环氧树脂。
[0037] 优选的，所述压电陶瓷片呈方形，面积为1cm2；所述大理石板呈方形，面积为2cm2，且长宽比与所述压电陶瓷片相同，厚度为2mm。
[0038] 本实用新型滑坡区岩土材料多参数监测方法的工作原理如下：
[0039] 首先，根据土力学基本原理，推测潜在滑坡面5和滑坡体6的位置，在潜在滑坡面两侧分别优化布置压电陶瓷传感器阵列，依次连接信号发生器2、功率放大器3及一个压电陶瓷传感器，利用信号发生器2发射信号，通过功率放大器3将信号放大后对该压电陶瓷传感器施加电压激励，其余压电陶瓷传感器通过信号采集系统1采集接收该信号，建立土体正常状态下的初始信号幅值之比与初始含水率、压电陶瓷传感器间距的函数关系。这样，功率放大器3与一个压电陶瓷传感器相连，作为激励端发射信号；其余所有压电陶瓷传感器与信号采集系统1相连，作为接收端采集由于激励端的振动产生的电压信号。此过程中，每个压电陶瓷传感器轮流作为发射端与功率放大器相连，其余压电陶瓷传感器作为接收端采集信号。土体的弹性模量可以通过接收发射与接收信号的时间差及传感器的间距及土体密度计算得到，当土体含水率发生变化时，其余压电陶瓷传感器接收到的信号幅值与选取的压电陶瓷传感器发射的信号幅值之比较初始标定值将会发生改变，通过与初始标定值函数关系进行对比，即可得到土体含水率的变化值。当潜在滑坡面产生裂缝时，潜在滑坡面两侧的两个压电陶瓷传感器的幅值会由于裂缝的存在幅值有明显的减小，可以通过接收到电压信号的减小幅度判断裂缝的大小。
[0040] 综上，本实用新型有效的解决了单一传感器无法进行多参数测量的问题，能够实时了解滑坡区岩土的材料性质参数，可用于滑坡发生的预警，有效减少滑坡事故发生及人员伤亡；与其它监测方法相比，该方法可靠稳定，成本低，易于实施，适用于量大面广的滑坡区域的工程应用。
[0041] 以上实施例是参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本实用新型的实质的情况下，都落在本实用新型的保护范围之内。
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