一种连杆式自供电滑坡压力监测传感器 |
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| 申请号 | CN202311580333.1 | 申请日 | 2023-11-24 | 公开(公告)号 | CN117824894A | 公开(公告)日 | 2024-04-05 |
| 申请人 | 湖北省电力规划设计研究院有限公司; 中国地质大学(武汉); | 发明人 | 黄河; 戴明松; 吴川; 徐卓知; 王红伟; 李漪; 彭斌; 韩昀; 田其; 丁亚洲; 谭瑞山; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 连杆 式自供电滑坡压 力 监测 传感器 ，包括 外壳 ，外壳上开设连杆孔，外壳内设置第一滑槽和第二滑槽，第一滑槽和第二滑槽对称布置在一条直线上，第一滑槽和第二滑槽内均设置感应 电极 ；第一滑槽内滑动设置第一滑 块 ，第一滑块与第一滑槽的第一端弹性连接，第二滑槽内滑动设置第二滑块，第二滑块与第二滑槽的第一端弹性连接，第一滑槽的第一端和第二滑槽的第一端对称布置；第一滑块和第二滑块上设置有第一PTFE摩擦层，第一PTFE摩擦层用于与感应电极感应起电，第一滑块上转动设置第一检测杆，第二滑块上转动设置第二检测杆，第一检测杆和第二检测杆的一端均通过连杆孔伸出外壳并铰接。本发明不需要定期更换电源，十分适合在野外使用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种连杆式自供电滑坡压力监测传感器，其特征在于：包括外壳(1)，所述外壳(1)上开设连杆孔(2)，所述外壳(1)内设置第一滑槽(4)和第二滑槽(5)，所述第一滑槽(4)和第二滑槽(5)对称布置在一条直线上，所述第一滑槽(4)和第二滑槽(5)内均设置感应电极(6)； |
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| 说明书全文 | 一种连杆式自供电滑坡压力监测传感器技术领域[0001] 本发明涉及滑坡监测技术领域，具体涉及一种连杆式自供电滑坡压力监测传感器。 背景技术[0002] 山体滑坡是指山体斜坡上某一部分岩土在自身重力及地下水的动静压力作用下，沿着一定的软弱结构面产生剪切位移而整体地向斜坡下方移动的作用和现象，是常见地质灾害之一。山体滑坡不仅会造成一定的经济损失，更会产生一系列严重的次生灾害如泥石流等。因此国内外对山体滑坡及其监测和预防的研究层出不穷。 [0003] 在滑坡监测系统中，对滑坡压力的监测是一项重要课题。通过对各种滑坡机理的研究，人们发现在山体滑坡发生前往往伴随着压力的变化，因此对滑坡压力的监测也能有效对可能发生的山体滑坡进行预警。传统的压力传感器大致可以分为压阻式压力传感器、陶瓷压力传感器、扩散硅压力传感器、蓝宝石压力传感器以及压电式压力传感器，其中压阻式压力传感器和压电式压力传感器的运用最为广泛。压阻式压力传感器利用电阻应变片随机械形变而产生阻值变化的原理，当监测到压力变化时，电阻应变片的阻值产生变化导致传感器产生信号；压电式压力传感器则是利用压电效应对外部压力实现监测。但以上传感器均存在需要外部电源的问题，无法在野外复杂环境下长期使用。 发明内容[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种连杆式自供电滑坡压力监测传感器，包括外壳，所述外壳上开设连杆孔，所述外壳内设置第一滑槽和第二滑槽，所述第一滑槽和第二滑槽对称布置在一条直线上，所述第一滑槽和第二滑槽内均设置感应电极； [0006] 所述第一滑槽内滑动设置第一滑块，所述第一滑块通过第一弹性件与第一滑槽的第一端弹性连接，所述第二滑槽内滑动设置第二滑块，所述第二滑块通过第二弹性件与第二滑槽的第一端弹性连接，所述第一滑槽的第一端和第二滑槽的第一端对称布置； [0007] 所述第一滑块和第二滑块上设置有第一PTFE摩擦层，所述第一滑块上转动设置第一检测杆，所述第二滑块上转动设置第二检测杆，所述第一检测杆和第二检测杆的一端均通过连杆孔伸出外壳并铰接，所述第一检测杆和第二检测杆受到外力时能带动第一滑块和第二滑块滑动，使得第一PTFE摩擦层与第一滑槽和第二滑槽内的感应电极感应起电。 [0008] 本发明的第一检测杆的一端与第一滑块铰接，第一检测杆的另一端与第二检测杆铰接，第二检测杆的一端与第二滑块铰接，第二检测杆的另一端与第一检测杆铰接，当边坡滑坡发生前，边坡上的滑动体会有下滑趋势，第一检测杆和第二检测杆的连接处会受到滑动体的压力，使得第一检测杆和第二检测杆被压入外壳内，第一检测杆和第二检测杆分别带动第一滑块和第二滑块在第一滑槽和第二滑槽内滑动，滑动过程中，第一PTFE摩擦层会与第一滑槽和第二滑槽内的感应电极相接触感应起电，从而可根据产生的电信号判断是否会发生滑坡，此外，第一检测杆和第二检测杆受力大小的不同第一滑块和第二滑块的滑动速度也不同，因此该传感器也能对外力大小进行标定从而判断其大致范围。 [0009] 进一步地，所述第一滑槽和第二滑槽沿外壳的长度方向布置。 [0010] 本发明的第一滑槽和第二滑槽沿外壳的长度方向布置，能够提高第一滑块和第二滑块滑动范围，从而提高该传感器的检测范围。此外还可以采用不同弹性系数的第一弹性件和第二弹性件来调整该传感器的检测范围。 [0011] 在一些实施例中，所述第一滑槽的第一端和第二滑槽的第一端均靠近外壳的中部。 [0012] 在一些实施例中，所述第一滑槽的第一端和第二滑槽的第一端均靠近外壳的两端。 [0013] 本发明的第一滑槽的第一端和第二滑槽的第一端的布置方式有两种；当第一滑槽的第一端和第二滑槽的第一端均靠近外壳的中部时，第一滑块和第二滑块受到检测杆的作用后会向外壳的两端滑动，会拉动第一弹性件和第二弹性件；当第一滑槽的第一端和第二滑槽的第一端均靠近外壳的两端时，第一滑块和第二滑块受到检测杆的作用后同样会向外壳的两端滑动，会挤压第一弹性件和第二弹性件。 [0014] 进一步地，所述第一滑槽和第二滑槽内的感应电极沿第一滑槽和第二滑槽的长度方向均匀间隔布置。 [0015] 本发明的感应电极均匀间隔布置，使得第一滑块和第二滑块的滑动距离越长，产生的电信号越大。 [0016] 进一步地，所述外壳内设置立板，所述第一滑槽和第二滑槽均开设在所述立板的一侧，所述立板的另一侧设置两个挡板，所述挡板、立板、外壳形成腔体，所述腔体内活动设置小球，所述小球表面布置第二PTFE摩擦层，所述挡板位于腔体内的一侧设置感应电极，用于与第二PTFE摩擦层感应起电。 [0017] 本发明通过设置带有第二PTFE摩擦层的小球，当边坡失稳或即将失稳发生震动时，小球会在两个挡板之间来回跳动，小球上的第二PTFE摩擦层会与挡板上的感应电极接触产生电信号，从而判断边坡是否会有失稳的可能。 [0018] 进一步地，所述连杆式自供电滑坡压力监测传感器设置在边坡内部的阻滑段，所述第一检测杆和第二检测杆伸出外壳的一端朝向边坡内部。 [0019] 本发明的传感器设置在边坡内部的阻滑段，并且第一检测杆和第二检测杆伸出外壳的一端朝向边坡内部，当边坡的滑动体发生位移后，滑动体能够直接挤压第一检测杆和第二检测杆，从而使该传感器测得电信号。 [0020] 本发明的有益效果为：本发明的第一检测杆的一端与第一滑块铰接，第一检测杆的另一端与第二检测杆铰接，第二检测杆的一端与第二滑块铰接，第二检测杆的另一端与第一检测杆铰接，当边坡滑坡发生前，边坡上的滑动体会有下滑趋势，第一检测杆和第二检测杆的连接处会受到滑动体的压力，使得第一检测杆和第二检测杆被压入外壳内，第一检测杆和第二检测杆分别带动第一滑块和第二滑块在第一滑槽和第二滑槽内滑动，滑动过程中，第一PTFE摩擦层会与第一滑槽和第二滑槽内的感应电极相接触感应起电，从而可根据产生的电信号判断是否会发生滑坡，不需要定期更换电源，十分适合在野外使用；此外，第一检测杆和第二检测杆受力大小的不同第一滑块和第二滑块的滑动速度也不同，因此该传感器也能对外力大小进行标定从而判断其大致范围。附图说明 [0021] 图1为本发明的结构示意图； [0022] 图2为本发明的内部结构示意图； [0023] 图3为本发明的第一PTFE摩擦层与感应电极的布置结构图； [0024] 图4为本发明使用状态下的结构示意图。 [0025] 附图标记：外壳1；连杆孔2；立板3；第一滑槽4；第二滑槽5；感应电极6；第一滑块7；第二滑块8；第一PTFE摩擦层9；第一检测杆10；第二检测杆11；挡板12；第二PTFE摩擦层13； 小球14；端盖15；第一弹性件16；第二弹性件17。 具体实施方式[0026] 为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。 [0027] 如图1所示，本实施例提供一种连杆式自供电滑坡压力监测传感器，包括圆柱形的外壳1，外壳1的两端通过端盖15密封，端盖15与外壳1通过螺纹连接，外壳1的表面开设连杆孔2，连杆孔2呈长条状，其长度方向平行于外壳1的长度方向。 [0028] 如图2所示，端盖15的内侧设置卡槽，外壳1内设置立板3，立板3的两端通过卡槽固定在端盖15上，立板3面向连杆孔2布置，立板3面向连杆孔2的一侧开设第一滑槽4和第二滑槽5，第一滑槽4和第二滑槽5均沿外壳1长度方向布置，第一滑槽4和第二滑槽5对称布置在一条直线上，第一滑槽4和第二滑槽5内的底部均设置感应电极6，感应电极6呈片状，沿第一滑槽4和第二滑槽5的长度方向均匀间隔布置。 [0029] 第一滑槽4和第二滑槽5内分别滑动设置第一滑块7和第二滑块8，第一滑块7通过第一弹性件16与第一滑槽4的第一端弹性连接，第二滑块8通过第二弹性件17与第二滑槽5的第一端弹性连接，本实施例中，第一弹性件16和第二弹性件17均为弹簧，图2中，第一弹性件16的左端与第一滑块7的右侧固定连接，第一弹性件16的右端与第一滑槽4的右端固定连接，第二弹性件17的右端与第二滑块8的左侧固定连接，第二弹性件17的左端与第二滑槽5的左端固定连接。 [0030] 如图3所示，第一滑块7和第二滑块8的底端均设置第一PTFE摩擦层9，第一PTFE摩擦层9能够与感应电极6摩擦产生电信号。 [0031] 如图2所示，第一滑块7和第二滑块8上分别设置第一检测杆10和第二检测杆11，第一检测杆10的一端与第一滑块7铰接，第一检测杆10的另一端从连杆孔2伸出外壳1，第二检测杆11的一端与第二滑块8铰接，第二检测杆11的另一端从连杆孔2伸出外壳1并与第一检测杆10伸出外壳1的一端铰接。可以理解的是，朝向外壳1内的力作用在第一检测杆10和第二检测杆11上时，第一检测杆10和第二检测杆11会推动第一滑块7和第二滑块8向外壳1的两端滑动，滑动过程中，第一PTFE摩擦层9能够与感应电极6摩擦产生电信号，从而可以根据电信号对滑坡进行预警。 [0032] 如图2所示，立板3远离连接孔的一侧固定设置两个挡板12，两个挡板12垂直于立板3，两个挡板12、外壳1以及立板3之间形成腔室，腔室内设置小球14，小球14可在腔室内随意滚动，小球14的外表面包裹第二PTFE摩擦层13，两个挡板12位于腔室的一侧均固定设置感应电极6。可以理解的是，当外壳1受到外界震动的影响时，小球14会在两个挡板12之间来回碰撞，当小球14上的第二PTFE摩擦层13碰撞到挡板12上的感应电极6时，会产生电信号，从而可以根据电信号对滑坡进行预警。 [0033] 本实施例中，感应电极6均采用铜电极。 [0034] 如图4所示，连杆式自供电滑坡压力监测传感器沿边坡的推测滑移带放置多个，当要发生滑坡时，推测滑移带上方的土体会向第一检测杆10和第二检测杆11施加压力，并且推测滑移带上方的土体发生微小位移时会使土体发生震动从而使小球14运动。此外，为了避免连杆孔被边坡碎石卡死，该传感器埋置的位置可采用泥土包裹。 [0035] 该连杆式自供电滑坡压力监测传感器的工作原理为： [0036] 第一检测杆10和第二检测杆11可以对外部压力信号进行监测，腔体内的小球14则可以用于收集工作环境中的振动能量进行监测。当传感器安装的周边环境发生振动时，位于两侧挡板12之间的小球14会在挡板12之间来回跳动，小球14表面的第二PTFE摩擦层13与挡板12上的感应电极6摩擦起点，因此挡板12上的感应电极6会感应产生电信号。 [0037] 当第一检测杆10和第二检测杆11伸出外壳1的部分受到外力作用时，第一检测杆10和第二检测杆11会带动第一滑块7和第二滑块8向两边的端盖15移动，此时附着在第一滑块7和第二滑块8底面的第一PTFE摩擦层9会与附着在滑轨底部的感应电极6相接触从而感应产生电信号，当单位时间内的电信号达到阈值即产生滑坡预警。不同的外力产生的电信号也不同，因此传感器也能对外力大小进行标定从而判断其大致范围。 [0038] 该连杆式自供电滑坡压力监测传感器利用摩擦起电效应将无处不在的摩擦能量转化为电能，基于水平接触滑动模式实现压力监测。当传感器受到滑坡压力作用时，会产生相应的电信号，从而实现对滑坡压力的监测。本发明不需要外部供电，因此不需要定期更换电源，十分适合在野外使用。 [0039] 以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。 |
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