專利名稱：準分布式拉桿裂縫位移監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子監(jiān)測裝置，尤其是一種準分布式拉桿裂縫位移監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
中國是地質(zhì)災(zāi)害最為嚴重的國家之一，滑坡、崩塌、泥石流在汛期頻繁發(fā)生，造成巨大的人員和經(jīng)濟損失。而對裂縫位移的監(jiān)測是一種公認的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測的手段，通過對地表裂縫位移變化的監(jiān)測，可以提前探測滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，達到預(yù)警的目的。目前市面上適合于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測用的裂縫位移計、位移計有很多，但是絕大多數(shù)產(chǎn)品都是對裂縫進行單通道或者簡單的多通道測量，很少有通過一根電纜將多個裂縫位移傳感器串接在一起進行統(tǒng)一監(jiān)測的產(chǎn)品。隨著電子技術(shù)及無線傳輸技術(shù)的發(fā)展，人們裂縫位移監(jiān)測提出了新的要求多通道、分布式、自動監(jiān)測、遠程傳輸。因此，具有分布式、實時采集和遠程傳輸?shù)牧芽p位移監(jiān)測裝置就顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種準分布式拉桿裂縫位移監(jiān)測裝置，該裝置具有分布式、自動采集、遠程傳輸?shù)奶攸c，只需要一根多芯電纜即可串接多個拉桿裂縫位移傳感器。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種準分布式拉桿裂縫位移監(jiān)測裝置，其特征在于此監(jiān)測裝置由傳感器切換裝置I和監(jiān)測儀器組成，監(jiān)測儀器包括傳感器驅(qū)動部分2、電壓電流測量部分3、微處理器控制部分4、無線發(fā)射部分5和電源部分6，傳感器切換裝置部分I為單獨的部分，每個傳感器切換裝置與裂縫位移傳感器相連接后再串接至監(jiān)測儀器端；傳感器驅(qū)動部分2包括恒流源電路21和編碼器驅(qū)動電路22 ;電壓電流測量部分3分別均有前置放大電路31連接濾波電路32，濾波電路32連接主放電路33組成；微處理器部分4由STM32核心處理單元41分別連接U盤存儲電路42、IXD1602顯示電路43和按鍵輸入電路44 ;無線發(fā)射部分5由GSM無線傳輸模塊組成；電源部分6由鋰電池和三段穩(wěn)壓器組成上述各部分的連接關(guān)系如下傳感器驅(qū)動部分2的恒流源電路21、編碼器驅(qū)動電路22、電壓電流測量部分3的前置放大電路31均接至第一級傳感器切換裝置I的前級輸入11，第一級傳感器切換裝置的次級輸出12下一級傳感器切換裝置的前級輸入11，各傳感器接口 13接裂縫位移傳感器；前置放大電路31的輸出單向連接至濾波電路32，濾波電路的輸出單向連接至主放電路33，主放大電路33的輸出單向連接至STM32核心處理單元41的AD轉(zhuǎn)換器，按鍵輸入電路44單向連接至STM32微控制器41，STM32核心處理單元41與IXD1602顯示電路43、U盤存儲電路42及無線發(fā)射部分5，同時電源部分產(chǎn)生系統(tǒng)需要的9V和5V電壓；傳感器切換裝置1，包括前級輸入接口 11、次級輸出接口 12、傳感器接口 13、編碼器電路14、繼電器電路15組成。上述各部分的連接關(guān)系如下前級輸入接口 11用于與前級傳感器切換裝置相接，次級輸出接口 12用于與下級傳感器切換裝置相接，傳感器接口 13用于與裂縫位移傳感器相接，各級傳感器切換裝置通過一根多芯電纜串接后再連接至監(jiān)測儀器端的恒流源電路21、編碼器驅(qū)動電路22、電壓電流測部分的前置放大電路31，編碼器電路14的輸出與繼電器電路15相接，繼電器電路15的輸出與傳感器接口 13相接。本發(fā)明所述的準分布式拉桿裂縫位移監(jiān)測裝置有益效果為僅使用一根多芯電纜即可將多個拉桿位移傳感器串接在一起，實現(xiàn)對地面、巖石裂縫的準分布式、遠距離的自動監(jiān)測。


圖I是本發(fā)明所述的準分布式拉桿裂縫位移監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖中1、傳感器切換裝置；2、傳感器驅(qū)動部分；3、電壓電流測量部分；4、微控制器部分；5、無線傳輸部分；6、電源部分；21、恒流源電路；22、編碼器驅(qū)動電路；31、前置放大電路；32、濾波電路；33、主放電路；41、STM32微控制器；42、U盤存儲電路；43、LCD1602顯示 電路、44、按鍵輸入電路；5、無線傳輸部分；6、電源部分。圖2是本發(fā)明所述的傳感器切換裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖中11、前級輸入接口 ；12、次級輸出接口 ；13、傳感器接口 14、編碼器電路14 ；
15、繼電器電路。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明所述的準分布式拉桿裂縫位移監(jiān)測裝置，由傳感器切換裝置和監(jiān)測儀器組成，監(jiān)測儀器包括傳感器驅(qū)動部分2、電壓電流測量部分3、微處理器控制部分4、無線發(fā)射部分5和電源部分6。所述傳感器切換裝置包括前級輸入接口、次級輸出接口、傳感器接口、編碼器電路、繼電器電路組成。編碼器的控制輸入端通過前接接口與監(jiān)測裝置的STM32微控制器相接，前級輸入接口用于與前級傳感器切換裝置相接，次級輸出接口用于與下級傳感器切換裝置相接，傳感器接口用于與裂縫位移傳感器相接，各級傳感器切換裝置通過一根多芯電纜串接后再連接至監(jiān)測儀器端。每個傳感器切換電路的編碼器電路都有一個唯一的ID號，監(jiān)測儀器端的STM32微控制器通過編碼器驅(qū)動電路發(fā)送命令選定某個編碼器，再通過編碼器電路去控制繼電器的通斷，從而控制監(jiān)測儀器與各拉桿位移傳感器的連接與否。所述傳感器驅(qū)動部分2由恒流源電路21和編碼器驅(qū)動電路22組成。恒流源電路產(chǎn)生用于驅(qū)動拉桿位移傳感器所需要的恒定電流，從而有利于遠距離傳輸；編碼器驅(qū)動電路用于產(chǎn)生驅(qū)動傳感器切換裝置的編碼器的驅(qū)動電壓。所述電壓電流測量部分3是兩個獨立的測量通道，其均由前置放大電路31、濾波電路32、主放電路33組成。其中一個通道測量傳感器的輸出電壓，另一個通道測量測量串接在傳感器之后的采樣電阻上的電壓，也即對流經(jīng)傳感器上的電流進行測量。傳感器輸出的電壓先經(jīng)過前置放大電路，前置放大電路的最大輸出電壓設(shè)定為10V，為了最大限度的濾除測量信號中的干擾信號，前置放大電路輸出的信號先經(jīng)過電阻網(wǎng)絡(luò)分壓1/5，再經(jīng)過低通濾波電路濾除高頻干擾信號,再輸入主放電路放大I. 5倍，主放電路的輸出電壓范圍在(Γ3. 0V，滿足STM32微控制器的AD所需要的(Γ3. 3V的電壓范圍；采樣電阻上的電壓先經(jīng)過前置放大電路放大10被后，進入低通濾波電路濾除高頻干擾信號，再進入主放電路放大I. 5倍，主放電路的輸出電壓范圍在(Γ3. OV,同樣滿足STM32微控制器的AD所需要的0 3. 3V的電壓范圍。所述微處理器控制部分4由STM32微控制器41、U盤存儲電路42、液晶顯示屏43及按鍵輸入44組成。STM32微控制器41是數(shù)據(jù)采集處理的核心，其自帶12位的AD轉(zhuǎn)換器用于轉(zhuǎn)換從電壓測量通道和電流測量通道輸入的電壓值，自帶的多串口用于驅(qū)動U盤存儲電路42、及無線發(fā)射部分5，其GPIO 口用于驅(qū)動液晶顯示器IXD1602。。所述無線傳發(fā)射部分由GSM無線傳輸模塊組成，其負責將將STM32微控制器采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)射到控制中心，控制中心通過采集軟件接收STM32微控制器所發(fā)射的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對地面裂縫的遠距離監(jiān)測。所述供電部分由鋰電池和三端穩(wěn)壓芯片組成，其提供監(jiān)測裝置工作所需要的9V和5V電壓。
所述的準分布式拉桿裂縫位移監(jiān)測裝置的工作原理為先將拉桿裂縫位移傳感器安裝在地表裂縫處，再使用一根多芯電纜通過傳感器切換裝置將各傳感器串接在一起后接入監(jiān)測儀器端，微控制器部分的STM32微控制器通過編碼器控制數(shù)據(jù)線向各傳感器切換裝置寫入命令，只有符合要求ID的編碼器才會響應(yīng)STM32微控制器的命令，從而通過繼電器電路控制傳感器與恒流源電路、電壓電流測量部分及采樣電阻相連接。當被測裂縫發(fā)生變化時，帶動位移傳感器拉桿產(chǎn)生位移，通過轉(zhuǎn)換機構(gòu)傳遞給滑動式電阻器，滑動式電阻器將位移物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柫浚?jīng)電纜傳輸至監(jiān)測裝置主機；STM32微控制器通過發(fā)送不同的命令，從而可以輪流的將串接在同一根電纜上所有的拉桿裂縫位移傳感器與監(jiān)測裝置主機的恒流源電路、電壓電流測量部分及采樣電阻相連接，從而完成對所有傳感器的控制及采樣。傳感器的輸出電壓依次經(jīng)過電壓測量通道的前置放大電路3、濾波電路和主放電路，轉(zhuǎn)換為符合STM32微控制器的AD范圍的(Γ3. OV電壓，從而獲得傳感器輸出的電壓大小，同時串接在傳感器之后的采樣電阻上的電壓依次經(jīng)過電流測量通道的前置放大電路、濾波電路和主放電路，轉(zhuǎn)換為符合STM32微控制器4的AD范圍的(Γ3. OV電壓，從而獲得流經(jīng)傳感器的電流的大小。通過電壓測量通道測量的電壓和電流測量通道所測得的電流值即可算出拉桿裂縫位移傳感器此刻的電阻值，再依據(jù)拉桿裂縫位移傳感器的總電阻值和總的行程范圍即可算出此刻拉桿移動的距離，也即可得出裂縫位移的大小，進而計算出移動的位移和移動速度。
權(quán)利要求
1.一種準分布式拉桿裂縫位移監(jiān)測裝置，其特征在于此監(jiān)測裝置由傳感器切換裝置(I)連接監(jiān)測儀器組成，監(jiān)測儀器包括傳感器驅(qū)動部分(2)、電壓電流測量部分(3)、微處理器控制部分(4)、無線發(fā)射部分(5)和電源部分(6)，傳感器切換裝置部分(I)為單獨的部分，每個傳感器切換裝置與裂縫位移傳感器相連接后再串接至監(jiān)測儀器端；傳感器驅(qū)動部分(2 )包括恒流源電路(21)和編碼器驅(qū)動電路(22 );電壓電流測量部分(3 )分別均有前置放大電路(31)連接濾波電路(32)，濾波電路(32)連接主放電路(33)組成；微處理器部分(4)由STM32核心處理單元(41)分別連接U盤存儲電路(42)、LCD1602顯示電路(43)和按鍵輸入電路(44);無線發(fā)射部分(5)由GSM無線傳輸模塊組成；電源部分(6)由鋰電池和三段穩(wěn)壓器組成上述各部分的連接關(guān)系如下 傳感器驅(qū)動部分(2)的恒流源電路(21)、編碼器驅(qū)動電路(22)、電壓電流測量部分(3)的前置放大電路(31)均接至第一級傳感器切換裝置(I)的前級輸入(11 )，第一級傳感器切換裝置的次級輸出(12)下一級傳感器切換裝置的前級輸入(11 )，各傳感器接口( 13)接裂縫位移傳感器；前置放大電路(31)的輸出單向連接至濾波電路(32)，濾波電路的輸出單向連接至主放電路(33)，主放大電路(33)的輸出單向連接至STM32核心處理單元(41)的AD轉(zhuǎn)換器，按鍵輸入電路(44)單向連接至STM32微控制器(41)，STM32核心處理單元(41)與IXD1602顯示電路(43)、U盤存儲電路(42)及無線發(fā)射部分(5)，同時電源部分產(chǎn)生系統(tǒng)需要的9V和5V電壓； 傳感器切換裝置(I )，包括前級輸入接口( 11 )、次級輸出接口( 12)、傳感器接口( 13)、編碼器電路(14)、繼電器電路(15)組成上述各部分的連接關(guān)系如下 前級輸入接口(11)用于與前級傳感器切換裝置相接，次級輸出接口(12)用于與下級傳感器切換裝置相接，傳感器接口(13)用于與裂縫位移傳感器相接，各級傳感器切換裝置通過一根多芯電纜串接后再連接至監(jiān)測儀器端的恒流源電路(21)、編碼器驅(qū)動電路(22)、電壓電流測部分的前置放大電路(31)，編碼器電路(14)的輸出與繼電器電路(15)相接，繼電器電路(15)的輸出與傳感器接口(13)相接。
全文摘要
一種準分布式拉桿裂縫位移監(jiān)測裝置包括傳感器切換裝置和監(jiān)測儀器組成，監(jiān)測儀器包括傳感器驅(qū)動部分、電壓電流測量部分、微處理器控制部分及無線發(fā)射部分。所述傳感器切換部分負責各傳感器之間的切換；傳感器驅(qū)動部分向裂縫位移傳感器輸入恒定的電流及負責與傳感器的控制接口；電壓電流測量部分為兩個獨立的測量通道，每個通道均由前置放大電路、濾波電路組成，主放電路組成，分別負責傳感器輸出電壓和采樣電壓的放大濾波處理；控制傳感器切換部分在各傳感器之間互相切換、數(shù)據(jù)的采集存儲顯示等功能；無線發(fā)射部分將采集的數(shù)據(jù)通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)射到控制中心；其效果實現(xiàn)了通過一根電纜對多個裂縫位移傳感器的監(jiān)測。
文檔編號G01B7/02GK102967254SQ20121047394
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者張青, 張曉飛, 史彥新, 孟憲瑋, 呂中虎, 郝文杰, 韓永溫, 曾克 申請人:中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心