CN108535771B - 一种埋地管道地震监测***及模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种埋地管道地震监测***及模拟实验装置，属于地震监测领域。所述***包括：全站仪、反射棱镜、数字检波器、谐振加速度计、振弦式应变片、数据采集器、终端。反射棱镜、数字检波器和谐振加速度计设置在监测区域的地表；全站仪设置在监测区域***的稳定岩层上，且与反射棱镜相对设置；振弦式应变片设置在管道的外壁上，管道埋在监测区域的土壤中；数据采集器分别与数字检波器、谐振加速度计和振弦式应变片电连接；终端分别与全站仪、数据采集器电连接。本发明通过监测地表沉降和变形量、地震的加速度、地震波谱强度和管道应力对监测区域的管道是否为高危管道进行评估，测量数据较多较全面，监测结果的可靠性和参考价值较高。

Description

一种埋地管道地震监测***及模拟实验装置

技术领域

本发明涉及地震监测领域，特别涉及一种埋地管道地震监测***及模拟实验装置。

背景技术

地震灾害对埋地管道的危害较大，地震后埋地管道可能会发生错位、断裂或者配套设施损坏等问题，发生该问题的管道为高危管道。若对高危管道继续输送介质，可能会造成资源浪费和环境污染。通过对地震进行监测，确定监测区域的管道是否为高危管道。将高危管道两端的截止阀关闭，停止向高危管道内输送介质可以避免资源浪费和环境污染。

现有技术通过在监测区域地表安装谐振加速度计和数字检波器，分别测量地震的振动加速度和地震波谱强度，将测得的振动加速度数值、地震波谱强度数值与预设值进行对比，判断监测区域的管道是否为高危管道。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术仅能测得地震加速度和波谱强度两个参数，无法反映监测区域的地表变形和管道受力状态，监测结果可靠性和参考价值较低。

发明内容

本发明实施例提供了一种埋地管道地震监测***及模拟实验装置，可解决上述技术问题。具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种埋地管道地震监测***，包括：全站仪、反射棱镜、数字检波器、谐振加速度计、振弦式应变片、数据采集器、终端；

所述反射棱镜、所述数字检波器和所述谐振加速度计设置在监测区域的地表；

所述全站仪设置在所述监测区域***的稳定岩层上，且与所述反射棱镜相对设置；

所述振弦式应变片设置在管道的外壁上，所述管道埋在所述监测区域的土壤中；

所述数据采集器分别与所述数字检波器、所述谐振加速度计和所述振弦式应变片电连接；

所述终端分别与所述全站仪、所述数据采集器电连接；

所述全站仪，用于测量地表沉降和变形量，向所述终端发送所述地表沉降和变形量；

所述数字检波器，用于测量地震波谱强度，通过所述数据采集器向所述终端发送所述地震波谱强度；

所述谐振加速度计，用于测量地震加速度，通过所述数据采集器向所述终端发送所述地震加速度；

所述振弦式应变片，用于测量管道应力，通过所述数据采集器向所述终端发送所述管道应力；

所述终端用于比较所述地震加速度与预设加速度阈值、比较所述地震波谱强度与预设波谱强度阈值、比较所述地表沉降与预设地表沉降阈值、比较所述变形量与预设变形量阈值和比较所述管道应力与预设应力阈值，在比较出所述地震加速度超出所述预设加速度阈值、所述地震波谱强度超出所述预设波谱强度阈值、所述地表沉降超出所述预设地表沉降阈值、所述变形量超出所述预设变形量阈值和/或所述管道应力超出所述预设应力阈值，则判定所述管道为高危管道。

在一种可能的设计中，所述全站仪设置在基准桩上；

所述反射棱镜设置在照准桩上。

在一种可能的设计中，所述数字检波器的数量为多个，多个所述数字检波器均匀分布在所述监测区域的地表；

所述谐振加速度计的数量为多个，多个所述谐振加速度计均匀分布在所述监测区域的地表；

所述振弦式应变片的数量为多个，多个所述振弦式应变片均匀分布在所述管道上；

所述终端，用于在任一个所述数字检波器测量的地震波谱强度超出预设波谱强度阈值，任一个所述谐振加速度计测量的地震加速度超出预设加速度阈值和/或任一个所述振弦式应变片测量的管道应力超出预设应力阈值时，判断所述管道为高危管道。

在一种可能的设计中，多个所述振弦式应变片分多组设置在所述管道上，每组均包括多个所述振弦式应变片；

多组所述振弦式应变片沿轴向分布，且每组中的多个所述振弦式应变片沿周向均匀分布在所述管道上。

第二方面，提供了一种埋地管道地震监测模拟实验装置，所述装置包括：驱动单元、实验台和上述任一项所述的埋地管道地震监测***；

所述驱动单元与所述实验台连接，所述实验台的上部设置有沟槽，所述沟槽内有土壤，管道埋在所述土壤中；

所述驱动单元用于驱动所述实验台动作以模拟地震环境，所述埋地管道地震监测***用于测量实验台的地震数据。

在一种可能的设计中，所述驱动单元包括：设置在所述实验台底部的多个支撑架和设置在所述实验台侧面的多个支撑架；

所述支撑架为可伸缩结构。

在一种可能的设计中，所述驱动单元还包括：液压马达和液压油管；

所述液压马达通过所述液压油管与所述支撑架连接，驱动所述支撑架伸缩。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的埋地管道地震监测***，能够测得地表沉降和变形量、地震的加速度、地震波谱强度和管道应力，终端将地表沉降和变形量、地震的加速度、地震波谱强度和管道应力分别与对应的预设阈值进行对比，判定监测区域的管道是否为高危管道。由于测量数据较多较全面，监测结果的可靠性和参考价值较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的埋地管道地震监测***使用时的结构示意图；

图2是本发明实施例提供埋地管道地震监测***中反射棱镜安装在照准桩上的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的埋地管道地震监测模拟实验实验装置的结构示意图。

附图标记分别表示：

1-全站仪，

2-反射棱镜，

3-数字检波器，

4-谐振加速度计，

5-振弦式应变片，

6-数据采集器，

7-终端，

8-基准桩，

9-照准桩，

10-驱动单元，

101-支撑架，

102-液压马达，

103-液压油管，

11-实验台，

X-管道。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

第一方面，本发明实施例提供了一种埋地管道地震监测***，如附图1所示，包括：全站仪1、反射棱镜2、数字检波器3、谐振加速度计4、振弦式应变片5、数据采集器6、终端7；

反射棱镜2、数字检波器3和谐振加速度计4设置在监测区域的地表；

全站仪1设置在监测区域***的稳定岩层上，且与反射棱镜2相对设置；

振弦式应变片5设置在管道X的外壁上，管道X埋在监测区域的土壤中；

数据采集器6分别与数字检波器3、谐振加速度计4和振弦式应变片5电连接；

终端7分别与全站仪1、数据采集器6电连接。

全站仪1，用于测量地表沉降和变形量，向终端7发送地表沉降和变形量；

数字检波器3，用于测量地震波谱强度，通过数据采集器6向终端7发送地震波谱强度；

谐振加速度计4，用于测量地震加速度，通过数据采集器6向终端7发送地震加速度；

振弦式应变片5，用于测量管道应力，通过数据采集器6向终端7发送管道应力。

终端7用于比较地震加速度与预设加速度阈值、比较地震波谱强度与预设波谱强度阈值、比较地表沉降与预设地表沉降阈值、比较变形量与预设变形量阈值和比较管道应力与预设应力阈值，在比较出地震加速度超出预设加速度阈值、地震波谱强度超出预设波谱强度阈值、地表沉降超出预设地表沉降阈值、变形量超出预设变形量阈值和/或管道应力超出预设应力阈值，则判定管道X为高危管道。

以下对本发明实施例提供的埋地管道X地震监测***的工作原理进行说明：

应用时，全站仪1设置在监测区域***的稳定岩层上，反射棱镜2设置在监测区域的地表，全站仪1通过接收反射棱镜2的反射光的变化，能够测得地表沉降和变形量，并向终端7发送地表沉降和变形量。

数字检波器3和谐振加速度计4设置在监测区域的地表，能够分别测得地震波谱强度和地震加速度，地震波谱强度和地震加速度通过数据采集器6传输至终端7。

振弦式应变片5设置在管道X的外壁上，能够测得管道应力，并通过数据采集器6向终端7发送管道应力。

终端7比较地震加速度与预设加速度阈值、比较地震波谱强度与预设波谱强度阈值、比较地表沉降与预设地表沉降阈值、比较变形量与预设变形量阈值和比较管道应力与预设应力阈值，在比较出地震加速度超出预设加速度阈值、地震波谱强度超出预设波谱强度阈值、地表沉降超出预设地表沉降阈值、变形量超出预设变形量阈值和/或管道应力超出预设应力阈值，则判定管道X为高危管道。即，各项数据均小于预设阈值时，管道X不为高危管道，可以正常工作输送介质。一项或者超过一项的数据超过预设值时，判定管道X为高危管道，停止向管道X内输送介质。

可见，本发明实施例提供的埋地管道地震监测***，能够测得地表沉降和变形量、地震的加速度、地震波谱强度和管道应力，终端7将地表沉降和变形量、地震的加速度、地震波谱强度和管道应力分别与对应的预设阈值进行对比，判定监测区域的管道X是否为高危管道。由于测量数据较多较全面，监测结果的可靠性和参考价值较高。

可以理解的是，监测区域为埋地管道X途径区域中的地震多发区域，选取地震多发区域作为监测区域，能够使地震监测发挥作用，避免资源浪费。

其中，地表沉降表示地表在竖直方向的变形程度，变形量表示地表在水平方向的变形程度，在进行地震监测时，用地表沉降和变形量表示管道X的竖直变形程度和水平变形程度。

进一步地，本发明实施例还可以包括设置在监测区域两端的管道X上的电控阀门，电控阀门与终端7电连接，能够根据终端7发出的指令进行启闭。终端7通过接收监测数据并对监测数据进行分析处理，确定监测区域的管道X为高危管道X后，发出指令控制电控阀门关闭，能够控制监测区域两端的输送介质不流入监测区域的高危管道X内，避免介质泄露。电控阀门7可以为截止阀。

数据采集器6用于将监测数据传输至终端7，举例来说，数据采集器6可以为BGK-Micro-40自动化多通道数据采集仪，终端7可以为计算机等。

全站仪1可以为徕卡TCA2003全站仪，使用时反射棱镜2与全站仪1对准，反射棱镜2与全站仪1的距离小于500米，举例来说，可以为1米、100米、200米等。需要对多个位置的地表沉降和变形量进行测量时，可以在多个待测量位置分别设置反射棱镜4，选用一台全站仪1和多个反射棱镜4相对设置，即可对多个位置的地表沉降和变形量进行测量。

使用时，如附图1和附图2所示，全站仪1设置在基准桩8上；反射棱镜2设置在照准桩9上。如此设置，使全站仪1能够接收到反射棱镜2的反射光，减少障碍物对反射光的遮挡，使监测过程顺利进行。

数字检波器3的数量为多个，多个数字检波器3均匀分布在监测区域的地表；谐振加速度计4的数量为多个，多个谐振加速度计4均匀分布在监测区域的地表；振弦式应变片5的数量为多个，多个振弦式应变片5均匀分布在管道X上。终端7，用于在任一个数字检波器3测量的地震波谱强度超出预设波谱强度阈值，任一个谐振加速度计4测量的地震加速度超出预设加速度阈值和/或任一个振弦式应变片5测量的管道应力超出预设阈值时，判断管道X为高危管道。

如此设置，使测得的地震波谱强度、地震加速度、管道X的应力数据为多组，既能够降低测量误差，又能对监测区域内的不同部位的地震参数进行评估，便于获取地震参数在各部位的分布情况。当监测到的任一数字检波器3、任一谐振加速度4和/或任一振弦式应变片5的数据超过各自对应的预设阈值时，即可判定监测区域的管道X为高危管道，将监测区域管道X两侧的截止阀关闭。

进一步地，监测区域的管道X可以包括多段子管道，相邻子管道之间设置有截止阀，且每段子管道上均设置有数字检波器3、谐振加速度4和振弦式应变片5。终端7判断接收到的地震加速度、地震波谱强度和/或管道应力超出对应的预设阈值时，将该监测数据对应的子管道两端的截止阀关闭即可，能够实现地震监测过程的精确化控制。

其中，如附图1所示，多个振弦式应变片5可以分为多组设置在管道X外壁上，多组振弦式应变片5沿轴向均匀分布，且每组振弦式应变片5中的多个振弦式应变片5沿管道X的周向均匀分布，以使监测到的管道上各个位置的管道应力，使测量结果较全面。

振弦式应变5采用上述方式分布时，每段子管道上至少设置有一组振弦式应变片5。

数字检波器3可以为408-DSU3三分量数字检波器3，谐振加速度计4可以为表面硅微单轴MEMS加速度计，振弦式应变片5可以为VK-4100/4150点焊型应变计。VK-4100/4150点焊型应变计通过焊接方式固定在管道X的外壁上，固定效果较好，避免地震时在外力作用下脱落。

第二方面，本发明实施例提供了一种埋地管道地震监测模拟实验装置，如附图3所示，包括：实验台11、驱动单元10和上述任一项的埋地管道地震监测***；

驱动单元10与实验台11连接，实验台11的上部设置有沟槽，沟槽内有土壤，管道X埋在土壤中；

驱动单元10用于驱动实验台11动作以模拟地震环境，埋地管道地震监测***用于测量实验台的地震数据。

进行实验时，管道X埋在实验台沟槽内的土壤中，通过驱动单元10驱动实验台11动作，模拟地震环境，并通过埋地管道地震监测***进行地震数据的测量。一方面，能够对埋地管道地震监测***是否正常工作进行判断。另一方面，通过多次实验中管道X发生变形错位、断裂等问题时的地震数据作为预设阈值，获取高危管道的判断标准。将该判断标准作为预设程序输入终端7中，即可使终端7根据测量数据判断管道X是否为高危管道。

本发明实施例中，如附图3所示，驱动单元10包括：设置在实验台11底部的多个支撑架101和设置在实验台侧面的多个支撑架101；支撑架101为可伸缩结构。通过控制每个支撑架101伸缩至不同的长度，能使实验台处于不同的高度和倾斜程度，达到模拟地震环境的目的。

其中，如附图3所示，驱动单元10可以包括设置在实验台11底部的四个支撑架101和设置在实验台11左侧面的两个支撑架101，四个支撑架101分别设置在实验台11底面的四个顶点处，左侧面的两个支撑架101分别位于左侧面的前端和后端。

对于如何控制支撑架101的伸缩，以下进行示例说明：

驱动单元10还包括：液压马达102和液压油管103；液压马达102通过液压油管103与支撑架101连接，驱动支撑架101伸缩。

通过控制液压马达102的运转，液压驱动支撑架101的伸缩，使支撑架101的伸缩过程可控且劳动强度较低。

液压马达102可以与终端7电连接，根据终端7发出的指令控制液压马达102的运转，对支撑架101的伸缩进行控制，模拟出符合预期的实验台振动情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种埋地管道地震监测***，其特征在于，包括：全站仪(1)、反射棱镜(2)、数字检波器(3)、谐振加速度计(4)、振弦式应变片(5)、数据采集器(6)、终端(7)、电控阀门；

所述反射棱镜(2)、所述数字检波器(3)和所述谐振加速度计(4)设置在监测区域的地表；

所述全站仪(1)设置在所述监测区域***的稳定岩层上，且与所述反射棱镜(2)相对设置；

所述振弦式应变片(5)设置在管道(X)的外壁上，所述管道(X)埋在所述监测区域的土壤中；

所述数据采集器(6)分别与所述数字检波器(3)、所述谐振加速度计(4)和所述振弦式应变片(5)电连接；

所述终端(7)分别与所述全站仪(1)、所述数据采集器(6)和所述电控阀门电连接；

所述全站仪(1)，用于测量地表沉降和变形量，向所述终端(7)发送所述地表沉降和变形量；

所述数字检波器(3)，用于测量地震波谱强度，通过所述数据采集器(6)向所述终端(7)发送所述地震波谱强度；

所述谐振加速度计(4)，用于测量地震加速度，通过所述数据采集器(6)向所述终端(7)发送所述地震加速度；

所述振弦式应变片(5)，用于测量管道应力，通过所述数据采集器(6)向所述终端(7)发送所述管道应力；

所述管道(X)包括多段子管道，相邻子管道之间设置有所述电控阀门，每段所述子管道上均设置有所述数字检波器(3)和所述谐振加速度计(4)；

所述振弦式应变片(5)分为多组，多组所述振弦式应变片(5)沿所述管道(X)的轴向均匀分布，每段所述子管道上至少设置一组所述振弦式应变片(5)，每组所述振弦式应变片(5)中包括多个沿所述管道(X)的周向均匀分布的振弦式应变片(5)；

所述终端(7)用于比较所述地震加速度与预设加速度阈值、比较所述地震波谱强度与预设波谱强度阈值、比较所述地表沉降与预设地表沉降阈值、比较所述变形量与预设变形量阈值和比较所述管道应力与预设应力阈值，在比较出所述地震加速度超出所述预设加速度阈值、所述地震波谱强度超出所述预设波谱强度阈值、所述地表沉降超出所述预设地表沉降阈值、所述变形量超出所述预设变形量阈值和/或所述管道应力超出所述预设应力阈值，则判定所述管道(X)为高危管道；

所述终端还用于当监测到任一数字检波器(3)、任一谐振加速度计(4)和/或任一振弦式应变片(5)的数据超过各自对应的预设阈值时，将该数据对应的子管道两端的所述电控阀门关闭。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述全站仪(1)设置在基准桩(8)上；

所述反射棱镜(2)设置在照准桩(9)上。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述数字检波器(3)的数量为多个，多个所述数字检波器(3)均匀分布在所述监测区域的地表；

所述谐振加速度计(4)的数量为多个，多个所述谐振加速度计(4)均匀分布在所述监测区域的地表；

所述振弦式应变片(5)的数量为多个，多个所述振弦式应变片(5)均匀分布在所述管道(X)上；

所述终端(7)，用于在任一个所述数字检波器(3)测量的地震波谱强度超出预设波谱强度阈值，任一个所述谐振加速度计(4)测量的地震加速度超出预设加速度阈值和/或任一个所述振弦式应变片(5)测量的管道应力超出预设应力阈值时，判断所述管道(X)为高危管道。

4.一种埋地管道地震监测模拟实验装置，其特征在于，所述装置包括：驱动单元(10)、实验台(11)和权利要求1-3任一项所述的埋地管道地震监测***；

所述驱动单元(10)与所述实验台(11)连接，所述实验台(11)的上部设置有沟槽，所述沟槽内有土壤，管道(X)埋在所述土壤中；

所述驱动单元(10)用于驱动所述实验台(11)动作以模拟地震环境，所述埋地管道地震监测***用于测量实验台(11)的地震数据。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述驱动单元(10)包括：设置在所述实验台(11)底部的多个支撑架(101)和设置在所述实验台侧面的多个支撑架(101)；

所述支撑架(101)为可伸缩结构。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述驱动单元(10)还包括：液压马达(102)和液压油管(103)；

所述液压马达(102)通过所述液压油管(103)与所述支撑架(101)连接，驱动所述支撑架(101)伸缩。