CN208109170U - 一种监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种监测装置，其可以用于监测山体、地面、桥梁、隧道、水坝、楼房、油气管线及输水管线、线杆、公路、铁轨、建筑文物等的实时状况。监测装置包括平铺于被监测对象表面或固定于被监测对象内部以探测被监测对象的活动信号的信号监测器、用于收集并储存活动信号的信号收集器以及用于将活动信号传输出去的信号传输器，信号收集器一端与信号监测器电连接，信号收集器的另一端与信号传输器电连接，监测装置还包括用于提供电能的供电器以及多个用于将信号监测器固定于被监测对象表面或内部的固定件。本实用新型可以用于监测山体的实时状况，及时预警山体的滑坡和开裂，以便及时采取应对措施，减少财产损失。

Description

一种监测装置

技术领域

本实用新型涉及监测设备领域，尤其涉及一种监测装置。

背景技术

目前，经常有关于山体、地面、桥梁、隧道、水坝、楼房、油气管线及输水管线、线杆、道路等相关的自然灾害和事故的报道。

山体滑坡、泥石流、地震等自然灾害会给国家和人民带来重大的生命和财产损失，例如，2010年舟曲泥石流造成1557遇难284人失踪，经济损失133亿。

中国有约80万座桥梁，由于施工不当、环境因素影响、自然灾害和人为破坏等原因，目前存在大量的隐患，这些隐患会造成重大安全责任事故，并给国家和人民带来重大的损失。

截止至2015年，我国油气长输管线总里程10.87万公里，占比最高为天然气管道，目前总长度约6.4万公里。按照《十三五规划》，至2020年年底，我国油气长输管道里程数将达到16.9万公里，届时的总里程数将为2015年的1.555倍，5年内新增里程数为6.03万公里。

截止至2015年，全国现有的供水、排水、燃气和供热这4类市政基础设施地下管线长度已超172万公里，目前仍以每年10万公里的速度递增。

对这些管线进行实时监测，是安全生产中非常重要的一环。因为油气管线的泄露会带来经济损失和重大的安全事故，比如2013年的11·22青岛输油管道***事件就是由输油管线破裂导致的，该事故被认定为责任事故，事故共造成62人死亡、136人受伤，直接经济损失7.5亿元。

2014年我国水库总数为97,735座，是世界上拥有水库大坝最多的国家，其中95％以上为土石坝，95％以上是上个世纪80年代以前建设的老坝。我国水库大坝数量多，土石坝多，出险的几率就高，对安全风险绝对不可掉以轻心。

水坝(或者堤坝)的主要问题和险情可分为裂缝、渗漏、背水滑塌、临水崩塌、漫溢和决口等六类，对这些险情的防范和预警非常重要。

飓风、雪灾、老化等因素均会造成输电塔、线杆和广告牌的折断和倒塌，这会给电力***、工农业生产、建筑物、车辆、人员等带来重大损失和伤害。比如2008年中国南方雪灾，由于冰雪覆盖在电缆上，压垮折断塔桥和电线杆不计其数，许多山区电网在短期内无法修复。

因此，需通过各种技术手段和装置对上述山体、建筑物或物体进行活动信号的监测，从而实时掌握并预警它们的活动状况，以及发生险情时，能及时采取防灾和救灾措施，减少国家和人民群众生命和财产的损失。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种监测装置，旨在解决如何对山体的活动信号进行监测的问题。

本实用新型是这样实现的，一种监测装置，用于实时监测被监测对象的活动信号，包括平铺于被监测对象表面或固定于被监测对象内部以探测被监测对象的活动信号的信号监测器、用于收集并储存所述活动信号的信号收集器以及用于将所述活动信号向外传输的信号传输器，所述信号收集器一端与所述信号监测器电连接，所述信号收集器的另一端与所述信号传输器电连接，所述监测装置还包括用于向信号监测器、信号收集器以及信号传输器提供电能的供电器。

进一步地，所述信号监测器包括布置于被监测对象上且由可弯折和可伸缩的弹性材料制成的多根管道，各所述管道内填充有能够发生形变且在其发生形变后电学信号产生变化的电导体，各所述管道与所述信号收集器电连接。

进一步地，所述信号监测器还包括套设于各所述管道外面且由可弯折和可伸缩的弹性材料制成的并用于保护所述管道免遭腐蚀、磨损或压力变形的保护套管。

进一步地，所述监测装置还包括用于固定所述信号监测器于被监测对象上的固定件，所述固定件的数量至少为两个，各所述固定件沿所述管道的延伸方向间隔布置。

进一步地，所述固定件是由耐腐蚀且防生锈材料制成的地钉；所述地钉一端钉入且连接被监测对象，另一端连接所述信号监测器。

进一步地，所述固定件是粘接所述信号监测器于被检测对象表面的粘结剂。

进一步地，所述监测装置还包括与所述信号传输器连接且用于从所述信号传输器接收并中转所述活动信号的信号中转器、用于从所述信号中转器接收并处理所述活动信号的信号处理器以及由所述信号处理器触发其运行并以信号灯或声音或文字等形式向外界进行预警的报警器。

进一步地，所述信号中转器与所述信号传输器均包括无线传输模块，所述信号传输器与所述信号中转器通过所述无线传输模块进行所述活动信号的数据传输。

进一步地，所述信号中转器与所述信号传输器均包括有线传输模块，所述信号传输器与所述信号中转器通过所述有线传输模块进行所述活动信号的数据传输。

进一步地，所述监测装置还包括用于反馈所述信号监测器的地理位置的GPS定位***。

本实用新型相对于现有技术的技术效果是：

通过信号监测器监测被监测对象的活动信号，比如山体的滑坡。信号监测器布置于山体上并获取山体的活动信号。信号收集器将所述活动信号储存并通过信号传输器向外传输，以供其它设备获取监测到的被监测对象的活动信号。通过对山体活动信号的分析，能够及时预警和发现山体的滑坡和山体的开裂，以便及时采取应对措施，避免造成更大的损失。

信号监测器也可以布置于地面上并获取地面的活动信号。从而可以监测地面的形变、位移、裂缝、断裂、沉降等。

信号监测器还可以布置于桥梁上并获取桥梁的活动信号。可以监测桥梁在负载中的形变、位移、裂缝、断裂、垮塌等。

信号监测器还可以布置于油气和输水管线中，用来监测管道的***、形变等，在管道破裂之前发现隐患，防止大的事故的发生。

信号监测器还可以布置于水坝(或者堤坝)处，用来检测裂缝、渗漏、滑塌、崩塌、漫溢和决口等。

附图说明

图1是本实用新型实施例所提供的监测装置的管道串联的结构示意图。

图2是本实用新型实例所提供的监测装置的管道并列的结构示意图。

图3是图1的管道的结构示意图。

图4是图3的A处的局部放大图。

图5是本实用新型提供的活动信号无线传输方式下的示意图。

图6是本实用新型实施例中的监测装置的工作流程图。

附图中标号与名称对应的关系如下所示：

名称	标号	名称	标号
				监测装置	100	管道	31
监测本体	10	信号传输器	70
				信号监测器	30	信号收集器	60
电导体	30a	供电器	50
				定位***	80	保护套管	301

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”、“垂直”、“平行”、“底”、“角”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。

请参阅图1至图3，本实用新型实施例所提供的监测装置100可以用来监测被监测对象的活动信号，被监测对象包括山体、桥梁、隧道、水坝、楼房、油气管线及输水管线、线杆、公路、铁轨、建筑文物等。具体地，本实施例中被监测对象为山体。

所述监测装置100包括固定于山体表面或者山体内部的信号监测器30、用于收集并储存所述活动信号的信号收集器60以及用于将所述活动信号向外传输的信号传输器70，所述信号收集器60一端与所述信号监测器30电连接，所述信号收集器60的另一端与所述信号传输器70电连接，所述监测装置100还包括用于向信号监测器30、信号收集器60以及信号传输器70提供电能的供电器50。

监测装置100还包括从所述信号传输器70接收活动信号并中转活动信号的信号中转器(图未画)以及处理活动信号的信号处理器(图未画)。在本实施例中信号处理器为工业计算机。

信号收集器60用于收集被监测山体的所述活动信号且一端与所述信号监测器30电连接，另一端与所述信号传输器70连接。信号传输器70用于从信号收集器60处获取活动信号并通过信号传输的方式，传输至信号中转器。信号中转器用于中转接收到的活动信号至信号处理器。

具体地，信号中转器与所述信号传输器70连接且用于从所述信号传输器70接收并中转所述活动信号，信号处理器用于从所述信号中转器接收并处理所述活动信号。信号传输器70与信号中转器之间的连接方式可以为无线连接，也可以为有线连接。

具体地，信号中转器与信号传输器均包括无线传输模块，所述无线传输模块可以为GPRS模块、WIFI或蓝牙等。优选地，本实施例中无线传输模块为GPRS模块。所述信号中转器与所述信号传输器借助所述GPRS模块可以实现信号的高效传输，以便工业计算机能及时进行信号处理。

本实例的另一方面，所述信号中转器与所述信号传输器均包括有线传输模块，所述信号传输器与所述信号中转器通过所述有线传输模块进行所述活动信号的数据传输。所述有线传输模块可为电缆或光纤等。

所述监测装置100还包括与所述信号处理器连接并通过信号灯或声音对山体的状况进行预警的报警器。(图未画)。信号处理器根据接收到的活动信号，以对报警器进行控制。具体地，当信号处理器获取的活动信号达到危险级别时，信号处理器触发报警器的报警功能，以提醒工作人员进行处理，或者通过短信的方式直接通知给民众。报警器设置有人值班的站点，以便及时发现被监测山体的实时状况。报警器内置有扬声器、外置有信号灯。可以通过声音或信号灯或文字等预警山体的活动状况。

通过信号监测器30监测山体的活动信号，信号监测器30获取的活动信号包括山体的滑坡或山体的开裂。信号收集器60将所述活动信号通过信号传输器70向外传输，以供其它设备获取监测到的山体的活动信号。通过对活动信号分析，能够及时预警和发现山体的滑坡和山体的开裂，以便及时采取应对措施，避免造成更大的损失。

请参阅图3，所述信号监测器30包括设置于被监测对象表面或内部的管道31以及填充于所述管道31内并能够发生形变且在其发生形变后电学信号产生变化的电导体30a。所述管道31是由可弯折和可伸缩的弹性材料形成的管道。管道31材料可以为热塑性弹性体、热固性弹性体、热塑弹性体或塑料复合物等，材料形成所述信号监测器30的材料拉伸应变的范围为0～2000％。形成所述信号监测器30的材料中还可以加入化学助剂，以调控其的机械性能、耐候性等。所述管道31与所述信号收集器60电连接。

请参阅图3至图4，所述管道31上套设有保护套管301(图未画)，所述保护套管301由可弯折和可伸缩的弹性材料制成。保护套管301主要有以下两点保护功能：(1)可以随管道31在长度方向上发生一定程度的形变，从而有利于信号监测器30获取被监测对象的活动信号；(2)在管道31的径向方向，保护套管301可以为管道31分散径向方向的压力，防止该压力径向挤压管道31，从而导致管道31的电学性质(如，电阻值)发生变化，随之干扰管道31在长度方向的电学性质的监测，最终影响监测的准确性。具体地，比如将管道31埋入地面时，保护套管301可以分散泥土对管道31在径向方向上的压力。所述保护套管301还可以对管道31提供防磨损、防腐蚀和抗紫外线的保护。

保护套管301的外表面可以为柔性且耐腐蚀和耐磨的高分子材料制成的保护套管，保护套管沿长度方向还可以布置有起加强作用且呈螺旋结构的钢丝圈。设置有钢丝圈的保护套管可以承受一定的压力，并且其螺旋状的结构，也可以任意弯折和拉伸。高分子材料是耐磨损抗压且具有一定弹性的塑料或者弹性体等。在其它实施例中，也可以直接使用呈螺旋结构的钢丝圈，来提供对管道31的保护。管道31布置于所述保护套管301中，从而可以耐磨以及避免压力和紫外线的损伤。

在本实施例的另一个方面，保护套管301也可以是由具有一定柔性的材料制成且内管壁上开设有裂缝的保护套管。通过这些裂缝保护套管301可以任意弯折和拉伸。管道31布置于裂缝中，从而避免管道31遭受压力、紫外线等的损伤。

在监测山体的滑坡时，管道31沿山体的纵向方向布置，可以在山体开设出若干条深槽，把管道31埋设于深槽中，一般管道31埋设于地面以下的深度为30cm至50cm。当在山体在纵向方向发生山体滑坡，会导致管道31发生形变，进而引起电导体30a产生形变，最终导致电导体30a的电学信号的变化，如电流、电阻、电容或电压。优选地，本实施例中的电学信号为电导体30a的电阻值。信号监测器30的管道31与信号收集器60电连接，可以把电导体30a的电阻值的变化传输至信号收集器60。

具体地，所述电导体30a可以为液态金属、导电电解液或者其它液体、或固体状且可以形变的导电物质。

电导体30a的电阻值有如下计算公式：

R＝ρ*L/S (1)

其中：

ρ为电导体的材料电阻率；

L为电导体的长度；

S为电导体的横截面的面积；

R为电导体的电阻值。

电导体30a的体积有如下计算公式：

V＝L*S (2)

其中：V为电导体的体积。

由公式(1)和公式(2)可得如下电导体的电阻值的计算公式：

R＝L*L*ρ/V (3)

请参考图1至图2，所述管道31可以是多根并列连接，也可以为单根呈蛇形迂回布置。单根呈蛇形迂回布置的管道31的总电阻，可以根据串联电阻的计算公式进行计算。多根管道31并列设置的总电阻，可以根据并联电阻的计算公式进行计算。

山体纵向滑坡移动会影响信号监测器30的管道31的拉伸、收缩、弯曲或伸展。拉伸、收缩、弯曲或伸展的程度不同，从而信号收集器收集到的总电阻值变化也不同。电导体30a的总电阻值会升高或降低。考虑到电导体30a被密封在狭长的管道31中，从而在形变过程中其体积基本不变，电导体30a的电阻值近似为：与其长度的平方呈正比。由此，根据电阻值的变化情况，便可以探测出山体纵向滑坡的活动信号。

所述监测装置100还包括至少两个固定件(图未画)。各所述固定件用于将所述信号监测器30的管道31固定于山体表面或者山体内部。

信号监测器30可以通过在山体上、地面、建筑物的表面上挖出沟道，然后在沟道中放置信号监测器30，然后进行填埋和固化。所述固定件包括通过胶布、胶黏剂、粘接剂、水泥、钉子、铁丝、线等固定装置。具体地，所述固定件为由防生锈且耐腐蚀材料制成的钉子，钉子一端钉入被监测对象，另一端固定连接管道31。

将信号监测器30固定于被检测物体表面，以使信号监测器30在进行信号监测时，管道31随被监测对象的运动而发生拉伸收缩和弯曲。可以将信号监测器30安装在已经建成的桥梁、楼房、油气管道中，以监测它们的活动信号。

监测装置100还可以包括监测本体10，信号监测器30可以安装在所述监测本体10上。监测本体10可以为钢丝网或者钢筋等物体上然后固定于被监测物体的表面。比如把钢丝网制成的监测本体10罩在山体上，信号监测器30绑定在监测本体10上。对于正在修建的建筑物，如桥梁、楼房、隧道，监测本体10可以为钢筋，通过把信号监测器30绑定在钢筋制成的监测本体10上，然后浇筑水泥等固化物质，使信号监测器与这些建筑等固化在一起，从而在这些建筑物发生移动时，信号监测器30可以实时监测其活动信号。

所述供电器50可以为蓄电池或者直接采用工业电源，所述工业电源的电压为220V或者380V。工业电源通过变压成合适的工作电压后，对各器件进行供电，也可以不变压直接进行供电。蓄电池可以为循环充放电的可充电池(图未画)以及电连接所述可充电池并将太阳能转化为电能的太阳能板(图未画)。供电器50可以提供给监测装置100合适的工作电压。

所述监测装置100还包括用于反馈所述信号监测器30的地理位置的定位***80。定位***80可以为北斗定位***或者为GPS定位***。定位***80可以使监测装置100在后续的维护和整理中，及时定位监测装置100的地理位置。

下面结合图6，详细说明监测装置100的工作过程，以更好的理解本实用新型：

在进行山体监测时，信号监测器30对山体的状况进行实时监测，信号收集器60记录并储存活动信号的相关数据，信号传输器70向外发送活动信号。

当山体的活动信号在正常范围内时，监测装置100继续进行实时监测，报警器不报警，信号收集器60继续正常记录、存储数据，信号传输器70正常传输数据。

当山体的活动信号出现异常，不在正常范围时：(1)首先报警器运行进行报警，信号监测装置100继续监测、记录、存储和传输山体活动信号的相关数据；(2)工作人员在获知报警器的报警信号后，启动险情核查，对灾害的登记进行分类，小的险情，比如山体裂缝、开裂等，将进行地质灾害治理并加强监测；而大的险情将马上触发灾难应急机制，疏散民众，各部门联动进行抢险救援，对地质灾害进行治理等。

在本实施例中的另一个方面，当需要监测被监测对象多个方向的活动信号时，可以设置多个信号监测器30，使各管道31交错布置，并监测相应方向的活动信号。

信号监测器30也可以布置于地面上并获取地面的活动信号。从而可以监测地面的形变、位移、裂缝、断裂、沉降等。

信号监测器30还可以布置于桥梁上并获取桥梁的活动信号。可以监测桥梁在负载中的形变、位移、裂缝、断裂、垮塌等。

信号监测器30还可以布置于油气和输水管线中，用来监测管道的***、形变等，在管道破裂之前发现隐患，防止大的事故的发生。

信号监测器30还可以布置于水坝(或者堤坝)处，用来检测裂缝、渗漏、滑塌、崩塌、漫溢和决口等。

本实施例所提供的监测装置100可以很好地进行山体、桥梁、隧道、水坝、楼房、油气管线及输水管线、线杆、公路、铁轨、建筑文物的监测并对活动信号进行存储和传输，以便于后续分析和研究被监测对象的活动状况。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种监测装置，用于实时监测被监测对象的活动信号，其特征在于：包括平铺于被监测对象表面或固定于被监测对象内部以探测被监测对象的活动信号的信号监测器、用于收集并储存所述活动信号的信号收集器以及用于将所述活动信号向外传输的信号传输器，所述信号收集器一端与所述信号监测器电连接，所述信号收集器的另一端与所述信号传输器电连接，所述监测装置还包括用于向信号监测器、信号收集器以及信号传输器提供电能的供电器。

2.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述信号监测器包括布置于被监测对象上且由可弯折和可伸缩的弹性材料制成的管道，所述管道的数量至少为一根，各所述管道内填充有能够发生形变且在其发生形变后电学信号产生变化的电导体，各所述管道与所述信号收集器连接。

3.如权利要求2所述的监测装置，其特征在于：所述信号监测器还包括套设于各所述管道外面且由可弯折和可伸缩的弹性材料制成的并用于保护所述管道免遭腐蚀、磨损或压力变形的保护套管。

4.如权利要求2-3任意一项所述的监测装置，其特征在于：所述监测装置还包括用于固定所述信号监测器于被监测对象上的固定件，所述固定件的数量至少为两个，各所述固定件沿所述管道的延伸方向间隔布置。

5.如权利要求4所述的监测装置，其特征在于：所述固定件是由耐腐蚀且防生锈材料制成的地钉；所述地钉一端钉入且连接被监测对象，另一端连接所述信号监测器。

6.如权利要求4所述的监测装置，其特征在于：所述固定件是粘接所述信号监测器于被检测对象表面的粘结剂。

7.如权利要求1-3任意一项所述的监测装置，其特征在于：所述监测装置还包括与所述信号传输器连接且用于从所述信号传输器接收并中转所述活动信号的信号中转器、用于从所述信号中转器接收并处理所述活动信号的信号处理器以及由所述信号处理器触发其运行并以信号灯或声音或文字等形式向外界进行预警的报警器。

8.如权利要求7所述的监测装置，其特征在于：所述信号中转器与所述信号传输器均包括无线传输模块，所述信号传输器与所述信号中转器通过所述无线传输模块进行所述活动信号的数据传输。

9.如权利要求7所述的监测装置，其特征在于：所述信号中转器与所述信号传输器均包括有线传输模块，所述信号传输器与所述信号中转器通过所述有线传输模块进行所述活动信号的数据传输。

10.如权利要求1-3任意一项所述的监测装置，其特征在于：所述监测装置还包括用于反馈所述信号监测器的地理位置的定位***。