一種數字泥石流傳感器的製作方法

2023-05-09 13:13:31

專利名稱：一種數字泥石流傳感器的製作方法
技術領域：
本發明一種數字泥石流傳感器屬於自動化檢測技術領域，具體而言是一種適用於山谷河川山洪暴發情況下，在泥石流產生的第一時間內，可直接自動檢測泥石流泥位和泥石流運動狀態，並報出泥石流評估數據和報警信息的傳感器。
背景技術：
目前國內外在泥石流檢測預警預報方面能採用的技術和產品不多，根據國家泥石流檢測示範點以及國內外的應用情況，歸納起來為以下幾種
I、視頻監視使用全天候的攝像設備對泥石流隱患區進行監控，這種方法雖然能獲取現場信息，但是黑夜就會失效，同樣靠人員全天值守監視，難以實現自動化檢測報警。
2、超聲波傳感器這類產品主要適用寬闊水域的水位探測。儀器安裝在遠離水面的上方，向水面發射和接收超聲波，並測量電磁波的反射波長、周期，測出水面距儀器的距離，從而確定平面水位。目前國內外都有此類產品生產廠家。如中國專利「自適應超聲波液位儀」專利號932031064。它是國家泥石流檢測示範點唯一使用的物位傳感器，可是山溝裡的泥石流不可能形成一個可供檢測的平面，所以他在泥石流位檢測中失掉了可靠性，它的數據不能作為依據，只能作為參考。3、次聲波傳感器主要用於監聽風雨、雷電、山洪暴發和泥石流滾動的聲音，這些聲音噪聲很強，必須依靠有經驗的專業人員來分析判別，難以實現自動化檢測報警。4、斷線報警器是日本為泥石流預警而開發的，他是在山溝裡拉一條導線，如果泥石流衝斷導線即刻報警，但是在山溝裡野生動物、人畜活動也可能造成斷線報警，更難以判定泥石流的流量和流速。

發明內容
本發明一種數字泥石流傳感器的目的在於
I、解決現有技術不能解決的問題我國在泥石流檢測的示範點上採購了國內外不少高檔設備，但基本上沒有能直接可靠自動採集泥石流泥位和泥石流運動狀態的設備。本發明主要解決對泥石流實時自動檢測，在泥石流產生的第一時間內，可直接檢測泥石流性質、泥石流泥位和泥石流運動狀態，並報出泥石流評估數據和報警信息。2、擴大適用範圍，解決安裝、使用、維護方便的問題這一檢測方法的實現，可在山體滑坡隱患點和可形成泥石流的溝谷地段布設，同時適用於山谷河川山洪暴發情況下水文水位測報。傳感器可製成用絕緣材料澆鑄的固體，不怕碰撞、不怕日曬雨淋、不怕汙物粘附，無需人員維護保養。其電氣性能，不受溫度、溼度、電信號幹擾等外部環境條件的影響。能廣泛適應適應滿足各種惡劣條件下的使用。3、降低造價結構簡單，傳感器造價低廉，是一種經濟適用普及通用型泥石流測報傳感器。本發明一種數字泥石流傳感器，其特徵在於是一種適用於山谷河川山洪暴發情況下，在泥石流產生的第一時間內，可直接自動檢測泥石流的泥位和泥石流運動狀態，並報出泥石流評估數據和報警信息的傳感器，該傳感器由不同功能的變送器部分I、檢測部分2和檢測信號發送器部分3三個部分接插而成，其接插部位為全防水接插，其該傳感器內部電路是由若干個傳感元電路對泥石流逐點實現數位化信號取樣，由微處理器和軟體檢測程序構成的，變送器部分I由組裝數據處理與通訊電路15、休眠式供電電路12、微處理器、時鐘電路14和傳感器運行軟體拷貝調試部分組成；檢測部分2由組裝泥石流檢測電路14、數據檢索電路18和傳感元電極7組成；發送器部分3由數位訊號源和檢測信號發送電路16組成，其所述的傳感元電極7固定於支撐骨架背面上的間隔為I釐米或按使用要求布置，傳感元電極7由耐腐蝕材料製成，其所述的變送器部分I、檢測部分2和檢測信號發送器部分3分別用絕緣材料澆鑄後成為傳感器的三個固體組件，由水封接插件5接插為三件一體的固體傳感器，其所述的晶片電路板都是置於一個支撐骨架上，支撐骨架用絕緣材料製成，支撐骨架的下面固定有若干塊傳感器晶片電路板，支撐骨架的上面固定有傳感元電極，傳感器 晶片電路板與引線端子、信號元、和外殼用絕緣材料澆鑄後成為ー個固體傳感器。上述ー種數字泥石流傳感器的製備方法，其特徵在於製備分為兩部分進行
I、電路晶片的製備，首先用絕緣材料板製成其骨架並按各節功能組裝相應電路，第一
部分變送器部分I內組裝數據處理與通訊電路15、休眠式供電電路12、微處理器、時鐘電路14及傳感器運行調試部分，第二部分檢測部分2內組裝泥石流檢測電路14、檢測電路18並安裝傳感元電極7，第三部分檢測信號發送器部分3內安裝檢測信號發送電路16，固定幹支撐骨架背面上的傳感元電極7其間隔為I釐米或按使用要求製造；將變送器部分I、檢測部分2和檢測信號發送器部分3三個部分，分別用絕緣材料澆鑄後成為傳感器的三個固體組件，由水封接插件5接插為三件一體的固體傳感器，其傳感器成型、澆注エ藝和設備用自行設計或委託加工的設備，(詳見傳感器結構圖4、圖5、圖6、圖7、圖8)，接插部位為全防水接插;
n、結構件與外殼的製備
傳感元電極7選用非磁性和耐腐的導體材料，引線端子用塑料和環氧樹脂或其它絕緣材料，接插件採用具有全封閉能力的防水五芯電器接插件，電路晶片與外殼經澆鑄後成為ー個固態實體，其截面一般為直徑35毫米，長度根據具體情況一般可設計為每節50—80釐米。上述ー種數字泥石流傳感器的檢測使用方法，其特徵在於是ー種利用大地的導電性，對大地發送ー種特定的數位訊號，通過泥石流介質檢測這一信號，從而獲取泥石流泥位和泥石流運動狀態數據的檢測方法(見取樣機理圖I)具體使用方法為
第一、該傳感器的使用對安裝地點條件沒有特別的要求，無需其他輔助設施，直接將傳感器自由垂直固定安裝在山體或河道泥石流檢測部位，為滿足泥石流變幅範圍內的全量程使用，傳感器的第二部分，可多節接插使用，如安裝條件是山谷坡道不能滿足同一點上垂直安裝的情況下，可實施按標高，分段、分節，階梯式多點安裝，同樣可實現連續監測泥位計量目的；
第二、該傳感器為智能型傳感器，所檢測到的信息經智能數據處理後，可直接報出時間、地點、泥石流泥位，如果在泥石流的流向上安裝兩個以上的此種傳感器即可測報泥石流速度；
第三、該傳感器信號輸出方式為有線或無線，有線輸出為國際標準的RS — 485接口，與計算機及其數位化儀器儀表直接接軌，信號可遠傳，可建無人職守檢測站傳感器信號引出線額定直接輸送範圍3 20公裡，在監測點可不建監測站，信號直送中繼站，在GPRS網覆蓋的區域可直接無線入網，監測站實現全程無人值守。
本發明一種數字泥石流傳感器的主要用途及優點
I、用途本發明主要用於對泥石流實時自動檢測，在泥石流產生的第一時間內，直接檢測泥石流性質、泥石流泥深，和泥石流運動狀態，並報出泥石流評估數據和報警信息。同時適用於山谷河川山洪暴發情況下水文水位測報。2、優點a、信號具有抗幹擾能力強，不受溫度、電波電場等、環境條件影響。b、測量誤差小，穩定可靠。C、經濟適用，安裝、使用、維護方便。不受安裝條件所限制。


圖I泥石流信號數字取樣機理圖 圖2泥石流動態檢測等效電路圖
圖3數字泥石流傳感器原理圖 圖4數字泥石流傳感器外形結構示意圖。圖5數字泥石流傳感器內部骨架示意圖 圖6數字泥石流傳感器剖面示意圖
圖7數字泥石流傳感器內部上下剖面示意圖 圖8數字泥石流傳感器結構裝配示意圖 圖號表不
I、傳感器數據變送分2、傳感器泥石流數據檢測部分
3、傳感器檢測信號源部分 4、信號輸出端
5、水封接插件6、電路板
7、感應元電極8、電路器件
9、一次澆築上骨架10、一次澆築下骨架
II、成型澆築絕緣體12、恆壓電路
13、5V休眠式供電電路14、變送、時鐘、CPU、檢索指令電路
15、變送電路16、信號發送兀
17、檢測信號源電路18、數據檢索電路
19、檢測電路。
具體實施例方式該傳感器由不同功能的變送器部分I、檢測部分2和檢測信號發送器部分3三個部分接插而成，其接插部位為全防水接插，其該傳感器內部電路是由傳感元電路對泥石流逐點實現數位化信號取樣，由微處理器和軟體檢測程序構成的，變送器部分I由組裝數據處理與通訊電路15、休眠式供電電路12、微處理器、時鐘電路14和傳感器運行軟體拷貝調試部分組成；檢測部分2由組裝泥石流檢測電路14、數據檢索電路18和傳感元電極7組成；發送器部分3由數位訊號源和檢測信號發送電路16組成，其所述的傳感元電極7固定於支撐骨架背面上的間隔為I釐米或按使用要求布置，傳感元電極7由鎳洛合金材料製成，其所述的變送器部分I、檢測部分2和檢測信號發送器部分3分別用絕緣材料澆鑄後成為傳感器的三個固體組件，由水封接插件5接插為三件一體的固體傳感器，其所述的晶片電路板都是置於一個支撐骨架上，支撐骨架用ABS材料壓鑄製成，支撐骨架的下面固定傳感器晶片電路板，支撐骨架的上面固定有傳感元電極7，傳感器晶片電路板與引線端子、信號兀、和外殼用絕緣材料燒鑄後成為ー個固體傳感器，傳感器第一部分變送器部分I :直徑35mm，長度為120毫米。內骨架上組裝有變送、時鐘、CPU、檢索指令電路和恆壓電路板、5V休眠式供電電路。傳感器第二部分檢測部分2 :直徑35mm，長度為640毫米。內骨架上組裝有檢索電路、選通電路、取樣電路板和64個感應元電極。傳感器第三部分檢測信號發送器部分3 :為直徑35_，長度為50毫米的鎳鉻合金體。該傳感器晶片骨架為注塑骨架，按各節電路裝配調試好後，放入模具中，整體澆鑄而成。(晶片與外殼經澆鑄後成為ー個實體)引線端子用自行設計的帶有水封的接插式引線端子，(該接插件，在接插緊固好後無需做其它防水處理。製備的步驟為
I、電路晶片的製備，首先用絕緣材料板製成其骨架並按各節功能組裝相應電路，第一
部分變送器部分I內組裝數據處理與通訊電路15、休眠式供電電路12、微處理器、時鐘電路14及傳感器運行調試部分，第二部分檢測部分2內組裝泥石流檢測電路14、檢測電路18並安裝傳感元電極7，第三部分檢測信號發送器部分3內安裝檢測信號發送電路16，固定幹支撐骨架背面上的傳感元電極7其間隔為I釐米或按使用要求製造；將變送器部分I、檢測部分2和檢測信號發送器部分3三個部分，分別用絕緣材料澆鑄後成為傳感器的三個固體組件，由水封接插件5接插為三件一體的固體傳感器，其傳感器成型、澆注エ藝和設備用自行設計的設備，(詳見傳感器結構圖4、圖5、圖6、圖7、圖8)，接插部位為全防水接插；
n結構件與外殼的製備
傳感元電極7選用非磁性和耐腐的導體材料，引線端子用塑料和環氧樹脂或其它絕緣材料，接插件採用具有全封閉能力的防水五芯電器接插件，電路晶片與外殼經澆鑄後成為ー個固態實體。使用方法為
第一、該傳感器的使用對安裝地點條件沒有特別的要求，無需其他輔助設施，直接將傳感器自由垂直固定安裝在山體或河道泥石流檢測部位，為滿足泥石流變幅範圍內的全量程使用，傳感器的第二部分，可多節接插使用，如安裝條件是山谷坡道不能滿足同一點上垂直安裝的情況下，可實施按標高，分段、分節，階梯式多點安裝，同樣可實現連續監測泥位計量目的；
第二、該傳感器為智能型傳感器，所檢測到的信息經智能數據處理後，可直接報出時間、地點、泥石流泥位，在泥石流的流向上安裝兩個以上的此種傳感器即可測報泥石流速度；
第三、該傳感器信號輸出為有線方式，有線輸出為國際標準的RS — 485接ロ，與計算機及其數位化儀器儀表直接接軌，信號可遠傳，可建無人職守檢測站傳感器信號引出線額定直接輸送範圍2公裡，信號直送監測中繼站。 實施方式2 在GPRS網覆蓋的區域採用無線輸出模式，傳感器檢測到的泥石流數據經智能評估後，測報數據可直接無線入網，實現監測過程全程無人值守。其傳感器成型、澆注工藝和設備用委託加工的設備，其它同實施方式I。
權利要求
1.一種數字泥石流傳感器，其特徵在於是一種適用於山谷河川山洪暴發情況下，在泥石流產生的第一時間內，可直接自動檢測泥石流泥位和泥石流運動狀態，並報出泥石流評估數據和報警信息的傳感器，該傳感器由不同功能的變送器部分(I)、檢測部分(2)和檢測信號發送器部分(3)三個部分接插而成，其接插部位為全防水接插，其電路晶片部份，用絕緣材料板製成其骨架並按各部分功能組裝相應電路，變送器部分(I)由數據處理與通訊電路(15)、休眠式供電電路(12)、微處理器、時鐘電路(14)和傳感器運行軟體部分組成；檢測部分(2)由泥石流檢測電路(14)、數據檢索電路(18)和安裝傳感元電極(7)組成；發送器部分(3)由檢測信號源和檢測信號發送電路(16)組成；其所述的傳感元電極(7)固定於支撐骨架背面上的間隔為I釐米或按使用要求布置，傳感元電極(7)由耐腐蝕材料製成，其所述的變送器部分(I)、檢測部分(2)和檢測信號發送器部分(3)分別用絕緣材料澆鑄後成為傳感器的三個固體組件，由水封接插件(5)接插為三件一體的固體傳感器。
2.權利要求I所述的一種數字泥石流傳感器，其特徵在於所述的傳感器電路晶片是由若干個傳感元電路對泥石流逐點實現數位化信號取樣，由微處理器和軟體檢測程序構成的。
全文摘要
一種數字泥石流傳感器的使用方法，屬於自動化檢測技術領域。本發明主要解決對泥石流實時自動檢測，在泥石流產生的第一時間內，可直接檢測泥石流性質、泥石流泥位，和泥石流運動狀態，並報出泥石流評估數據和報警信息。其特徵在於，該傳感器是由三部分組成的、由若干個傳感元對泥石流實現數位訊號取樣的、由微處理器進行數據統計、由國際標準的RS—485接口輸出信號的、由內部電路和可塑性絕緣材料澆鑄而成的固態傳感器。信號採樣、處理、變送實現了全數位化，較徹底的迴避了模擬量檢測受溫度、電磁場幹擾等不穩定、不可靠的因素，具有數字通訊功能，可直接與數位化系統設備接軌，具有結構簡單、穩定可靠、安裝維護方便等優點。
文檔編號G08B21/10GK102819934SQ20121025508
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月23日 優先權日2012年7月23日
發明者馬福昌, 馬珺, 祁彧 申請人:太原理工大學