一种数字泥石流传感器的使用方法

摘要

一种数字泥石流传感器的制备使用方法，属于自动化检测技术领域。本发明主要解决对泥石流实时自动检测，在泥石流产生的第一时间内，可直接检测泥石流性质、泥石流泥位，和泥石流运动状态，并报出泥石流评估数据和报警信息。其特征在于，该传感器是由三部分组成的、由若干个传感元对泥石流实现数字信号取样的、由微处理器进行数据统计、由国际标准的RS—485接口输出信号的、由内部电路和可塑性绝缘材料浇铸而成的固态传感器。信号采样、处理、变送实现了全数字化，较彻底的回避了模拟量检测受温度、电磁场干扰等不稳定、不可靠的因素，具有数字通讯功能，可直接与数字化系统设备接轨，具有结构简单、稳定可靠、安装维护方便等优点。

说明书

技术领域

本发明一种数字泥石流传感器的使用方法属于自动化检测技术领域，具体而言是一种适用于山谷河川山洪暴发情况下，在泥石流产生的第一时间内，可直接自动检测泥石流泥位和泥石流运动状态，并报出泥石流评估数据和报警信息的传感器。

背景技术

目前国内外在泥石流检测预警预报方面能采用的技术和产品不多，根据国家泥石流检测示范点以及国内外的应用情况，归纳起来为以下几种：

1、视频监视：使用全天候的摄像设备对泥石流隐患区进行监控，这种方法虽然能获取现场信息，但是黑夜就会失效，同样靠人员全天值守监视，难以实现自动化检测报警。

2、超声波传感器：这类产品主要适用宽阔水域的水位探测。仪器安装在远离水面的上方，向水面发射和接收超声波，并测量电磁波的反射波长、周期，测出水面距仪器的距离，从而确定平面水位。目前国内外都有此类产品生产厂家。如中国专利“自适应超声波液位仪”专利号932031064。它是国家泥石流检测示范点唯一使用的物位传感器，可是山沟里的泥石流不可能形成一个可供检测的平面，所以他在泥石流位检测中失掉了可靠性，它的数据不能作为依据，只能作为参考。

3、次声波传感器：主要用于监听风雨、雷电、山洪暴发和泥石流滚动的声音，这些声音噪声很强，必须依靠有经验的专业人员来分析判别，难以实现自动化检测报警。

4、断线报警器：是日本为泥石流预警而开发的，他是在山沟里拉一条导线，如果泥石流冲断导线即刻报警，但是在山沟里野生动物、人畜活动也可能造成断线报警，更难以判定泥石流的流量和流速。

发明内容

本发明一种数字泥石流传感器的使用方法的目的在于：

1、解决现有技术不能解决的问题：我国在泥石流检测的示范点上采购了国内外不少高档设备，但基本上没有能直接可靠自动采集泥石流泥位和泥石流运动状态的设备。本发明主要解决对泥石流实时自动检测，在泥石流产生的第一时间内，可直接检测泥石流性质、泥石流泥位和泥石流运动状态，并报出泥石流评估数据和报警信息。

    2、扩大适用范围，解决安装、使用、维护方便的问题：这一检测方法的实现，可在山体滑坡隐患点和可形成泥石流的沟谷地段布设，同时适用于山谷河川山洪暴发情况下水文水位测报。传感器可制成用绝缘材料浇铸的固体，不怕碰撞、不怕日晒雨淋、不怕污物粘附，无需人员维护保养。其电气性能，不受温度、湿度、电信号干扰等外部环境条件的影响。能广泛适应适应满足各种恶劣条件下的使用。

     3、降低造价：结构简单，传感器造价低廉，是一种经济适用普及通用型泥石流测报传感器。

本发明一种数字泥石流传感器，其特征在于是一种适用于山谷河川山洪暴发情况下，在泥石流产生的第一时间内，可直接自动检测泥石流的泥位和泥石流运动状态，并报出泥石流评估数据和报警信息的传感器，该传感器由不同功能的变送器部分1、检测部分2和检测信号发送器部分3三个部分接插而成，其接插部位为全防水接插，其该传感器内部电路是由若干个传感元电路对泥石流逐点实现数字化信号取样，由微处理器和软件检测程序构成的，变送器部分1由组装数据处理与通讯电路15、休眠式供电电路12、微处理器、时钟电路14和传感器运行软件拷贝调试部分组成；检测部分2由组装泥石流检测电路14、数据检索电路18和传感元电极7组成；发送器部分3由数字信号源和检测信号发送电路16组成，其所述的传感元电极7固定于支撑骨架背面上的间隔为1厘米或按使用要求布置，传感元电极7由耐腐蚀材料制成，其所述的变送器部分1、检测部分2和检测信号发送器部分3分别用绝缘材料浇铸后成为传感器的三个固体组件，由水封接插件5接插为三件一体的固体传感器，其所述的芯片电路板都是置于一个支撑骨架上，支撑骨架用绝缘材料制成，支撑骨架的下面固定有若干块传感器芯片电路板，支撑骨架的上面固定有传感元电极，传感器芯片电路板与引线端子、信号元、和外壳用绝缘材料浇铸后成为一个固体传感器。

上述一种数字泥石流传感器的制备方法，其特征在于制备分为两部分进行：

、电路芯片的制备，首先用绝缘材料板制成其骨架并按各节功能组装相应电路，第一部分变送器部分1内组装数据处理与通讯电路15、休眠式供电电路12、微处理器、时钟电路14及传感器运行调试部分，第二部分检测部分2内组装泥石流检测电路14、检测电路18并安装传感元电极7，第三部分检测信号发送器部分3内安装检测信号发送电路16，固定于支撑骨架背面上的传感元电极7其间隔为1厘米或按使用要求制造；将变送器部分1、检测部分2和检测信号发送器部分3三个部分，分别用绝缘材料浇铸后成为传感器的三个固体组件，由水封接插件5接插为三件一体的固体传感器，其传感器成型、浇注工艺和设备用自行设计或委托加工的设备，（详见传感器结构图4、图5、图6、图7、图8），接插部位为全防水接插；

、结构件与外壳的制备

传感元电极7选用非磁性和耐腐的导体材料，引线端子用塑料和环氧树脂或其它绝缘材料，接插件采用具有全封闭能力的防水五芯电器接插件，电路芯片与外壳经浇铸后成为一个固态实体，其截面一般为直径35毫米，长度根据具体情况一般可设计为每节50—80厘米。

上述一种数字泥石流传感器的检测使用方法，其特征在于是一种利用大地的导电性，对大地发送一种特定的数字信号，通过泥石流介质检测这一信号，从而获取泥石流泥位和泥石流运动状态数据的检测方法（见取样机理图1）具体使用方法为：

第一、该传感器的使用对安装地点条件没有特别的要求，无需其他辅助设施，直接将传感器自由垂直固定安装在山体或河道泥石流检测部位，为满足泥石流变幅范围内的全量程使用，传感器的第二部分，可多节接插使用，如安装条件是山谷坡道不能满足同一点上垂直安装的情况下，可实施按标高，分段、分节，阶梯式多点安装，同样可实现连续监测泥位计量目的；

第二、该传感器为智能型传感器，所检测到的信息经智能数据处理后，可直接报出时间、地点、泥石流泥位，如果在泥石流的流向上安装两个以上的此种传感器即可测报泥石流速度，传感器为智能型传感器，在安装时将安装点的山沟河谷断面数学模型置于传感器中，根据该断面的面积和流速，测报该断面泥石流的流量；

第三、该传感器信号输出方式为有线或无线，有线输出为国际标准的RS—485接口，与计算机及其数字化仪器仪表直接接轨，信号可远传，可建无人职守检测站：传感器信号引出线额定直接输送范围2公里，在监测点可不建监测站，信号直送中继站，在GPRS网覆盖的区域可直接无线入网，监测站实现全程无人值守，在无线运行模式下，传感器具备与周边其他同种传感器信息交换的自组织自联系功能，在泥石流的流向上安装两个以上的此种传感器，根据两传感器之间的距离和泥石流的时差，测报泥石流速度。

本发明一种数字泥石流传感器的使用方法主要用途及优点：

    1、用途：本发明主要用于对泥石流实时自动检测，在泥石流产生的第一时间内，直接检测泥石流性质、泥石流泥深，和泥石流运动状态，并报出泥石流评估数据和报警信息。同时适用于山谷河川山洪暴发情况下水文水位测报。

    2、优点：a、信号具有抗干扰能力强，不受温度、电波电场等、环境                            条件影响。b、测量误差小，稳定可靠。c、经济适用，安装、使用、维护方便。不受安装条件所限制。

附图说明

图1 泥石流信号数字取样机理图

图2 泥石流动态检测等效电路图

图3 数字泥石流传感器原理图

图4 数字泥石流传感器外形结构示意图。

图5 数字泥石流传感器内部骨架示意图

图6 数字泥石流传感器剖面示意图

图7 数字泥石流传感器内部上下剖面示意图 

图8数字泥石流传感器结构装配示意图  

图号表示：

1、传感器数据变送分          2、传感器泥石流数据检测部分

3、传感器检测信号源部分      4、信号输出端   

5、水封接插件                6、电路板

7、感应元电极                8、电路器件

9、一次浇筑上骨架            10、一次浇筑下骨架

11、成型浇筑绝缘体           12、恒压电路                

13、5V休眠式供电电路        14、变送、时钟、CPU、检索指令电路

15、变送电路                16、信号发送元

17、检测信号源电路           18、数据检索电路

19、检测电路。

具体实施方式：该传感器由不同功能的变送器部分1、检测部分2和检测信号发送器部分3三个部分接插而成，其接插部位为全防水接插，其该传感器内部电路是由传感元电路对泥石流逐点实现数字化信号取样，由微处理器和软件检测程序构成的，变送器部分1由组装数据处理与通讯电路15、休眠式供电电路12、微处理器、时钟电路14和传感器运行软件拷贝调试部分组成；检测部分2由组装泥石流检测电路14、数据检索电路18和传感元电极7组成；发送器部分3由数字信号源和检测信号发送电路16组成，其所述的传感元电极7固定于支撑骨架背面上的间隔为1厘米或按使用要求布置，传感元电极7由镍洛合金材料制成，其所述的变送器部分1、检测部分2和检测信号发送器部分3分别用绝缘材料浇铸后成为传感器的三个固体组件，由水封接插件5接插为三件一体的固体传感器，其所述的芯片电路板都是置于一个支撑骨架上，支撑骨架用ABS材料压铸制成，支撑骨架的下面固定传感器芯片电路板，支撑骨架的上面固定有传感元电极7，传感器芯片电路板与引线端子、信号元、和外壳用绝缘材料浇铸后成为一个固体传感器，传感器第一部分变送器部分1：直径35mm，长度为120毫米。内骨架上组装有变送、时钟、CPU、检索指令电路和恒压电路板、5V休眠式供电电路。传感器第二部分检测部分2：直径35mm，长度为640毫米。内骨架上组装有检索电路、选通电路、取样电路板和64个感应元电极。传感器第三部分检测信号发送器部分3：为直径35mm，长度为50毫米的镍铬合金体。该传感器芯片骨架为注塑骨架，按各节电路装配调试好后，放入模具中，整体浇铸而成。（芯片与外壳经浇铸后成为一个实体）引线端子用自行设计的带有水封的接插式引线端子，（该接插件，在接插紧固好后无需做其它防水处理。制备的步骤为：

、电路芯片的制备，首先用绝缘材料板制成其骨架并按各节功能组装相应电路，第一部分变送器部分1内组装数据处理与通讯电路15、休眠式供电电路12、微处理器、时钟电路14及传感器运行调试部分，第二部分检测部分2内组装泥石流检测电路14、检测电路18并安装传感元电极7，第三部分检测信号发送器部分3内安装检测信号发送电路16，固定于支撑骨架背面上的传感元电极7其间隔为1厘米或按使用要求制造；将变送器部分1、检测部分2和检测信号发送器部分3三个部分，分别用绝缘材料浇铸后成为传感器的三个固体组件，由水封接插件5接插为三件一体的固体传感器，其传感器成型、浇注工艺和设备用自行设计的设备，（详见传感器结构图4、图5、图6、图7、图8），接插部位为全防水接插；

、结构件与外壳的制备

传感元电极7选用非磁性和耐腐的导体材料，引线端子用塑料和环氧树脂或其它绝缘材料，接插件采用具有全封闭能力的防水五芯电器接插件，电路芯片与外壳经浇铸后成为一个固态实体。

使用方法为：

第一、该传感器的使用对安装地点条件没有特别的要求，无需其他辅助设施，直接将传感器自由垂直固定安装在山体或河道泥石流检测部位，为满足泥石流变幅范围内的全量程使用，传感器的第二部分，可多节接插使用，如安装条件是山谷坡道不能满足同一点上垂直安装的情况下，可实施按标高，分段、分节，阶梯式多点安装，同样可实现连续监测泥位计量目的；

第二、该传感器为智能型传感器，所检测到的信息经智能数据处理后，可直接报出时间、地点、泥石流泥位，和泥石流运动信息，因为传感器为智能型传感器，在安装时将安装点的山沟河谷断面数据置于传感器中，根据该断面的面积和流速，测报该断面泥石流的流量；

第三、该传感器信号输出为有线方式，有线输出为国际标准的RS—485接口，与计算机及其数字化仪器仪表直接接轨，信号可远传，可建无人职守检测站：传感器信号引出线额定直接输送2公里，信号直送监测中继站。 

实施方式2

在GPRS网覆盖的区域采用无线输出模式，传感器检测到的泥石流数据经智能评估后，测报数据可直接无线入网，实现监测过程全程无人值守。

其传感器成型、浇注工艺和设备用委托加工的设备，在无线运行模式下，传感器具备与周边其他同种传感器信息交换的自组织自联系功能，在泥石流的流向上安装3个的此种传感器，根据两两传感器之间的距离和泥石流的时差，测报泥石流速度。其它同实施方式1。