用于地质灾害监测设备的现场诊断装置及诊断方法

摘要

本发明公开了一种用于地质灾害监测设备现场诊断的装置及方法，包括诊断仪器和受测仪器，所述诊断仪器包括第一微控制器、第一传感器测量单元、第一4G通信单元、显示单元，以及为上述各单元供电的第一供电单元；所述受测仪器包括第二微控制器、第二传感器测量单元、第二4G通信单元，以及为上述各单元供电的第二供电单元；所述第一微控制器和第二微控制器间通过RS232通信电缆连接，二者进行数据传输。本发明能够实现地质灾害监测设备的野外现场测试、野外现场出诊断结果、野外现场更换受损设备，克服了传统诊断需要将受测仪器带回实验室测试、且只能抽检等弊端，可实现地质灾害监测设备现场的快速诊断，极大提高工作效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种诊断装置及诊断方法，尤其涉及一种用于地质灾害监测设备现场诊断的装置及方法。

背景技术

地质灾害监测预警是当前及今后相当长时期的一个热门技术领域，在地质灾害监测预警技术领域已有大量国内国际专利授权或在审，如：专利《一种滑坡监测装置》、《一种山体裂缝远程监测装置》、《一种基于传感器网络的地质灾害监测预警系统》，从监测方法、技术等方面进行了保护，也给出了问题的解决方案。上述专利中记载的地质灾害监测预警装置，一般都可在野外长期稳定工作，能实现对地质灾害体地有效监测与预警。然而，当设备工作一定年限后，由于野外潮湿、盐雾等环境因素影响，电子设备出现老化，其数据采集精度和准确度都会有所降低，有些电子部件甚至会失效，从而影响监测效果。因此，必须定期对现场监测设备进行诊断。

目前，国内采取的工作方式一般是在监测区内，随机抽取几个监测点，将整套设备（包括传感器、主控制单元、通信单元等）取回室内（实验室）进行测试，得出诊断结论，根据诊断结论再安排人员去现场进行设备恢复。

上述诊断方法不仅成本高、效率低，且只能对抽检设备做出判断，其他未抽检设备的状态不得而知，漏检严重，实质上没有完成定期诊断的目标，影响系统的监测效果，这也是目前地质灾害监测领域一直被忽视的问题。从文献调研来看，更多的学者都把目光聚焦在如何去监测地质灾害上，而对监测设备本身的关注却鲜有提及。因此，提出一种对地质灾害现场设备进行诊断的方法和装置，是十分必要而有意义的。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，针对现有地质灾害监测设备定期巡检过程中存在的检测方法落后、检测点少、检测效率低等缺点的用于地质灾害监测设备现场诊断的装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种用于地质灾害监测设备的现场诊断装置，包括诊断仪器和受测仪器；所述诊断仪器包括第一微控制器、第一传感器测量单元、第一4G通信单元、显示单元，以及为上述各单元供电的第一供电单元；

所述受测仪器包括第二微控制器、第二传感器测量单元、第二4G通信单元，以及为上述各单元供电的第二供电单元；

所述第一、第二传感器测量单元用于接传感器，二者结构相同，包括用于接模拟信号传感器的第一信号调理电路，用于接数字信号传感器的第二信号调理电路，所述第一信号调理电路输出端经运算放大器、AD转换电路后接第一微控制器，所述第二信号调理电路输出端经脉冲整形电路后接第一微控制器；

所述第一微控制器和第二微控制器间通过RS232通信电缆连接，二者进行数据传输。

作为优选：所述传感器包括倾斜度传感器、地表裂缝位移传感器、降雨量传感器、地下水位传感器。

一种用于地质灾害监测设备的现场诊断装置的诊断方法，包括以下步骤：

（1）根据受测仪器所接传感器的类型，选择对应的传感器接入诊断仪器的第一传感器测量单元中，启动诊断仪器一次，第一微控制器获得传感器的测量值a1、第一4G通信单元状态值b1、第一供电单元电压值c1，其中第一4G通信单元通信成功b1标记为1，不成功b1标记为0；

（2）将诊断仪器和受测仪器通过RS232通信电缆连接，若通信异常则通过显示单元显示“通信异常”，表明受测仪器的第二微控制器故障，需维修或更换，维修或更换完成后进入下一步；

（3）受测仪器启动一次测量，将其传感器测量值a2、第二4G通信单元状态值b2、第二供电单元电压值c2，三种数据通过RS232通信电缆传输给诊断仪器，其中第二4G通信单元通信成功b2标记为1，不成功b2标记为0；

（4）分别设定传感器测量值的阈值a、供电单元电压值的阈值c，并计算传感器测量单元、和供电电压的绝对差值，判断：若b1=1且b2=0，则需对应更换或维修第二供电单元，若|c1-c2|＞c，则需对应更换或维修第二4G通信单元，更换或维修完成后进入下一步，否则直接进入下一步；

（5）判断|a1-a2|的值：

若|a1-a2|≤a，无故障产生；

若|a1-a2|＞a，则将受测仪器中的传感器接入诊断仪器中，启动一次测量，得到传感器测量值a3，计算|a1-a3|的绝对差值,若此绝对差值超过阈值a，则说明受测仪器中的传感器故障，对应更换或维修传感器；若未超过阈值a，则说明第二传感器测量单元故障，对应更换或维修第二传感器测量单元；

（6）诊断结束。

作为优选：所述传感器包括倾斜度传感器、地表裂缝位移传感器、降雨量传感器、地下水位传感器。

作为优选：所述传感器测量值的阈值a中，倾斜度传感器对应倾斜度的阈值为0.01°，地表裂缝位移传感器对应的位移阈值为1mm，降雨量传感器对应的降水量阈值为1mm，地下水位传感器对应的水位阈值为1mm，4G通信状态值的阈值b为通信成功，供电单元电压值的阈值c为0.5V。

与现有技术相比，本发明的优点在于：提出了在设计开发地质灾害监测设备的同时，配套设计开发一种用于后期设备检修、检测的现场诊断装置，并给出了相应的诊断方法及步骤。本发明能够实现地质灾害监测设备的野外现场测试、野外现场出诊断结果、野外现场更换受损设备，克服了传统诊断需要将受测仪器带回实验室测试、且只能抽检等弊端，可实现地质灾害监测设备现场的快速诊断，极大提高工作效率。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为传感器组的示意图；

图3为第一传感器测量单元的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：参见图1到图3，一种用于地质灾害监测设备的现场诊断装置，包括诊断仪器和受测仪器，所述诊断仪器包括第一微控制器、第一传感器测量单元、第一4G通信单元、显示单元，以及为上述各单元供电的第一供电单元；

所述受测仪器包括第二微控制器、第二传感器测量单元、第二4G通信单元，以及为上述各单元供电的第二供电单元；

所述第一、第二传感器测量单元用于接传感器，二者结构相同，包括用于接模拟信号传感器的第一信号调理电路，用于接数字信号传感器的第二信号调理电路，所述第一信号调理电路输出端经运算放大器、AD转换电路后接第一微控制器，所述第二信号调理电路输出端经脉冲整形电路后接第一微控制器；

所述第一微控制器和第二微控制器间通过RS232通信电缆连接，二者进行数据传输。

本实施例中：所述传感器包括倾斜度传感器、地表裂缝位移传感器、降雨量传感器、地下水位传感器。

一种用于地质灾害监测设备的现场诊断装置的诊断方法，包括以下步骤：

（1）根据受测仪器所接传感器的类型，选择对应的传感器接入诊断仪器的第一传感器测量单元中，本实施例中，传感器组中的传感器包括倾斜度传感器、地表裂缝位移传感器、降雨量传感器、地下水位传感器，实际上，使用这完全可以根据自己的需要，选择不同的传感器；

启动诊断仪器一次，第一微控制器获得传感器的测量值a1、第一4G通信单元状态值b1、第一供电单元电压值c1，其中第一4G通信单元通信成功b1标记为1，不成功b1标记为0；

（2）将诊断仪器和受测仪器通过RS232通信电缆连接，若通信异常则通过显示单元显示“通信异常”，表明受测仪器的第二微控制器故障，需维修或更换，维修或更换完成后进入下一步；

判断“通信异常”的方式有很多，如一方发送握手信号，另一方如果收到就应答，没收到的话就不会应答；如果没有应答，显示单元就会显示通信异常。当然也不排除其他方法，只要能判断出异常即可；

（3）受测仪器启动一次测量，将其传感器测量值a2、第二4G通信单元状态值b2、第二供电单元电压值c2，三种数据通过RS232通信电缆传输给诊断仪器，其中第二4G通信单元通信成功b2标记为1，不成功b2标记为0；

（4）分别设定传感器测量值的阈值a、供电单元电压值的阈值c，并计算传感器测量单元、和供电电压的绝对差值，

判断：若b1=1且b2=0，则需对应更换或维修第二供电单元，若|c1-c2|＞c，则需对应更换或维修第二4G通信单元，更换或维修完成后进入下一步，否则直接进入下一步；

（5）判断|a1-a2|的值：

若|a1-a2|≤a，无故障产生；

若|a1-a2|＞a，则将受测仪器中的传感器接入诊断仪器中，启动一次测量，得到传感器测量值a3，计算|a1-a3|的绝对差值,若此绝对差值超过阈值a，则说明受测仪器中的传感器故障，对应更换或维修传感器；若未超过阈值a，则说明第二传感器测量单元故障，对应更换或维修第二传感器测量单元；

（6）诊断结束。

本实施例中，所述传感器测量值的阈值a中，倾斜度传感器对应倾斜度的阈值为0.01°，地表裂缝位移传感器对应的位移阈值为1mm，降雨量传感器对应的降水量阈值为1mm，地下水位传感器对应的水位阈值为1mm，4G通信状态值的阈值b为通信成功，供电单元电压值的阈值c为0.5V。

本发明无需将整套设备带回实验室进行测试，现场就能进行设备的检测和修复。

本发明通过诊断仪器、及一系列的分析处理方法，能在现场判断出受测仪器的某个部分发生了故障，克服了传统诊断需要将受测仪器带回实验室测试、且只能抽检等弊端，可实现地质灾害监测设备现场的快速诊断，极大提高工作效率。本发明结构简单，效果高、检测方法方便实用。

根据本发明的方法：这里我们以发明人负责建立的一处地质灾害监测示范站为例，对本实施例的效果进行定量对比。

自2010年起，我们在四川省绵阳市境内建立了一处地质灾害监测预警站，在灾害现场共安装了16套监测设备，分布在方圆5km²的山区内，监测设备的结构与本发明图1类似。

根据现场的数据反馈情况，从2014年开始，有些设备的数据传输中断，有些设备的数据上下漂移严重，据此，从2015年起，我们开始定期（每年汛期前后各1次，共2次/年）对16套现场设备进行检修诊断，采取的方法标记为：记为传统方式，就是“有问题的直接检修，无法直接看出问题的抽样检修，拆卸并带回实验室进行参数标定，再返回现场重新安装调试。”该传统方式与本发明提出的诊断方式在工作效率方面的对比统计如表1所示：

表1：传统方法和本发明诊断方法对比情况

方法名对待检设备的覆盖情况前往现场次数每套设备耗费人力传统方式抽检2次约4工时本发明诊断方式全覆盖1次约2工时

总之，从诊断工作效率来看，本发明诊断方式至少提高一倍；从节约成本来计算，本发明诊断方式至少降低一半的费用；从诊断工作的科学完备性来看，本发明能实现待检设备的全覆盖，这是传统方式无法企及的。