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1、(10)申请公布号 CN 103558639 A (43)申请公布日 2014.02.05 CN 103558639 A (21)申请号 201310541613.1 (22)申请日 2013.11.05 G01V 3/08(2006.01) (71)申请人 陈洪凯 地址 400074 重庆市南岸区学府大道 66 号 重庆交通大学岩土工程研究所 申请人 董平 唐红梅 (72)发明人 陈洪凯 董平 唐红梅 (74)专利代理机构 重庆辉腾律师事务所 50215 代理人 侯懋琪 侯春乐 (54) 发明名称 地面塌陷监测装置及监测方法 (57) 摘要 一种地面塌陷监测方法， 将感应环和磁传感 器顺次吊。
2、装在监测洞内， 当地面塌陷灾害出现后， 监测洞被破坏， 感应环失去支撑并下落， 下落过程 中， 设置在感应环上的永磁体与磁传感器的探测 区域发生重叠， 由磁传感器感应到感应环的下落 动作后， 即可知道地面塌陷灾害已经发生 ； 另外， 本发明还提出了一种可实现本发明方法的地面塌 陷监测装置 ； 本发明的有益技术效果是 ： 所需的 硬件简单， 装置布设方便， 数据处理简便， 监测结 果准确可靠。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103。
3、558639 A CN 103558639 A 1/2 页 2 1. 一种地面塌陷监测装置， 其特征在于 ： 所述地面塌陷监测装置由支架 （A） 、 垂重体 （B） 、 缆索 （C） 、 处理模块 （D） 、 磁传感器 （E） 、 通信线缆和感应环 （F） 组成 ； 缆索 （C） 上端与支架 （A） 固定连接， 缆索 （C） 下端与垂重体 （B） 固定连接 ； 磁传感器 （E） 固定在缆索 （C） 中部， 磁传感器 （E） 和处理模块 （D） 之间通过通信线缆电气连接 ； 感应环 （F） 设置于缆索 （C） 上支架 （A） 和磁传感器 （E） 之间的位置处， 且感应环 （F） 能沿缆索 （C）。
4、 滑动 ； 所述感应环 （F） 由外筒 （1） 、 内筒 （2） 、 永磁体 （3） 、 多个卡臂 （5） 和多个弹簧 （6） 组成 ； 所述外筒 （1） 和内筒 （2） 均为两端开口的圆筒结构， 内筒 （2） 套接在外筒 （1） 内， 外筒 （1） 和内筒 （2） 之间通过连接梁固定 ； 内筒 （2） 内壁上设置有安装槽， 永磁体 （3） 镶嵌在安装槽 内 ； 多个卡臂 （5） 与外筒 （1） 外壁转动连接， 卡臂 （5） 能沿外筒 （1） 轴向转动 ； 每个卡臂 （5） 均对应一个弹簧 （6） ， 弹簧 （6） 的一端与卡臂 （5） 中部连接， 弹簧 （6） 的另一端与外筒 （1） 外 壁。
5、连接 ； 自然状态时， 卡臂 （5） 外端在弹簧 （6） 的拉力作用下向外筒 （1） 表面靠拢， 且多个卡 臂 （5） 的外端朝向相同 ； 缆索 （C） 从感应环 （F） 的内筒 （2） 内孔中穿过， 缆索 （C） 与内筒 （2） 之间留有间隙。 2. 根据权利要求 1 所述的地面塌陷监测装置， 其特征在于 ： 所述外筒 （1） 和内筒 （2） 同 轴设置 ； 所述连接梁的数量为 3 个或 4 个， 各个连接梁沿外筒 （1） 周向均匀分布。 3.根据权利要求2所述的地面塌陷监测装置， 其特征在于 ： 所述感应环 （F） 的数量为多 个， 多个感应环 （F） 沿缆索 （C） 轴向顺次排列。 4.。
6、 根据权利要求 1 所述的地面塌陷监测装置， 其特征在于 ： 所述卡臂 （5） 的数量为 8 个 ； 其中 4 个卡臂 （5） 记为第一卡臂组， 第一卡臂组内的 4 个卡臂 （5） 在外筒 （1） 轴向上等 高设置， 另外 4 个卡臂 （5） 记为第二卡臂组， 第二卡臂组内的 4 个卡臂 （5） 在外筒 （1） 轴向 上等高设置， 第一卡臂组和第二卡臂组的设置高度不同。 5. 根据权利要求 4 所述的地面塌陷监测装置， 其特征在于 ： 第一卡臂组内的 4 个卡臂 （5） 的周向位置沿外筒 （1） 周向均匀分布 ； 第二卡臂组内的 4 个卡臂 （5） 的周向位置沿外筒 （1） 周向均匀分布。 6。
7、. 根据权利要求 5 所述的地面塌陷监测装置， 其特征在于 ： 第一卡臂组内的 4 个卡臂 （5） 的周向位置与第二卡臂组内的 4 个卡臂 （5） 的周向位置一一对应。 7.根据权利要求1所述的地面塌陷监测装置， 其特征在于 ： 所述支架 （A） 采用带中孔的 圆盘形结构体。 8.根据权利要求1所述的地面塌陷监测装置， 其特征在于 ： 所述垂重体 （B） 外径大于内 筒 （2） 内径。 9. 一种地面塌陷监测方法， 其特征在于 ： 所涉及的硬件有 ： 支架 （A） 、 垂重体 （B） 、 缆索 （C） 、 处理模块 （D） 、 磁传感器 （E） 、 通信线缆和感应环 （F） ； 所述地面塌陷监。
8、测方法的操作为 ： 1） 在监测区域钻孔， 形成与水平方向垂直的监测洞 ； 2） 支架 （A） 固定在监测洞的洞口位置处， 垂重体 （B） 和支架 （A） 之间通过缆索 （C） 固定 连接， 垂重体 （B） 垂挂在监测洞内 ； 磁传感器 （E） 固定在缆索 （C） 中部， 磁传感器 （E） 和处理 模块 （D） 之间通过通信线缆电气连接 ； 正常情况下监测洞为柱状结构， 感应环 （F） 通过弹性机构与监测洞的洞壁卡接， 感应环 （F） 的位置位于磁传感器 （E） 和支架 （A） 之间， 感应环 （F） 上设置有永磁体 （3） ； 权 利 要 求 书 CN 103558639 A 2 2/2 页。
9、 3 3） 当土体塌陷后， 监测洞的内壁被破坏， 弹性机构失去支撑部， 感应环 （F） 向监测洞底 部滑落 ； 在感应环 （F） 滑落过程中， 永磁体 （3） 发出的磁力线与磁传感器 （E） 的探测区域发 生重叠， 处理模块 （D） 通过磁传感器 （E） 感知到感应环 （F） 已经滑落， 通过对感应环 （F） 的 设置高度进行预先标定， 即可知道土体出现塌陷的深度。 10. 根据权利要求 9 所述的地面塌陷监测方法， 其特征在于 ： 所述感应环 （F） 的数量为 多个， 多个感应环 （F） 沿监测洞轴向依次设置。 权 利 要 求 书 CN 103558639 A 3 1/4 页 4 地面塌陷监。
10、测装置及监测方法 技术领域 0001 本发明涉及一种地质灾害监测技术， 尤其涉及一种地面塌陷监测装置及监测方 法。 背景技术 0002 每年在全国各地都会发生多起地面塌陷灾害， 特别是在岩溶地区相关塌陷灾害更 是频繁发生， 给人民生命财产安全造成了严重损失 ； 由于岩溶土洞均在地面以下， 且埋深各 异， 极具隐蔽性， 给灾害监测带来了极大的困难。 0003 目前， 用于地面塌陷灾害的监测手段主要有地质雷达 （GPR） 、 TDR（BOTDR） 技术以 及水 （气） 压力监测， 地质雷达和 TDR 的运行成本很高， 不适合大范围推广， 水 （气） 压力监测 又难以得出较为准确的结论， 并且三种方。
11、法还都存在操作便捷性差的缺陷。 发明内容 0004 针对背景技术中的问题， 本发明提出了一种地面塌陷监测方法， 其方案为 ： 所涉及 的硬件有 ： 支架、 垂重体、 缆索、 处理模块、 磁传感器 （即霍尔元件） 、 通信线缆和感应环 ； 其 中， 支架、 垂重体和缆索形成监测装置的支撑结构， 支架用于将垂重体垂挂在监测洞中， 垂 重体用于将缆索张紧， 缆索用于设置磁传感器 ； 磁传感器、 通信线缆和感应环形成监测装置 的传感部分， 感应环用于感应地质变化， 磁传感器用于感应监测装置的状态， 通信线缆用于 将磁传感器采集到的信号传输至处理模块中 ； 应用前述多个装置进行监测的具体操作如 下 ： 。
12、1） 在监测区域钻孔， 形成与水平方向垂直的监测洞 ； 2） 支架固定在监测洞的洞口位置处， 垂重体和支架之间通过缆索固定连接， 垂重体垂 挂在监测洞内 ； 磁传感器固定在缆索中部， 磁传感器和处理模块之间通过通信线缆电气连 接 ； 正常情况下监测洞为柱状结构， 感应环通过弹性机构与监测洞的洞壁卡接， 感应环的 位置位于磁传感器和支架之间， 感应环上设置有永磁体 ； 3） 当土体塌陷后， 监测洞的内壁被破坏， 弹性机构失去支撑部， 感应环向监测洞底部滑 落 ； 在感应环滑落过程中， 永磁体发出的磁力线与磁传感器的探测区域发生重叠， 处理模块 通过磁传感器感知到感应环已经滑落， 通过对感应环的设。
13、置高度进行预先标定， 即可知道 土体出现塌陷的深度。 0005 前述方法实施简便， 且所需的硬件装置均为十分常见的东西， 并且感应环对地质 变化十分敏感， 监测结果准确。 0006 地面塌陷灾害一般是从地表较深位置处向地表方向发展， 基于地面塌陷灾害的这 种特点， 还可将感应环的数量设置为多个， 多个感应环沿监测洞轴向依次设置， 通过设置多 个感应环并对多个感应环的分布深度进行预先标定， 当地面塌陷灾害影响到感应环所在位 置的监测洞时， 感应环开始滑落， 处理模块对磁传感器感应到磁场的次数进行计数， 即可知 说 明 书 CN 103558639 A 4 2/4 页 5 道有多少个感应环滑落了，。
14、 这不仅能够对地面塌陷灾害的发生进行监测， 还能对地面塌陷 灾害的发展进度进行监测， 并可据此制订多级预警机制， 即可通过监测感应环滑落的数量 来判断地面塌陷的发展深度， 如果地面塌陷的深度还不足以威胁地表安全， 则仅需密切监 视即可， 从而进一步提高灾害预警的准确性。 0007 在前述的监测方法基础上， 本发明还提出了一种地面塌陷监测装置， 其结构为 ： 所 述地面塌陷监测装置由支架、 垂重体、 缆索、 处理模块、 磁传感器、 通信线缆和感应环组成 ； 缆索上端与支架固定连接， 缆索下端与垂重体固定连接 ； 磁传感器固定在缆索中部， 磁 传感器和处理模块之间通过通信线缆电气连接 ； 感应环设。
15、置于缆索上支架和磁传感器之间 的位置处， 且感应环能沿缆索滑动 ； 所述感应环由外筒、 内筒、 永磁体、 多个卡臂和多个弹簧组成 ； 所述外筒和内筒均为两 端开口的圆筒结构， 内筒套接在外筒内， 外筒和内筒之间通过连接梁固定 ； 内筒内壁上设置 有安装槽， 永磁体镶嵌在安装槽内 ； 多个卡臂与外筒外壁转动连接， 卡臂能沿外筒轴向转 动 ； 每个卡臂均对应一个弹簧， 弹簧的一端与卡臂中部连接， 弹簧的另一端与外筒外壁连 接 ； 自然状态时， 卡臂外端在弹簧的拉力作用下向外筒表面靠拢， 且多个卡臂的外端朝向相 同 ； 布设感应环时， 用力转动卡臂， 使卡臂外端朝与弹簧收缩方向相反的方向转动， 并且。
16、使 卡臂的外周小于监测洞的直径， 然后将卡臂运送到监测洞内对应位置后， 松开卡臂， 卡臂就 在弹簧作用下反向转动并最终被监测洞的洞壁卡住， 从而完成感应环的布设。 0008 缆索从感应环的内筒内孔中穿过， 缆索与内筒之间留有间隙。 0009 前述结构中所涉及的部件结构简单， 安装设置操作简便， 测试结果准确可靠。 0010 优选地， 所述外筒和内筒同轴设置 ； 所述连接梁的数量为 3 个或 4 个， 各个连接梁 沿外筒周向均匀分布。 另外， 外筒和内筒在本感应环中所起的作用为支撑卡臂和永磁体， 这 主要是考虑节省成本和降低感应环自重以及减小卡臂的长度 （也即提高卡臂的灵活性） ； 再 次， 本。
17、发明的感应环之所以采用由外筒和内筒组成的环形结构体的另一个原因是 ： 环状结 构可以与卡挡结构 （即可以将垂重体的内径设置得较大， 当感应环滑落后可以被垂重体接 住） 配合， 避免感应环滑落至监测洞底后难以取出。 0011 与前述监测方法中设置多个感应环的理由相同， 具体应用时， 也可设置多个感应 环， 多个感应环沿缆索轴向顺次排列。 0012 优选地， 所述卡臂的数量为 8 个 ； 其中 4 个卡臂记为第一卡臂组， 第一卡臂组内的 4 个卡臂在外筒轴向上等高设置， 另外 4 个卡臂记为第二卡臂组， 第二卡臂组内的 4 个卡臂 在外筒轴向上等高设置， 第一卡臂组和第二卡臂组的设置高度不同。 0。
18、013 优选地， 第一卡臂组内的 4 个卡臂的周向位置沿外筒周向均匀分布 ； 第二卡臂组 内的 4 个卡臂的周向位置沿外筒周向均匀分布。 0014 优选地， 第一卡臂组内的 4 个卡臂的周向位置与第二卡臂组内的 4 个卡臂的周向 位置一一对应。 0015 优选地， 所述支架采用带中孔的圆盘形结构体。 采用圆盘形的支架时， 可以使支架 的外径大于监测洞直径， 从而使支架卡接在洞口处， 同时还能将洞口全部封闭， 避免异物掉 入监测洞内。 0016 优选地， 所述垂重体外径大于内筒内径。 采用此改进后， 垂重体就能将滑落的感应 环接住， 便于取出感应环， 以重复利用。 说 明 书 CN 103558。
19、639 A 5 3/4 页 6 0017 本发明的有益技术效果是 ： 所需的硬件简单， 装置布设方便， 数据处理简便， 监测 结果准确可靠。 附图说明 0018 图 1、 本发明的使用状态示意图 ； 图 2、 感应环横截面示意图 ； 图 3、 感应环轴截面示意图 ； 图中各个标记所对应的部件分别为 ： 支架 A、 垂重体 B、 缆索 C、 处理模块 D、 磁传感器 E、 感应环 F、 外筒 1、 内筒 2、 永磁体 3、 卡臂 5、 弹簧 6。 具体实施方式 0019 一种地面塌陷监测装置， 其结构为 ： 所述地面塌陷监测装置由支架 A、 垂重体 B、 缆 索 C、 处理模块 D、 磁传感器 。
20、E、 通信线缆和感应环 F 组成 ； 缆索 C 上端与支架 A 固定连接， 缆索 C 下端与垂重体 B 固定连接 ； 磁传感器 E 固定在缆 索 C 中部， 磁传感器 E 和处理模块 D 之间通过通信线缆电气连接 ； 感应环 F 设置于缆索 C 上 支架 A 和磁传感器 E 之间的位置处， 且感应环 F 能沿缆索 C 滑动 ； 所述感应环F由外筒1、 内筒2、 永磁体3、 多个卡臂5和多个弹簧6组成 ； 所述外筒1和 内筒 2 均为两端开口的圆筒结构， 内筒 2 套接在外筒 1 内， 外筒 1 和内筒 2 之间通过连接梁 固定 ； 内筒 2 内壁上设置有安装槽， 永磁体 3 镶嵌在安装槽内 ；。
21、 多个卡臂 5 与外筒 1 外壁转 动连接， 卡臂 5 能沿外筒 1 轴向转动 ； 每个卡臂 5 均对应一个弹簧 6， 弹簧 6 的一端与卡臂 5 中部连接， 弹簧 6 的另一端与外筒 1 外壁连接 ； 自然状态时， 卡臂 5 外端在弹簧 6 的拉力作 用下向外筒 1 表面靠拢， 且多个卡臂 5 的外端朝向相同 ； 缆索 C 从感应环 F 的内筒 2 内孔中穿过， 缆索 C 与内筒 2 之间留有间隙。 0020 进一步地， 所述外筒 1 和内筒 2 同轴设置 ； 所述连接梁的数量为 3 个或 4 个， 各个 连接梁沿外筒 1 周向均匀分布。 0021 进一步地， 所述感应环 F 的数量为多个，。
22、 多个感应环 F 沿缆索 C 轴向顺次排列。 0022 进一步地， 所述卡臂 5 的数量为 8 个 ； 其中 4 个卡臂 5 记为第一卡臂组， 第一卡臂 组内的 4 个卡臂 5 在外筒 1 轴向上等高设置， 另外 4 个卡臂 5 记为第二卡臂组， 第二卡臂组 内的 4 个卡臂 5 在外筒 1 轴向上等高设置， 第一卡臂组和第二卡臂组的设置高度不同。 0023 进一步地， 第一卡臂组内的4个卡臂5的周向位置沿外筒1周向均匀分布 ； 第二卡 臂组内的 4 个卡臂 5 的周向位置沿外筒 1 周向均匀分布。 0024 进一步地， 第一卡臂组内的 4 个卡臂 5 的周向位置与第二卡臂组内的 4 个卡臂 。
23、5 的周向位置一一对应。 0025 进一步地， 所述支架 A 采用带中孔的圆盘形结构体。 0026 进一步地， 所述垂重体 B 外径大于内筒 2 内径。 0027 一种地面塌陷监测方法， 所涉及的硬件有 ： 支架A、 垂重体B、 缆索C、 处理模块D、 磁 传感器 E、 通信线缆和感应环 F ； 所述地面塌陷监测方法的操作为 ： 1） 在监测区域钻孔， 形成与水平方向垂直的监测洞 ； 说 明 书 CN 103558639 A 6 4/4 页 7 2） 支架 A 固定在监测洞的洞口位置处， 垂重体 B 和支架 A 之间通过缆索 C 固定连接， 垂 重体 B 垂挂在监测洞内 ； 磁传感器 E 固定。
24、在缆索 C 中部， 磁传感器 E 和处理模块 D 之间通过 通信线缆电气连接 ； 正常情况下监测洞为柱状结构， 感应环 F 通过弹性机构与监测洞的洞壁卡接， 感应环 F 的位置位于磁传感器 E 和支架 A 之间， 感应环 F 上设置有永磁体 3 ； 3） 当土体塌陷后， 监测洞的内壁被破坏， 弹性机构失去支撑部， 感应环 F 向监测洞底部 滑落 ； 在感应环 F 滑落过程中， 永磁体 3 发出的磁力线与磁传感器 E 的探测区域发生重叠， 处理模块 D 通过磁传感器 E 感知到感应环 F 已经滑落， 通过对感应环 F 的设置高度进行预 先标定， 即可知道土体出现塌陷的深度。 0028 进一步地， 所述感应环 F 的数量为多个， 多个感应环 F 沿监测洞轴向依次设置。 说 明 书 CN 103558639 A 7 1/3 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103558639 A 8 2/3 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 103558639 A 9 3/3 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 103558639 A 10 。