一种摩擦电式滑坡深部变形实时监测系统的制作方法
本发明涉及滑坡监测，特别是涉及一种摩擦电式滑坡深部变形实时监测系统。
背景技术：
1、滑坡作为常见的地质灾害，具有数量多、范围广、危害程度大等特点，时刻威胁着人民生命和财产的安全。监测预警系统是主动防范灾害发生的重要手段，能有效识别滑坡的危险程度。滑坡监测预警系统通过综合分析变形、水文特征和岩土结构等，能够揭示滑坡的演变状态，可以及时发出预警信息。在众多监测对象中，监测滑坡深部变形尤为重要。及时准确地获得滑坡深部变形情况，可以直接获取滑面发展破坏信息，能够尽早评估滑坡的潜在危险，避免造成巨大危害。需要说明的是深部变形可以通过倾斜角度进行表征。目前滑坡深部变形监测方法包括电阻率断层扫描技术、光纤传感器、钻孔倾斜仪等。现有技术均需要消耗能源，尤其是电阻率断层扫描技术，要想获得全面的滑坡深部变形数据势必会带来消耗大量能源问题。为此，开发出一种自供电无线监测系统是未来趋势，而当务之急是提出一种滑坡深部变形的自供电监测方法。
2、摩擦纳米发电机(teng)，作为一种新型高熵能源技术，在自驱动传感领域提供一种全新的监测策略。近年来，众多研究人员证明了teng作为自驱动传感器可以应用在多个领域。一些研究人员验证了teng在滑坡监测中的可行性。值得注意的是，在滑坡全生命周期中，尤其是滑坡发展初期，其滑动带变形平均速度约为每年1°，现有的传感器难以监测到滑坡深部的细微倾角变化。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对现有的传感器难以监测到滑坡深部的细微倾角变化的问题，提供一种摩擦电式滑坡深部变形实时监测系统。
2、本发明提出了一种摩擦电式滑坡深部变形实时监测系统，其包括：壳体；
3、摆锤组件，其安装在所述壳体内，其包括：摆杆、配重块和第一传动轴，所述第一传动轴转动连接在所述壳体上，所述摆杆的一端固定连接在所述第一传动轴上，所述摆杆的另一端与所述配重块连接，通过配重块的自重在滑坡变形时驱动摆杆产生旋转；传动放大组件，其安装在所述壳体内，所述传动放大组件包括：齿盘、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、至少一个棘轮、第二传动轴和第三传动轴，所述第二传动轴转动连接在所述壳体上，所述第三传动轴转动连接在所述壳体上，所述齿盘与所述摆杆的一端同轴连接在所述第一传动轴上，所述第一齿轮和所述第二齿轮同轴连接在所述第二传动轴上，所述第三齿轮和所述棘轮同轴连接在所述第三传动轴上，所述第一齿轮与所述齿盘相啮合，所述第二齿轮与所述第三齿轮相啮合，所述第一齿轮的齿数小于所述齿盘的齿数，且所述第三齿轮的齿数小于所述第二齿轮的齿数；发电组件，其安装在所述壳体内且至少为一个，其包括：设置在所述壳体上的第一发电件、第二发电件和至少一个棘爪，所述第二发电件与所述棘爪连接，所述棘爪与所述棘轮相啮合；当配重块驱动所述摆杆旋转时，所述传动放大组件用于放大所述摆杆旋转角度，以使在所述棘轮转动时，所述棘爪间歇性地与所述棘轮啮合，使所述第一发电件与所述第二发电件往复接触产生表征滑坡倾斜变化的电信号。
4、作为本发明的进一步改进，所述摩擦电式滑坡深部变形监测系统还包括：设置在所述壳体上的齿轮阻尼器，所述齿轮阻尼器的输出端固定连接有第四齿轮，所述第四齿轮与所述第二齿轮啮合。
5、作为本发明的进一步改进，所述摆杆上设置有凸块，所述齿盘上设置有卡槽，所述凸块与所述卡槽配合。
6、作为本发明的进一步改进，所述棘轮、所述棘爪和所述发电组件均设置有两个，且两个所述棘轮之间固定连接，两个所述棘爪与两个所述棘轮一一对应，且所述棘爪与对应的所述棘轮相配合，在棘轮的周向方向上，两个所述棘爪与对应所述棘轮的配合位置错开设置。
7、作为本发明的进一步改进，所述棘轮的棘齿构造为内齿圈结构，所述棘爪包括：与所述棘轮的棘齿啮合的啮合部和与所述第二发电件连接的连接部，所述啮合部转动连接在所述壳体内。
8、作为本发明的进一步改进，所述棘轮的棘齿构造为外齿圈结构，所述棘爪包括：与所述棘轮的棘齿啮合的啮合部和与所述第二发电件连接的连接部，所述连接部沿着竖直方向滑动连接在所述壳体内。
9、作为本发明的进一步改进，所述第一发电件包括：第一导电件和第一摩擦件，所述第二发电件包括：与所述第一摩擦件配合的第二导电件。
10、作为本发明的进一步改进，所述第一发电件包括：第一导电件和第一摩擦件，所述第二发电件包括：第二导电件和与所述第一摩擦件配合的第二摩擦件。
11、作为本发明的进一步改进，所述第一摩擦件材料为尼龙、聚酰亚胺和聚四氟乙烯中的任意一种，所述第二摩擦件的材料为尼龙、聚酰亚胺和聚四氟乙烯中的任意一种，且所述第一摩擦件与所述第二摩擦件的材料不同。
12、作为本发明的进一步改进，所述滑坡的倾斜角θ为：
13、θ＝k·θ1
14、其中，k为发生滑坡时产生完整发电周期的次数，θ1为变形监测系统监测到的最小倾斜角。
15、与现有技术相比，本发明具备如下有益效果：
16、1、本发明通过设置第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和齿盘可以将摆锤组件的微小转动进而放大，从而可以带动棘轮产生明显的转动，进而可以带动第二发电件与第一发电件往复接触，发出电信号，从而可以根据电信号来监测滑坡深部微小的倾角变化。而且，本发明通过摩擦纳米发电机技术，无需外部电源供电即可进行对滑坡深度变形的监测。
17、2、本发明通过设置齿轮阻尼器，可以在棘爪势能释放的瞬间，为第二齿轮提供额外阻力，从而可以使第二传动件的运动更加稳定，进而可以提高摩擦电式滑坡深部变形监测系统的监测精度。
技术特征：
1.一种摩擦电式滑坡深部变形实时监测系统，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的一种摩擦电式滑坡深部变形实时监测系统，其特征在于，所述摩擦电式滑坡深部变形监测系统还包括：设置在所述壳体(1)上的齿轮阻尼器(5)，所述齿轮阻尼器(5)的输出端固定连接有第四齿轮(6)，所述第四齿轮(6)与所述第二齿轮(43)啮合。
3.根据权利要求1所述的一种摩擦电式滑坡深部变形实时监测系统，其特征在于，所述摆杆(21)上设置有凸块(211)，所述齿盘(41)上设置有卡槽(411)，所述凸块(211)与所述卡槽(411)配合。
4.根据权利要求1所述的一种摩擦电式滑坡深部变形实时监测系统，其特征在于，所述棘轮(45)、所述棘爪(34)和所述发电组件(3)均设置有两个，且两个所述棘轮(45)之间固定连接，两个所述棘爪(34)与两个所述棘轮(45)一一对应，且所述棘爪(34)与对应的所述棘轮(45)相配合，在棘轮(45)的周向方向上，两个所述棘爪(34)与对应所述棘轮(45)的配合位置错开设置。
5.根据权利要求4所述的一种摩擦电式滑坡深部变形实时监测系统，其特征在于，所述棘轮(45)的棘齿构造为内齿圈结构，所述棘爪(34)包括：与所述棘轮(45)的棘齿啮合的啮合部(341)和与所述第二发电件(33)连接的连接部(342)，所述啮合部(341)转动连接在所述壳体(1)内。
6.根据权利要求4所述的一种摩擦电式滑坡深部变形实时监测系统，其特征在于，所述棘轮(45)的棘齿构造为外齿圈结构，所述棘爪(34)包括：与所述棘轮(45)的棘齿啮合的啮合部(341)和与所述第二发电件(33)连接的连接部(342)，所述连接部(342)沿着竖直方向滑动连接在所述壳体(1)内。
7.根据权利要求1所述的一种摩擦电式滑坡深部变形实时监测系统，其特征在于，所述第一发电件(32)包括：第一导电件(321)和第一摩擦件(322)，所述第二发电件(33)包括：与所述第一摩擦件(322)配合的第二导电件(331)。
8.根据权利要求1所述的一种摩擦电式滑坡深部变形实时监测系统，其特征在于，所述第一发电件(32)包括：第一导电件(321)和第一摩擦件(322)，所述第二发电件(33)包括：第二导电件(331)和与所述第一摩擦件(322)配合的第二摩擦件(332)。
9.根据权利要求8中所述的一种摩擦电式滑坡深部变形实时监测系统，其特征在于，所述第一摩擦件(322)材料为尼龙、聚酰亚胺和聚四氟乙烯中的任意一种，所述第二摩擦件(332)的材料为尼龙、聚酰亚胺和聚四氟乙烯中的任意一种，且所述第一摩擦件(322)与所述第二摩擦件(332)的材料不同。
10.根据权利要求1中所述的一种摩擦电式滑坡深部变形实时监测系统，其特征在于，所述滑坡的倾斜角θ为：
技术总结
本发明涉及一种摩擦电式滑坡深部变形实时监测系统，包括壳体、摆锤组件、发电组件和传动放大组件；摆锤组件用于根据滑坡的变形产生旋转，包括摆杆、配重块和第一传动轴；发电组件包括支撑架、第一发电件、第二发电件和棘爪，棘爪用于带动第二发电件与第一发电件往复接触以产生电信号；传动放大组件包括齿盘、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、至少一个棘轮、第二传动轴和第三传动轴，传动放大组件用于放大摆锤组件的运动效果。本发明通过设置第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和齿盘可以将摆锤组件的微小转动进而放大，从而带动棘轮产生明显的转动，进而可以带动第二发电件与第一发电件往复接触发出电信号，进而可以监测滑坡深部微小的倾角变化。
技术研发人员：程廷海,李恒禹,王中林,毕祥壮,程小军,张晓松
受保护的技术使用者：广州蓝色能源研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5