[发明专利]一种用于监测、定位的磁性标签及方法

说明书

技术领域

本发明属于测量技术领域，涉及一种土木工程安全监测的磁性标签。

背景技术

在自然地质作用、降雨、人为因素等条件下，露天边坡、山体边坡发生失稳滑坡时，对农业、水利、交通、建筑等的危害巨大，对其进行监测预警有着十分重要的意义。传统的边坡监测方法，主要有常规的位移计、大地测量、TDR电缆、光纤传感、合成孔径雷达干涉测量技术、GPS测量、摄影测量方法等，但大多存在以下问题：(1)现有边坡变形监测大多将传感器布置在边坡表面，通过表面的变形监测数据分析土体内部的位移时，存在人为误差。而边坡失稳时，在边坡内部形成滑移路径，边坡深层变形的监测尤为重要。(2)目前，边坡变形监测大多采用有线健康监测技术，在实际的应用中，有线健康监测系统安装维护成本极高，特殊部位布线困难，传输距离受布线长度的限制。(3)边坡发生滑动或滑移时为大变形，超出了目前大多数变形传感器的量程。(4)现有边坡变形监测传感器测易受雨水、滚石、泥石流等环境破环，需要精心的维护。

鉴于露天边坡、山体边坡在监测中亟需解决的问题，本发明基于磁场梯度张量定位原理和优化算法，提供一种用于监测、定位的磁性标签，布置在土层深部和表面，磁性标签能抵抗雨水、滚石、泥石流等环境破坏，监测边坡、山体等结构的变形，对边坡的滑动、山体的坍塌等进行预警。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于监测、定位的磁性标签，解决在雨水、泥石流、滚石等环境中对边坡、山体的深部和表面，进行变形监测、定位的问题。

本发明的技术方案：磁性标签包括激磁线圈、定向仪、RF通信控制器、天线、电源和环氧复合密封材料。将激磁线圈、RF通信控制器、天线、电源置于定向仪的中部，整体采用环氧复合材料密封。通过定向仪，使激磁线圈的磁矩保持恒定。

本发明采用磁性标签中的激磁线圈激发磁场，通过磁力梯度仪监测磁场的改变，基于磁场梯度张量定位和优化算法反演磁性标签的位置改变。通过磁性标签中的定向仪，将未知数由磁矩参数m(m_x，m_y，m_z)和位置参数(u，v，w)简化为位置参数(u，v，w)。通过磁性标签中的RF通信控制器和天线，依次开启、关闭每一个磁性标签的磁场，依次得到每一个磁性标签的位置，可忽略不同磁性标签之间的磁场叠加对定位原理和定位算法的影响。

采用RF通信控制器，决定激磁线圈是否通电激励磁场；仅在监测定位采集数据时进行通电，节省电源，同时避免不同磁性标签之间的磁场叠加在磁场反演中存在的不适定性、多解性、局部收敛性等问题。

采用磁力梯度仪测量磁性标签激发的磁场，通过磁场梯度张量和优化算法反演得到磁性标签的位置，即可实现磁性标签的监测、定位。在监测定位的磁场反演中，磁性标签的未知数仅为位置参数。

本发明的效果和益处是：一种用于监测、定位的磁性标签，可布置在水下、淤泥、土层深部等环境中，实现监测、定位，且具有操作简单、测试精度高、性能稳定等突出优点。可用于边坡等岩土结构的变形监测，也可应用于山体的滑坡监测。

附图说明

附图1是本发明的磁性标签的结构框图。

附图2是本发明的基于磁性标签在堤岸或边坡变形监测中的实施示意图。

图中：1天线；2RF通信控制器；3激磁线圈；4电源；5定向仪；6环氧树脂外壳；7磁力梯度仪；8磁性标签；9边坡。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

选择需要监测、定位的部位，例如边坡9的表层或深部，埋置磁性标签8，在结构的非变形区选择参考位置布置磁力梯度仪7，测量磁性标签8的磁场。

磁性标签8激发磁场，由于磁性标签8与磁力梯度仪7的距离比激磁线圈3的尺寸大得多，将磁性标签8视为磁偶极子，其磁矩为：

|m|＝πNIR²    (1)