CN102749057A - 一种冻土自动观测装置 - Google Patents

Abstract

冻土自动观测装置，由定指触头、动指触头、力度弹簧、直线轴承及滑动轴组成机械手，滑动轴上安装有冻结感应接近开关，冻结感应接近开关用于接收传感器的冻结信号；机械手传动凸轮由电磁铁控制机械手滑动轴的往复运动；双向棘爪由提升电磁铁和下降电磁铁驱动，完成步进棘轮正反向动作，推动连杆带动步进棘轮和定程绳轮转动；当步进棘轮走一步，带动定程绳轮走一步，每步为一厘米，完成提升钢绳的收放动作，并可带动传感器上下移动。采用步进棘轮和双向棘爪结构，结合定程绳轮和厘米接近开关设计，保证了步进厘米的精确度要求。

Description

一种冻土自动观测装置

技术领域

本发明涉及一种冻土的自动观测系统装置，特别是涉及一种通过冻土传感器的冻结状态，利用机械手模仿产生人手摸测的力度，对所测冻土深度进行自动观测的装置。

背景技术

以往，对“冻土深度”的观测，一般采用人工观测方式，需要将置于深达3—5米处土层的注水硅胶管，用人工手提到地面之上，再用人工逐段捏掐管的硬度来判别管中的水是否结冰，以此确定地下土壤的冻结深度；该观测方式不仅劳动强度大，而且硅胶管的深度标尺随管中水的结冰而伸长，给观测结果带来标尺误差；还会因观测人员对胶管软硬的感知程度不同，导致对“冻结”的判断不同，造成观测结果的不一致。

发明内容

本发明的目的在于为解决已有技术存在的技术问题，提出一种采用机电结合方式，以“仿生机械手自动摸测”、“棘轮棘爪内管自动提升和回放”、“轮式

厘米计数”为核心技术的一种冻土深度自动观测装置。

解决已有技术采取的方案是，冻土自动观测装置，包括：钢绳导向滑轮、钢绳、定程绳轮、感应金属圈、传感器、配重金属柱、观测窗、零位接近开关、定指触头、动指触头、力度弹簧、冻结感应接近开关、机械手传动凸轮、推动电磁铁、推动连杆、步进棘轮、双向棘爪、提升电磁铁、下降电磁铁、距离感应接近开关及滑动轴，由定指触头、动指触头、力度弹簧、直线轴承及滑动轴组成机械手，滑动轴上安装有冻结感应接近开关，冻结感应接近开关用于接收传感器的冻结信号；机械手传动凸轮由电磁铁控制机械手滑动轴的往复运动；双向棘爪由提升电磁铁和下降电磁铁驱动，完成步进棘轮正反向动作，推动连杆带动步进棘轮和定程绳轮转动；当步进棘轮走一步，带动定程绳轮走一步，每步为一厘米，完成提升钢绳的收放动作，并带动传感器上下移动。

本发明的有益效果是：一是，采用机械手摸测对内管冻结状态的感知是由可调定的机械手的结构和动做所决定的，而不因时间而变化、不因环境所改变；因此，感知度的一致性、稳定性得到了根本保证；二是，其室外主要机械零件均采用不锈钢等防锈材料加工制作，并选用低温电子设备，使得该设备的适用范围可以到低温可达到-50℃，应用范围宽；三是，结构简单，运行可靠：全套提升和摸测伺服系统采用一个电动机做驱动，配合精准；四是，具有自动观测的定时开机、内管提升、机械手摸测、内管复位、数据存储、关机等动作全部自动运行，整个冻融期间无需人工干预，当伺服机构的提升、测量等部件发生故障时，系统有完善的故障部位、处理方法等提示、告警；五是，本发明的测量机构设计有可开启的透明“观察窗口”和可手摇转动的“升降手柄”，当停电或伺服机构发生故障，自动观测无法进行时，可打开“观察窗口”，用单手转动“升降手柄”，提升冻土器内管，另一只手指伸到窗口里面摸测内管的冻结状态，将摸测结果作为该观测时次的“人工补测”记录，避免造成冻土深度观测记录的缺测。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中所示：传感器保护管1、钢绳导向滑轮2、钢绳3、定程绳轮4、感应金属圈5、传感器6、配重金属柱7、观测窗8、零位接近开关9、定指触头10、动指触头11、力度弹簧12、冻结感应接近开关13、机械手传动凸轮14、推动电磁铁15、减速电机16、主传动轴17、推动连杆18、步进棘轮19、双向棘爪20、提升电磁铁21、下降电磁铁22、距离感应接近开关23、滑动轴24、直线轴承套25、密封箱体26。

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

具体实施方式   

本发明有室外观测部分和室内采集终端处理存储部分，室内外通过通讯电缆连接。室外部分包括安装在地面以下的冻土传感器6，传感器由灌满水的硅胶管组成，在硅胶管上方安装的感应金属圈5及在下方安装的配重金属柱7组成，传感器6上方链接在钢绳3上；感应金属圈5套在传感器6上，传感器6在传感器保护管1的里面。配重金属柱7用于配重，同时也是传感器底部的感应圈。

内部的动力传动由减速电机16、主传动轴17、机械手传动凸轮14和推动连杆18组成，机械手由定指触头10、动指触头11、力度弹簧12、直线轴承25及滑动轴24组成，滑动轴24上安装有冻结感应接近开关13，冻结感应接近开关用于接收传感器的冻结信号，定指触头和动指触头安装在观测窗8内，机械手传动凸轮14由电磁铁15控制机械手滑动轴24的往复运动，推动连杆18带动步进棘轮19和定程绳轮4转动，当步进棘轮19走一步，带动定程绳轮4走一步，每步为一厘米，双向棘爪20由提升电磁铁21和下降电磁铁22驱动，完成步进棘轮19正反向动作，同时完成提升钢绳3的收放动作，带动传感器6上下移动。定程绳轮3可以通过手动动作完成手动旋转进行人工观测，在推动连杆下方安装有厘米感应接近开关23，用于记录钢绳收放距离，在观测窗下方安装有零位接近开关9，用于确定传感器零位位置，观测窗上方安装有传感器保护管1和钢绳导向滑轮2，密封箱体26安装在具有四只腿的支架上，密封箱体26的下方安装有控制盒。室内部分由终端计算机系统组成，室内外通过电缆连接。

    室外自动观测部分

室外部分密封箱体包括安装在内部的减速电机、主传动轴、机械手传动凸轮、推动连杆、推动电磁铁组成。减速电机提供系统动作的所有动力，机械手传动凸轮可以在主传动轴上滑动，其动作由推动电磁铁，完成机械手的动作控制，通过推动连杆将动力输出到双向棘爪，完成步进棘轮的旋转动作。

步进棘轮带动定程绳轮的旋转，完成收放钢绳的动作，其动作方向分别由电磁铁驱动双向棘爪进行控制，同时带动定程绳轮旋转，在双向棘爪推动连杆下方安装有厘米接近开关，用于发出步进厘米信号，双向棘轮可以通过手动轮动作完成手动旋转进行人工观测。

机械手由直线轴承、滑动轴、力度弹簧、动指触头、定指触头组成，在滑动轴上安装有冻结信号接近开关，定指触头和动指触头安装在观测窗内，观测窗具有可以开启的密封盖，在观测窗下方安装有位置接近开关，用于确定传感器零位，机械手自动摸测结构设计，其莫测力度可调，可以完成传感器冻结状态的自动测定。观测窗上方安装有传感器保护管和钢绳导向滑轮，密封箱体安装在具有四只腿的支架上，密封箱体的下方安装有密封控制盒。

室内资料存储部分

主要由PCL控制器来完成控制电机上电、电磁铁动作、内管升降系统动作等功能，完成各项控制任务。对观测时序、内管升降系统、机械手进行自动控制，进行冻土深度自动观测记录的整理、存储、显示、传输，室内电源提供各系统的交直流电源，电缆用来连接室内和室外部分，进行数据和控制信号的传输。

操作过程：

当监控器时钟到达预制好的观测时间或启动随机观测功能时，系统开始工作，室外执行电机开始运转，上升电磁铁动作，带动步进棘轮以及定程绳轮动作，执行收绳操作，传感器内管上升，同时厘米信号开关工作，发出厘米信号，每动作一步为一厘米，安装在系统原始零位的接近开关判断内管的零厘米是否到达机械手观测位置，如果到达，机械手开始动作，对内管进行摸测，当感应到冻结状态时，将冻结信号变成专用开关信号传至室内，同时记录下当时厘米数，未冻结没有信号发出，在内管上升摸测的同时，安装在系统原始零位的接近开关判断内管下端是否到达，如果到达，下降电磁铁动作，带动步进棘轮以及定程绳轮动作，执行放绳操作，冻土器内管下降，当内管上端到达安装在系统原始零位的接近开关时，控制器控制继续放绳，使内管零厘米放回到地面零厘米位置，观测结束，控制器切断室外系统电源，将测量数据保存并发送至上位机进行显示和记录。

Claims (1)

1.一种冻土自动观测装置，包括：钢绳导向滑轮、钢绳、定程绳轮、感应金属圈、传感器、重金属柱、观测窗、零位接近开关、定指触头、动指触头、力度弹簧、冻结感应接近开关、机械手传动凸轮、推动电磁铁、推动连杆、步进棘轮、双向棘爪、提升电磁铁、下降电磁铁、距离感应接近开关及滑动轴，其特征在于：由定指触头（10）、动指触头（11）、力度弹簧（12）、直线轴承（25)及滑动轴(24)组成机械手，滑动轴(24)上安装有冻结感应接近开关(13)，冻结感应接近开关用于接收传感器的冻结信号；机械手传动凸轮(14)由电磁铁(15)控制机械手滑动轴(24)的往复运动；双向棘爪(20)由提升电磁铁(21)和下降电磁铁(22)驱动，完成步进棘轮(19)正反向动作，推动连杆(18)带动步进棘轮(19)和定程绳轮(4)转动；当步进棘轮(19)走一步，带动定程绳轮(4)走一步，每步为一厘米，完成提升钢绳(3)的收放动作。