CN103236144A - 用于井下数据采集和无线传输的设备 - Google Patents

Abstract

本发明用于井下数据采集和无线传输的设备，属于窨井数据采集传输装置技术领域；解决的技术问题是：提供一种能够适应窨井环境的数据采集传输装置；采用的技术方案是：包括：数据传输电路板、传感器和无线传输天线，数据传输电路板安装在铠装壳体内，铠装壳体通过防盗固定外壳安装在窨井井壁上，上述传感器安装在窨井数据采集点，上述无线传输天线安装在地面上，传感器和无线传输天线均通过不锈钢波纹管与铠装壳体连接；本发明适用于各种窨井环境中。

Description

用于井下数据采集和无线传输的设备

技术领域

本发明用于井下数据采集和无线传输的设备，具体涉及一种用于窨井中的数据采集和传输的装置。

背景技术

一般的污水井和天然气井等窨井环境都具有强腐蚀性、强湿度、无源等环境特点，检测井下信息的手段还停留在手持设备和听音法阶段，长时间的自动采集和传输装置未能大规模的应用，目前的井下数据采集领域往往其保护措施或装置是限制其大规模生产和使用的瓶颈，没有低功耗特性，不具备防腐蚀性气体液体的侵蚀，因此，一般的数据采集仪并不适用于井下严苛的环境条件。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是：提供一种能够适应窨井环境的数据采集传输装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：用于井下数据采集和无线传输的设备，包括：数据传输电路板、传感器和无线传输天线；所述数据传输电路板上设置有微处理器模块、模数转换模块、无线收发模块和电源模块，所述传感器的信号输出端串接模数转换模块后与微处理器模块的输入端口相连，所述微处理器模块与无线收发模块相连，所述无线收发模块与无线传输天线相连，所述电源模块为整个装置供电；

所述数据传输电路板安装在铠装壳体内，所述铠装壳体通过防盗固定外壳安装在窨井井壁上，上述传感器安装在窨井数据采集点，上述无线传输天线安装在地面上，传感器和无线传输天线均通过不锈钢波纹管与铠装壳体连接。

所述铠装壳体的结构为：包括主壳体和大堵头，所述主壳体与大堵头通过主机端面密封螺钉连接，主壳体和大堵头的连接端面设置有主机防水胶圈，主壳体内安装有用于固定电池的主机电池卡簧；

所述不锈钢波纹管的两端均设置有第一波纹管连接件、第二波纹管连接件和第三波纹管连接件，不锈钢波纹管通过上述波纹管连接件与传感器、无线传输天线和大堵头连接固定，不锈钢波纹管与大堵头的连接处设置有波纹管防水垫圈；

所述不锈钢波纹管中安装有传输电缆，所述传感器和无线传输天线通过各自的传输电缆与安装在大堵头中的数据传输电路板电气连接，所述数据传输电路板上的电源模块与安装在主壳体中的电池电连接。

所述防盗固定外壳的结构为：包括有防盗盒、防盗外壳和防盗螺母，所述防盗盒和防盗外壳通过防盗螺母安装固定；

所述防盗盒上设置有安装铠装壳体的上压板，所述铠装壳体通过上压板上的销钉和拧紧圆柱螺母固定在上压板上；

所述防盗固定外壳通过防盗盒安装在窨井井壁上。

所述主壳体上设置有气动口，所述气动口上安装有防水堵头和堵头防水胶圈。

所述铠装壳体中充有惰性气体。

所述传感器包括有湿度传感器、液位传感器、压力传感器和可燃气体浓度传感器。

所述可燃气体浓度传感器的外壳结构为：包括红外CH4浓度敏感探头、采集电路板、防水透气膜双层胶垫、防护壳体、止转垫圈和透气堵头；

所述红外CH4浓度敏感探头集成在采集电路板上，所述防护壳体为两端开口的壳体，防护壳体的一开口端从内向外依次安装有防水透气膜双层胶垫、止转垫圈和透气堵头，上述采集电路板安装在防护壳体中，上述传输电缆穿过防护壳体的另一开口端与采集电路板电气连接；所述透气堵头上均匀分布有Φ2.5mm的透气孔。

所述传输电缆采用带屏蔽的三芯电缆。

所述防护壳体中充有惰性气体。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

一、本发明具有很强的防腐性和防水性，本发明通过铠装壳体安装，数据采集仪不受井下强酸强碱气体液体的损坏，其传输线缆也通过不锈钢波纹管进行耐腐蚀保护，同时具有一定的柔韧性，方便安装；整个装置防水等级达到IP68，保证内部装置的防水性；

二、本发明具有很强的防爆性，本发明将采气室和电路传输两个系统在结构中分开，电路传输存在气密性，整个装置充入惰性气体，保证系统具有很高的防爆性；

三、本发明能够在天线设计中，采用不锈钢波纹管进行保护，起到了屏蔽噪声的作用，并将天线头接入地上，保证信号传输的稳定性；

四、本发明精度高、功耗低，本发明采用高灵敏度、高精度的红外气体敏感元件，并且在电路设计时，充分考虑功耗要求，使整个装置能够达到长期精准运行；

五、本发明结构简洁，外形美观，便于安装使用。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：

图1是本发明的电路结构示意图；

图2是本发明中铠装壳体的结构示意图；

图3是本发明中防盗固定外壳的结构示意图；

图4是图3中防盗盒的结构示意图；

图5是本发明中可燃气体浓度传感器的结构示意图；

图6为本发明中采集电路板的结构示意图；

图中：1为数据传输电路板、2为传感器、3为无线传输天线、4为微处理器模块、5为模数转换模块、6为无线收发模块、7为电源模块、8为铠装壳体、9为防盗固定外壳、10为不锈钢波纹管、11为主壳体、12为大堵头、13为主机端面密封螺钉、14为主机防水胶圈、15为主机电池卡簧、16为第一波纹管连接件、17为第二波纹管连接件、18为第三波纹管连接件、19为波纹管防水垫圈、20为传输电缆、21为防盗盒、22为防盗外壳、23为防盗螺母、24为上压板、25为销钉、26为拧紧圆柱螺母、27为防水堵头、28为堵头防水胶圈、29为红外CH4浓度敏感探头、30为采集电路板、31为防水透气膜双层胶垫、32为防护壳体、33为止转垫圈、34为透气堵头。

具体实施方式

如图1所示，本发明用于井下数据采集和无线传输的设备，包括：数据传输电路板1、传感器2和无线传输天线3；所述数据传输电路板1上设置有微处理器模块4、模数转换模块5、无线收发模块6和电源模块7，所述传感器2的信号输出端串接模数转换模块5后与微处理器模块4的输入端口相连，所述微处理器模块4与无线收发模块6相连，所述无线收发模块6与无线传输天线3相连，所述电源模块7为整个装置供电。

所述微处理器模块4采用低功耗MCU，采用TI低功耗单片机MSP430系列，其七种低功耗模式保证了系统的低功耗设计；上述模数转换模块5选用MCU内部的高精度16位差分/单端AD采集模拟量；上述电源模块7连接的电池选用高电量锂电池组，保证设备长时间的不间断工作；其供电电压为4.25V，为无线收发模块6直接供电，微处理器模块4的供电由锂电池组经过高效LDO转换为3.3V。

所述数据传输电路板1安装在铠装壳体8内，所述铠装壳体8通过防盗固定外壳9安装在窨井井壁上，上述传感器2安装在窨井数据采集点，上述无线传输天线3安装在地面上，传感器2和无线传输天线3均通过不锈钢波纹管10与铠装壳体8连接。

上述无线传输天线3采用800MHz~900MHz GPRS 3dbi全向天线，所述无线收发模块6采用GPRS无线收发模块，上述无线传输天线3安装在窨井边的地面上，在井边路面上开长宽深分别200×200×150mm见方的槽，并在槽的底部倾斜着钻一个直径为50mm的孔直通井壁；将无线传输天线3的线穿过不锈钢波纹管10与铠装壳体8中的数据传输电路板1电连接，起到了屏蔽噪声的作用，保证信号传输的稳定性。

如图2所示，所述铠装壳体8的结构为：包括主壳体11和大堵头12，所述主壳体11与大堵头12通过主机端面密封螺钉13连接，主壳体11和大堵头12的连接端面设置有主机防水胶圈14，主壳体11内安装有用于固定电池的主机电池卡簧15。

所述不锈钢波纹管10的两端均设置有第一波纹管连接件16、第二波纹管连接件17和第三波纹管连接件18，不锈钢波纹管10通过上述波纹管连接件与传感器2、无线传输天线3和大堵头12连接固定，不锈钢波纹管10与大堵头12的连接处设置有波纹管防水垫圈19。

所述不锈钢波纹管10中安装有传输电缆20，所述传感器2和无线传输天线3通过各自的传输电缆20与安装在大堵头12中的数据传输电路板1电气连接，所述数据传输电路板1上的电源模块7与安装在主壳体11中的电池电连接；所述主壳体11上设置有气动口，所述气动口上安装有防水堵头27和堵头防水胶圈28；所述铠装壳体8中充有惰性气体。

如图3和图4所示，所述防盗固定外壳9的结构为：包括有防盗盒21、防盗外壳22和防盗螺母23，所述防盗盒21和防盗外壳22通过防盗螺母23安装固定；所述防盗盒21上设置有安装铠装壳体8的上压板24，所述铠装壳体8通过上压板24上的销钉25和拧紧圆柱螺母26固定在上压板24上；所述防盗固定外壳9通过防盗盒21安装在窨井井壁上。

所述传感器2包括有湿度传感器、液位传感器、压力传感器和可燃气体浓度传感器，所述温度传感器采用精度为±0.3℃，防水等级IP68的微功耗传感器；所述压力传感器采用精度为±0.15%FS，防水等级IP68的微功耗传感器；所述液位传感器：精度为±0.15%FS的，防水等级IP68的微功耗传感器；所述可燃气体浓度传感器：精度为±0.15%FS的，防水等级IP68的微功耗传感器。

如图5和图6所示，所述可燃气体浓度传感器的外壳结构为：包括红外CH4浓度敏感探头29、采集电路板30、防水透气膜双层胶垫31、防护壳体32、止转垫圈33和透气堵头34；所述红外CH4浓度敏感探头29集成在采集电路板30上，所述防护壳体32为两端开口的壳体，防护壳体32的一开口端从内向外依次安装有防水透气膜双层胶垫31、止转垫圈33和透气堵头34，上述采集电路板30安装在防护壳体32中，上述传输电缆20穿过防护壳体32的另一开口端与采集电路板30电气连接。

上述红外CH4浓度敏感探头29采用红外原理对CH4气体浓度信息进行识别，供电3.3V，工作电流1~8mA，功耗小，并且安装在防护壳体32中，受外界光线影响较小，采集精度高；上述采集电路板30为红外CH4浓度敏感探头29提供必要的电源和线缆接口，方便安装；所述传输电缆20采用带屏蔽的三芯电缆，有效屏蔽噪声影响，保证采集精度。

上述防水透气膜双层胶垫31在未浸入水中的无压力条件下可进行700ml/min/                                               

的气体置换，保证采集实时准确；在浸入水中时，该透气膜具有IP68的防水等级，保护内部电路不受损坏，解决了防水性需求和气体采集需求并存的问题。

所述防护壳体32采用加入铬镍的不锈钢，具有很强的防水和防腐特性，整个装置具有气密性，防水等级达到IP68，防护壳体32中充有惰性气体，提高整个装置的防爆性，保证整个装置在工作状态下不具有爆炸的可能。

上述止转垫圈33采用端面密封技术，在压紧防水透气膜双层胶垫31的同时，防止因转动引起防水透气膜损坏或变形失去防水透气功能。

上述透气堵头34采用不锈钢材质，用于端面压紧防水透气膜；其端面上均匀分布Φ2.5mm的透气孔，保证采气及时准确。

上述可燃气体浓度传感器具有采集精度高、功耗小、防水等级高、防腐蚀性好等特点，有效的解决了窨井环境中CH4气体浓度信息采集问题，且具有良好的稳定性和通用性。

Claims (9)

1.用于井下数据采集和无线传输的设备，包括：数据传输电路板（1）、传感器（2）和无线传输天线（3）；其特征在于：所述数据传输电路板（1）上设置有微处理器模块（4）、模数转换模块（5）、无线收发模块（6）和电源模块（7），所述传感器（2）的信号输出端串接模数转换模块（5）后与微处理器模块（4）的输入端口相连，所述微处理器模块（4）与无线收发模块（6）相连，所述无线收发模块（6）与无线传输天线（3）相连，所述电源模块（7）为整个装置供电；

所述数据传输电路板（1）安装在铠装壳体（8）内，所述铠装壳体（8）通过防盗固定外壳（9）安装在窨井井壁上，上述传感器（2）安装在窨井数据采集点，上述无线传输天线（3）安装在地面上，传感器（2）和无线传输天线（3）均通过不锈钢波纹管（10）与铠装壳体（8）连接。

2.根据权利要求1所述的用于井下数据采集和无线传输的设备，其特征在于：所述铠装壳体（8）的结构为：包括主壳体（11）和大堵头（12），所述主壳体（11）与大堵头（12）通过主机端面密封螺钉（13）连接，主壳体（11）和大堵头（12）的连接端面设置有主机防水胶圈（14），主壳体（11）内安装有用于固定电池的主机电池卡簧（15）；

所述不锈钢波纹管（10）的两端均设置有第一波纹管连接件（16）、第二波纹管连接件（17）和第三波纹管连接件（18），不锈钢波纹管（10）通过上述波纹管连接件与传感器（2）、无线传输天线（3）和大堵头（12）连接固定，不锈钢波纹管（10）与大堵头（12）的连接处设置有波纹管防水垫圈（19）；

所述不锈钢波纹管（10）中安装有传输电缆（20），所述传感器（2）和无线传输天线（3）通过各自的传输电缆（20）与安装在大堵头（12）中的数据传输电路板（1）电气连接，所述数据传输电路板（1）上的电源模块（7）与安装在主壳体（11）中的电池电连接。

3.根据权利要求2所述的用于井下数据采集和无线传输的设备，其特征在于：所述防盗固定外壳（9）的结构为：包括有防盗盒（21）、防盗外壳（22）和防盗螺母（23），所述防盗盒（21）和防盗外壳（22）通过防盗螺母（23）安装固定；

所述防盗盒（21）上设置有安装铠装壳体（8）的上压板（24），所述铠装壳体（8）通过上压板（24）上的销钉（25）和拧紧圆柱螺母（26）固定在上压板（24）上；

所述防盗固定外壳（9）通过防盗盒（21）安装在窨井井壁上。

4.根据权利要求3所述的用于井下数据采集和无线传输的设备，其特征在于：所述主壳体（11）上设置有气动口，所述气动口上安装有防水堵头（27）和堵头防水胶圈（28）。

5.根据权利要求4所述的用于井下数据采集和无线传输的设备，其特征在于：所述铠装壳体（8）中充有惰性气体。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的用于井下数据采集和无线传输的设备，其特征在于：所述传感器（2）包括有湿度传感器、液位传感器、压力传感器和可燃气体浓度传感器。

7.根据权利要求6所述的用于井下数据采集和无线传输的设备，其特征在于：所述可燃气体浓度传感器的外壳结构为：包括红外CH4浓度敏感探头（29）、采集电路板（30）、防水透气膜双层胶垫（31）、防护壳体（32）、止转垫圈（33）和透气堵头（34）；

所述红外CH4浓度敏感探头（29）集成在采集电路板（30）上，所述防护壳体（32）为两端开口的壳体，防护壳体（32）的一开口端从内向外依次安装有防水透气膜双层胶垫（31）、止转垫圈（33）和透气堵头（34），上述采集电路板（30）安装在防护壳体（32）中，上述传输电缆（20）穿过防护壳体（32）的另一开口端与采集电路板（30）电气连接；所述透气堵头（34）上均匀分布有Φ2.5mm的透气孔。

8.根据权利要求7所述的用于井下数据采集和无线传输的设备，其特征在于：所述传输电缆（20）采用带屏蔽的三芯电缆。

9.根据权利要求7所述的用于井下数据采集和无线传输的设备，其特征在于：所述防护壳体（32）中充有惰性气体。

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