CN103792569B - 一种微震传感器含水软弱岩土体深孔安装及回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微震传感器含水软弱岩土体深孔安装及回收装置,包括设置在预钻孔中的热镀锌管、密封设置在热镀锌管底部的底座、可拆卸式连接的若干个操作杆、与传感器连接的传感器基座、均与操作杆可拆卸式连接的安装套筒和回收套筒,底座上设置有底座外螺柱,传感器基座的侧部设置有传感器基座凸体,安装套筒和回收套筒上均设置有套筒卡槽,传感器基座底部设置有与底座外螺柱适配的传感器基座下部内螺纹。解决了含水软弱岩土体深孔内传感器难于安装、防护、回收的问题。
Description
技术领域
本发明涉及微震监测领域,具体涉及一种微震传感器含水软弱岩土体深孔安装及回收装置,适用于微震现场监测与实验等领域。
背景技术
微震(微地震)指的是局部范围内岩石自身累积的能量达到一定程度,在外界的扰动下诱发岩石内部的裂纹开裂、破坏,累积的能量以弹性波形式释放而产生的微震动。微震监测技术是19世纪90年代发展起来的一种新的物探技术,该技术的原理是利用传感器采集岩石裂纹萌生、扩展、滑移时内部积聚的能量以应力波的形式释放而产生的震动信号,记录微震波形变化的过程与规律,通过分析微震波信息获得岩体破坏的时间、位置、破坏的尺寸、能量大小及非线性变形的演化规律等数据,从而判断、评估监测范围内岩体的稳定性,预测预报灾害发生的时间和位置,为工程管理和灾害防治提供技术支持。
微震监测技术与分析方法是现代计算机技术、现代通讯技术、GPS授时定位技术、地震学相关技术的综合集成,上世纪九十年代以来,这些技术得到了迅猛发展,因此,微震监测技术与分析方法近年来取得了突破性进展。加拿大、澳大利亚、美国、英国、南非以及波兰都己进行了微地震监测技术的研究,国内50年代末期,北京门头沟矿用当时中科院地球物理所研制的微震仪哈林地震仪改装,监测冲击矿压活动,记录器采用熏烟走纸笔绘记录,直到今天,经过不断对系统改进和发展,各种类型的微震监测系统也己经在国内多个领域如雨后春笋般地建立起来,为岩爆、冲击矿压、滑坡等动力灾害的防治提供了新的治理手段和技术。目前,己经成为油气田勘探开发、矿产资源勘探与开采、水电站边坡建设、矿山露天开采以及其他重大岩石工程灾害监测与预报的重要手段。
传感器安装与布置是影响微震监测的重要因素之一,它不仅影响微震信号的监测,而且对不同的源定位算法的定位速度、精度及定位结果的唯一性也有不同程度的影响。合理的传感器安装与布置方案不仅能够更大范围地监测到更多有效微震信号,而且能使定位算法快速准确的确定微震源位置和时间。
目前,工程应用中传感器安装,大多数是把传感器作为一次性耗材埋入到监测区域,无法回收再利用。这种安装方法虽然监测效果较好,但随着工程的推进,不断安装新的传感器势必增加监测费用的,造成很大的浪费,而且这种安装方法传感器一旦出现问题,也无法进行检修与替换,进而影响监测效果。在岩石完整性较好的条件,有人采用先将传感器通过快速凝结胶体固定在钻孔底部,再利用反向螺纹装置进行回收的方法,这种安装方法在传感器安装深度不是很大,并且岩石的完整性较好的前提下,具有较好的应用,但对于含水软弱岩土体,往往由于变形较大且地下水丰富,传感器深孔安装与回收几乎变为不可能,且线路的安全性也将会受到很大的挑战。
因此,在含水软弱岩土体中进行传感器深孔安装,现有安装与回收方法存在以下困难:1)由于水的存在,深孔中难于实现传感器与钻孔的良好耦合;2)在软弱岩土体中钻孔容易塌孔、错动、滑移导致传感器被埋、电缆线被损坏,且无法恢复,进而影响微震信号的连续性;3)传感器难于深孔安装与回收,难以取得较好的监测效果,进而影响了灾害预测与预报的精度及增大了预测成本。
发明内容
本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述问题,提供一种微震传感器含水软弱岩土体深孔安装及回收装置。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现:
一种微震传感器含水软弱岩土体深孔安装及回收装置,包括设置在预钻孔中的热镀锌管,还包括密封设置在热镀锌管底部的底座、可拆卸式连接的若干个操作杆、与传感器连接的传感器基座、均与操作杆可拆卸式连接的安装套筒和回收套筒,底座上设置有底座外螺柱,传感器基座的侧部设置有传感器基座凸体,安装套筒和回收套筒上均设置有套筒卡槽,传感器基座底部设置有与底座外螺柱适配的传感器基座下部内螺纹。
如上所述的操作杆一端通过上连接接头插销固定有上连接接头,另一端通过下连接接头插销固定有下连接接头,上连接接头上设置有上连接接头凹槽,下连接接头上设置有与上连接接头凹槽适配的下连接接头凸体,上连接接头和下连接接头的侧部均设置有外螺纹,上连接接头上套设有上连接接头螺圈,上连接接头螺圈的内螺纹均与上连接接头和下连接接头的侧部的外螺纹适配。
如上所述的安装套筒和回收套筒的顶部均设置有套筒接头,套筒接头上设置有与上连接接头凹槽适配的套筒接头凸体,套筒接头侧部设置有与上连接接头螺圈的内螺纹适配的套筒接头外螺纹。
如上所述的安装套筒和回收套筒的顶部设置有套筒信号线出线孔,所述的套筒卡槽开设在安装套筒/回收套筒的底部边沿,套筒卡槽包括开设在安装套筒/回收套筒的底部边沿的垂直槽、一端与垂直槽一端连通的横向槽、与横向槽另一端连通的落入槽。
如上所述的操作杆的中部均开设有操作杆中部圆孔,位于最上方的操作杆上部开设有摇杆安装孔,摇杆安装孔内插入有操作摇杆。
如上所述的上连接接头凹槽、下连接接头凸体和套筒接头凸体均为长条形。
如上所述的热镀锌管外壁与预钻孔内壁之间的空隙采用水泥砂浆注填。
如上所述的传感器基座的中部周向开设有减重凹槽。
1、为了防止在安装传感器及监测过程中传感器基座与底座因生锈而不能多次重复使用,定期在传感器基座底部内螺母涂凡士林层;
2、为了适应不同深度孔内传感器的安装与回收,每根操作杆1.5m长,中间通过上连接接头凹槽与下连接接头凸体的咬合以及外部上连接接头螺圈与下连接接头外螺纹的咬合,实现操作杆间的拼装与拆卸;且每根操作杆的中间钻有直径10mm的圆孔,在安装与回收传感器过程中当操作杆中间位置与热镀锌管顶部持平时,横杆通过操作杆中部圆孔贯穿并卡住操作杆,方便进行后续操作杆的拼装与拆卸;操作杆顶部安装摇杆,通过摇杆旋转操作杆带动安装套筒或者回收套筒的转动;
3、为了保证传感器与孔底耦合性良好,传感器通过外螺母与传感器基座上部内螺母连接,传感器基座通过传感器基座下部内螺母与底座外螺柱连接;
4、为了防止在旋转操作杆的过程中传感器信号线绕操作杆旋转而卡住或拖拽问题,传感器信号线通过安装套筒与回收套筒顶部的出线孔引出,并在旋转操作杆过程,用手牵住信号线并保证信号线与操作杆共同旋转。
本发明与现有技术相比,具有以下优点和效果:
1、本发明较好解决了含水软弱岩土体深孔内传感器与孔壁难于耦合的问题;
2、本发明较好解决了含水软弱岩土体深孔内传感器难于安装与防护的问题;
3、本发明较好解决了含水软弱岩土体深孔内传感器难以回收的问题,通过回收套筒可以方便地实现传感器的回收,操作简单方便,重复利用率高;
4、本发明安装不受地质条件以及钻孔倾角的限制,可以实现土体内垂直孔和倾斜孔的安装;
5、本发明能够保证在传感器安装与回收过程中,对传感器信号线最小程度的扰动,不拖拽不损坏;
6、本发明能够适应不同深度钻孔内传感器的安装与回收。
该装置可广泛用于水库蓄水、核废料储存、温室气体地下储存、地热工程、露天边坡安全运营、石油天然气开采的断层定向、油气井采油稳定性、矿山开采诱发的岩爆、顶板坍塌、地压冲击等灾害的安全监测、评估与管理,同时能够实现小尺度微震实验,在微震理论分析、传感器敏感性检测与定位精度分析、不同算法优劣比较等方面发挥重要的作用。
附图说明
图1为本发明的整体纵剖面图;
图2(a)为底座局部放大正视图;
图2(b)为底座局部放大俯视图;
图3(a)为传感器底座正视图;
图3(b)为传感器底座左视图;
图4(a)为安装套筒正视图;
图4(b)为图4(a)中A部的结构示意图,其中“前”是指图4(a)中正视图的前部,其中“后”是指图4(a)中正视图的后部;
图4(c)为回收套筒正视图;
图4(d)为图4(c)中B部的结构示意图,其中“前”是指图4(c)中正视图的前部,其中“后”是指图4(c)中正视图的后部;
图4(e)为安装套筒/回收套筒俯视图;
图5(a)为操作杆上连接头俯视图;
图5(b)为操作杆上连接头左视图;
图5(c)为操作杆上连接头正视图;
图6(a)为操作杆下连接头俯视图;
图6(b)为操作杆下连接头左视图;
图6(c)为操作杆下连接头正视图;
图7为操作杆连接接头组合图;
图8为操作杆上连接接头螺圈;
图9为操作杆示意图。
其中,1-操作摇杆;2-操作杆;3-传感器信号线;4-上连接接头;5-上连接接头插销;6-上连接接头凹槽;7-下连接接头凸体;8-下连接接头外螺纹;9-下连接接头插销;10-水泥砂浆;11-套筒接头凸体;12-套筒接头外螺纹;13-套筒信号线出线孔;1401-安装套筒;1402-回收套筒;15-热镀锌管;16-传感器;17-连接螺柱;18-传感器基座上部内螺纹;19-传感器基座下部内螺纹;20-底座外螺柱;21-底座;22-套筒卡槽;23-下连接接头;24-套筒接头;2501-垂直槽;2502-横向槽;2503-落入槽;26-传感器基座;27-传感器基座凸体;30-上连接接头螺圈;31-操作杆中部圆孔;32-横杆。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。
一种微震传感器含水软弱岩土体深孔安装及回收装置,包括设置在预钻孔中的热镀锌管15,还包括密封设置在热镀锌管15底部的底座21、可拆卸式连接的若干个操作杆2、与传感器16连接的传感器基座26、均与操作杆2可拆卸式连接的安装套筒1401和回收套筒1402,底座21上设置有底座外螺柱20,传感器基座26的侧部设置有传感器基座凸体27,安装套筒1401和回收套筒1402上均设置有套筒卡槽22,传感器基座26底部设置有与底座外螺柱20适配的传感器基座下部内螺纹19。
操作杆2一端通过上连接接头插销5固定有上连接接头4,另一端通过下连接接头插销9固定有下连接接头23,上连接接头4上设置有上连接接头凹槽6,下连接接头23上设置有与上连接接头凹槽6适配的下连接接头凸体7,上连接接头4和下连接接头23的侧部均设置有外螺纹,上连接接头4上套设有上连接接头螺圈30,上连接接头螺圈30的内螺纹均与上连接接头4和下连接接头23的侧部的外螺纹适配。
安装套筒1401和回收套筒1402的顶部均设置有套筒接头24,套筒接头24上设置有与上连接接头凹槽6适配的套筒接头凸体11,套筒接头24侧部设置有与上连接接头螺圈30的内螺纹适配的套筒接头外螺纹12。
安装套筒1401和回收套筒1402的顶部设置有套筒信号线出线孔13,所述的套筒卡槽22开设在安装套筒1401/回收套筒1402的底部边沿,套筒卡槽22包括开设在安装套筒1401/回收套筒1402的底部边沿的垂直槽2501、一端与垂直槽一端连通的横向槽2502、与横向槽2502另一端连通的落入槽2503。
操作杆2的中部均开设有操作杆中部圆孔31,位于最上方的操作杆2上部开设有摇杆安装孔,摇杆安装孔内插入有操作摇杆1。
上连接接头凹槽6、下连接接头凸体7和套筒接头凸体11均为长条形。
热镀锌管15外壁与预钻孔内壁之间的空隙采用水泥砂浆10注填。
传感器基座26的中部周向开设有减重凹槽。
热镀锌管15放置于钻好的孔中,热镀锌管15外壁与钻孔内壁之间的空隙采用水泥砂浆10注填,保证热镀锌管15与周围土体的耦合密实。
传感器基座下部内螺纹19涂有凡士林层。
传感器16底部设置有连接螺柱17,传感器基座26上部有直径6mm的传感器基座上部内螺纹18,通过外力旋转将连接螺柱17安装至传感器基座上部内螺纹18中,然后将传感器16与连接螺柱17连接,最终将传感器16与传感器基座26紧密地连接。
底座21与直径110mm的热镀锌管15焊接密封,防止水与软弱岩土体的进入,并在中心位置焊接直径为20mm的底座外螺柱20,便于与传感器基座下部内螺纹19对接,通过外力旋转传感器基座26即可将传感器基座26固定于底座21的底座外螺柱20上。
为方便与套筒卡槽22接触,在传感器基座26的上部两侧各焊接有直径为10mm圆柱形传感器基座凸体27。
传感器信号线3分别通过安装套筒1401/回收套筒1402顶部的套筒信号线出线孔13引出。
安装套筒1401和回收套筒1402的底部,均分别切割出两个关于中心对称的两个套筒卡槽22,且安装套筒1401与回收套筒1402的套筒卡槽22的旋转方向是相反的;将传感器基座凸体27对准安装套筒1401的套筒卡槽22入口即垂直槽中,采用外力逆时针旋转安装套筒1401,传感器基座凸体27便横向滑过横向槽而进入到落入槽中;继续旋转安装套筒1401,将带动传感器基座26与安装套筒1401共同旋转;待传感器16与传感器基座26一起紧紧固定至孔底底座21后,顺时针旋转安装套筒1401,传感器基座凸体27将横向滑过横向槽而进入垂直槽,外力往上提安装套筒1401,将使安装套筒1401与传感器基座26分离,实现传感器16的安装。
将传感器基座凸体27对准回收套筒1402的套筒卡槽22入口,采用外力顺时针旋转回收套筒1402,传感器基座凸体27便横向滑过横向槽进入到落入槽中;继续旋转回收套筒1402,将带动传感器基座26与回收套筒1402共同旋转;待传感器16与传感器基座26一起与孔底底座21逐渐分离后,外力往上提回收套筒1402,传感器16与传感器基座26随回收套筒1402一起升至地面,实现传感器16的回收。
套筒卡槽22包括垂直槽2501、横向槽2502和落入槽2503。
垂直槽2501,方便传感器基座凸体27出入套筒卡槽22。
横向槽2502,方便旋转安装套筒1401/回收套筒1402,使得传感器基座凸体27进入落入槽2503。
落入槽2503,固定传感器基座凸体27,保证安装与回收过程中,使得传感器基座凸体27随安装套筒1401/回收套筒1402共同旋转。
如图4(c)~图4(e)所示,安装套筒1401与回收套筒1402的套筒卡槽22的旋转方向是相反的。
安装套筒1401和回收套筒1402的顶部均设置有下连接接头23,方便通过与操作杆上连接接头4的组合,实现安装套筒1401、回收套筒1402与操作杆2连接。
操作杆2每根1.5m长,之间通过可拆卸连接接头连接,具体为:在操作杆2与上连接接头中间对应的位置钻直径10mm的孔并贯穿上连接接头,将直径为9mm圆柱形上连接接头插销5引入孔中,并将上连接接头插销5与操作杆2焊接;在操作杆2与下连接接头中间对应的位置钻直径10mm的孔并贯穿下连接接头,将直径为9mm圆柱形下连接接头插销9引入孔中,并将下连接接头插销9与操作杆2焊接;将下连接接头凸体7对准上连接接头凹槽6,通过外力旋转上连接接头螺圈30与下连接接头外螺纹8进行咬合,既可以方便组装,又可方便拆卸;其中一操作杆2上顶部钻孔并安装操作摇杆1,便于两人共同用力,旋转操作摇杆1。
对接操作杆的上连接接头4与安装套筒1401/回收套筒1402的套筒接头24,并外力顺时针旋转上连接接头螺圈30,与套筒接头外螺纹12进行咬合,实现操作杆2与安装套筒1401/回收套筒1402的连接;外力逆时针旋转上连接接头螺圈30,使上连接接头螺圈30逐渐与套筒接头外螺纹12分离,实现操作杆2与安装套筒1401/回收套筒1402的分离。
本发明在实施传感器在含水软弱岩土层深孔内的安装时,首先外力旋转传感器16,将连接螺柱17与传感器基座上部内螺纹18连接,实现传感器16与传感器基座26紧密接触,并将传感器信号线3通过套筒信号线出线孔13引出;然后,将10mm的圆柱形传感器基座凸体27对准底部的套筒卡槽22入口(即垂直槽2501的位置),外力逆时针旋转安装套筒1401使传感器基座的传感器基座凸体27进入至套筒卡槽22的最左侧(如图4(b)所示);将套筒接头凸体11对接操作杆的上连接接头凹槽6,旋转上连接接头螺圈30,与套筒接头外螺纹12咬合,实现安装套筒1401与操作杆2的对接;将操作杆2慢慢伸入至热镀锌管15内,同时用手牵住传感器信号线3,待一半长度的操作杆2深入至热镀锌管15内,热镀锌管15顶部与操作杆2直径10mm的操作杆中部圆孔31持平,将横杆32插入操作杆中部圆孔31内贯穿操作杆2;新接一根操作杆2,使新接的操作杆上连接接头凹槽6与通过横杆32卡在热镀锌管15内的操作杆下连接接头凸体7对接,逆时针旋转上连接接头螺圈,与下连接接头凸体7咬合,然后继续下放操作杆2,至第二根操作杆中部圆孔31与热镀锌管15顶部持平时,将横杆32插入操作杆中部圆孔31贯穿操作杆2,继续连接新的操作杆2,直至传感器基座26到达热镀锌管15孔底;逆时针旋转操作摇杆1,传感器基座下部内螺纹19与底座外螺柱20咬合至紧密,传感器16将固定至管底;顺时针旋转操作摇杆1四分之一圈,10mm圆柱形的传感器基座凸体27由套筒卡槽22的最左侧至入口位置(即垂直槽2501的位置,如图4(b)所示),向上提操作杆2,安装套筒1401与传感器基座26分离;待上部第二根的操作杆中部圆孔31与热镀锌管15顶部持平,将横杆32插入操作杆中部圆孔31贯穿操作杆2,顺时针旋转上连接接头螺圈30,第一根操作杆的上连接接头凹槽6与第二根操作杆的下连接接头凸体7分离,卸下第一根操作杆2,如此往上提操作杆2,依次卸除操作杆2,至安装套筒1401出露热镀锌管15后,顺时针旋转最底部操作杆的上连接接头螺圈30,最底部操作杆上连接接头凹槽6与套筒接头凸体11分离,将传感器信号线3从套筒信号线出线孔13引出。
本发明在实施传感器16从含水软弱岩土层内回收时,将传感器信号线3从套筒信号线出线孔13引出,操作杆上连接接头凹槽6对接套筒接头凸体11,旋转操作杆上连接接头螺圈30,实现回收套筒1402与操作杆2的对接;将操作杆2慢慢伸入至热镀锌管15内,同时用手牵住传感器信号线3,待一半长度的操作杆2深入至热镀锌管15内,热镀锌管15顶部与10mm的操作杆中部圆孔31持平,将横杆32插入操作杆中部圆孔31内贯穿操作杆2;新接一根操作杆2,使新接的操作杆2上连接接头凹槽6与通过横杆32卡在热镀锌管15内的操作杆下连接接头凸体7对接,逆时针旋转上连接接头螺圈30,与下连接接头凸体7咬合,然后继续下放操作杆2,至第二根操作杆中部圆孔31与热镀锌管15顶部持平时,将横杆32插入操作杆中部圆孔31贯穿操作杆2,继续连接新的操作杆2,直至回收套筒1402到达热镀锌管15孔底;通过顺时针旋转操作摇杆1,10mm圆柱形传感器基座凸体27由套筒卡槽22的入口位置(即垂直槽2501位置)至最右侧(即落入槽2503的位置,如图4(d)所示);顺时针继续旋转操作摇杆1,传感器基座下部内螺纹19与底座外螺柱20逐渐分离,向上提操作杆2,待上部第二根的操作杆2操作杆中部圆孔31与热镀锌管15顶部持平,将横杆32插入操作杆中部圆孔31内贯穿操作杆2,顺时针旋转上连接接头螺圈30,第一根操作杆2的上连接接头凹槽6与第二根操作杆的下连接接头凸体7分离,卸下第一根操作杆2,如此往上提操作杆2,依次卸除操作杆2,至回收套筒1402出露热镀锌管15后,顺时针旋转最底部操作杆2的上连接接头螺圈30,最底部操作杆2的上连接接头凹槽6与套筒接头凸体11分离将传感器信号线3从套筒信号线出线孔13引出;旋转传感器基座26,实现传感器基座上部内螺纹18与传感器底部外螺柱20的分离。
本文中所描述的具体实施实例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施实例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (5)
1.一种微震传感器含水软弱岩土体深孔安装及回收装置,包括设置在预钻孔中的热镀锌管(15),其特征在于,还包括密封设置在热镀锌管(15)底部的底座(21)、可拆卸式连接的若干个操作杆(2)、与传感器(16)连接的传感器基座(26)、均与操作杆(2)可拆卸式连接的安装套筒(1401)和回收套筒(1402),底座(21)上设置有底座外螺柱(20),传感器基座(26)的侧部设置有传感器基座凸体(27),安装套筒(1401)和回收套筒(1402)上均设置有套筒卡槽(22),传感器基座(26)底部设置有与底座外螺柱(20)适配的传感器基座下部内螺纹(19);
操作杆(2)一端通过上连接接头插销(5)固定有上连接接头(4),另一端通过下连接接头插销(9)固定有下连接接头(23),上连接接头(4)上设置有上连接接头凹槽(6),下连接接头(23)上设置有与上连接接头凹槽(6)适配的下连接接头凸体(7),上连接接头(4)和下连接接头(23)的侧部均设置有外螺纹,上连接接头(4)上套设有上连接接头螺圈(30),上连接接头螺圈(30)的内螺纹均与上连接接头(4)和下连接接头(23)的侧部的外螺纹适配;
安装套筒(1401)和回收套筒(1402)的顶部均设置有套筒接头(24),套筒接头(24)上设置有与上连接接头凹槽(6)适配的套筒接头凸体(11),套筒接头(24)侧部设置有与上连接接头螺圈(30)的内螺纹适配的套筒接头外螺纹(12);
安装套筒(1401)和回收套筒(1402)的顶部设置有套筒信号线出线孔(13),所述的套筒卡槽(22)开设在安装套筒(1401)和回收套筒(1402)的底部边沿,套筒卡槽(22)包括开设在安装套筒(1401)和回收套筒(1402)的底部边沿的垂直槽(2501)、一端与垂直槽一端连通的横向槽(2502)、与横向槽(2502)另一端连通的落入槽(2503),安装套筒(1401)与回收套筒(1402)的套筒卡槽(22)的旋转方向相反。
2.根据权利要求1所述的一种微震传感器含水软弱岩土体深孔安装及回收装置,其特征在于,所述的操作杆(2)的中部均开设有操作杆中部圆孔(31),位于最上方的操作杆(2)上部开设有摇杆安装孔,摇杆安装孔内插入有操作摇杆(1)。
3.根据权利要求2所述的一种微震传感器含水软弱岩土体深孔安装及回收装置,其特征在于,所述的上连接接头凹槽(6)、下连接接头凸体(7)和套筒接头凸体(11)均为长条形。
4.根据权利要求3所述的一种微震传感器含水软弱岩土体深孔安装及回收装置,其特征在于,所述的热镀锌管(15)外壁与预钻孔内壁之间的空隙采用水泥砂浆(10)注填。
5.根据权利要求4所述的一种微震传感器含水软弱岩土体深孔安装及回收装置,其特征在于,所述的传感器基座(26)的中部周向开设有减重凹槽。
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