CN105486885B - 一种高精度喀斯特洞穴滴水传感器及其收集装置 - Google Patents

一种高精度喀斯特洞穴滴水传感器及其收集装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及传感装置设备领域，公开了一种高精度喀斯特洞穴滴水传感器及其收集装置，包括了硅胶软管、漏斗、硬质塑料网、传感体倾斜固定、塑料柱状盒、硬质有机玻璃垫台、核心传感器、传感器信号线、水滴传感面、不锈钢圆筒、不锈钢倒锥形去顶装置、高密度软性不锈钢过滤网、EPE珍珠棉，通过高精度洞穴滴水传感方法及装置的实现，使得洞穴滴水滴速的测量和根据滴速变化进行样品自动采集的系统功能可以实现，解决了传统装备体积大、重量重、难以固定，不利于野外工作等困难。

Description

一种高精度喀斯特洞穴滴水传感器及其收集装置
技术领域
本发明涉及智能机器设备领域，特别是一种高精度喀斯特洞穴滴水传感器及其收集装置。
背景技术
中国有近1/3的喀斯特地貌，其典型地质特点是地表岩石多，土壤少，对水分保持严重不足，以至于碦斯特地区人民存在两大自然灾害，第一：严重缺水，降水后的水源快速渗入地下造成的部分地区过于干旱，有时方圆几公里内人、畜、灌溉共用一个泥塘；第二：具有地下水被快速污染的脆弱性，地面上的污染物很容易随液体快速渗入到地下，一但地下水被污染，净化需要几十年，如果能够通过研究发现某地区地下水的流向，不论是针对缺水问题或者污染问题，将提供科学有效的依据和解决方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度喀斯特洞穴滴水传感器及其收集装置，以满足通过高精度洞穴滴水传感方法及装置的实现，使得洞穴滴水滴速的测量和根据滴速变化进行样品自动采集的系统功能可以实现，解决了传统装备体积大、重量重、难以固定，不利于野外工作等困难。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明公开了一种高精度喀斯特洞穴滴水传感器及其收集装置，感应收集装置为筒形结构，包括了筒体、顶盖、传感器组件、支撑台、过滤组件和接液收集组件，顶盖设置于筒体顶部，且开设有漏孔，传感器组件安装于支撑台上并整体安放于筒体内部，过滤组件设置于支撑台底部并与筒体底部包合，接液收集组件设置于过滤组件外部，并与过滤组件相连。
其中，筒体为不锈钢圆筒，高度为25cm，顶盖为不锈钢倒锥形去顶装置，传感器组件包括了水滴传感面、EPE珍珠棉、塑料柱状盒、核心传感器、硬质有机玻璃垫台和传感器信号线，不锈钢倒锥形去顶装置削顶口径面积为传感面面积，半径5cm，支撑台为传感体倾斜固定台架，过滤组件包括了高密度软性不锈钢过滤网和硬质塑料网，接液收集组件包括了硅胶软管和漏斗，核心传感器通过传感器信号线与信号处理电路相连接，核心传感器的下方是硬质有机玻璃垫台，核心传感器的压电薄膜之上，紧贴EPE珍珠棉，EPE珍珠棉之上又紧贴水滴传感面的薄膜，采用塑料柱状盒固定水滴传感面的薄膜，塑料柱状盒下方为传感体倾斜固定台架，倾斜固定台架下方为高密度软性不锈钢过滤网和硬质塑料网；漏斗与不锈钢圆筒底部相互连接，漏斗下方套着硅胶软管。
其中，传感体倾斜固定台架倾斜角度为15-45°，优选为30°，高密度软性不锈钢过滤网的孔径指标为100目。
优选的，核心传感器为HKY-06B心音脉搏传感器，它的顶部为PVDF压电薄膜，水滴传感面上为半径6cm的水滴传感面薄膜，EPE珍珠棉直径23mm,厚度2mm，面积与核心传感器的顶面积相同。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明通过高精度洞穴滴水传感方法及装置的实现，使得洞穴滴水滴速的测量和根据滴速变化进行样品自动采集的系统功能可以实现。
2.经过合理设计的喀斯特洞穴滴水感应收集装置，解决了传统装备体积大、重量重、难以固定，不利于野外工作等困难。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的传感器组件示意图
主要组件符号说明:
1：硅胶软管，2：漏斗，3：硬质塑料网，4：传感体倾斜固定台架，5：塑料柱状盒，6：硬质有机玻璃垫台，7：核心传感器，8：传感器信号线，9：水滴传感面，10：不锈钢圆筒，11：不锈钢倒锥形去顶装置，12：高密度软性不锈钢过滤网，13：EPE珍珠棉
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1、2所示，本发明公开了一种高精度喀斯特洞穴滴水传感器及其收集装置，包括了不锈钢圆筒10、不锈钢倒锥形去顶装置11、传感器组件、传感体倾斜固定台架4、过滤组件和接液收集组件。传感器组件包括了水滴传感面9、EPE珍珠棉13、塑料柱状盒5、核心传感器7、硬质有机玻璃垫台6和传感器信号线8；过滤组件包括了硬质塑料网3和高密度软性不锈钢过滤网12；接液收集组件包括了硅胶软管1和漏斗2。
安装过程：
不锈钢圆筒10为装置主体，圆筒上方为不锈钢倒锥形去顶装置11，传感组件位于筒体内部，核心传感器7通过传感器信号线8与信号处理电路相连接，核心传感器7的下方是硬质有机玻璃垫台6，核心传感器7的压电薄膜之上，紧贴EPE珍珠棉13，EPE珍珠棉13之上又紧贴水滴传感面9的薄膜，采用塑料柱状盒5固定水滴传感面9的薄膜，塑料柱状盒5下方为传感体倾斜固定台架4，倾斜固定台架下方4为高密度软性不锈钢过滤网12，高密度软性不锈钢过滤网12包裹着不锈钢圆筒10下部开口，高密度软性不锈钢过滤网12下面紧贴着硬质塑料网3，其下为漏斗2，漏斗2下方套着硅胶软管1；
工作原理：
(1)核心感应部件：图1中7为采用的核心感应部件，它是一种医用的心音脉搏传感器，水滴和人体脉搏具有相似的频谱，可以获取足够强度的初始传感信号。在它的顶部为PVDF压电薄膜，是一种新型的高分子压电材料，它既具有压电性又有薄膜柔软的机械性能，用它制作压力传感器，具有设计精巧、灵敏度高、频带宽、使用方便的优点，采用柱状支撑结构，结实稳固，更可贵的是考虑了密封防水。
(2)水滴传感面扩充及感应精度放大：HKY-06B心音脉搏传感器是本发明的核心感应部件，其压电薄膜的感应特性主要是能够感应外界接触时挤压产生形变的微小变化。但对于本发明来说，PVDF压电薄膜仅为直径20mm的面积，完全不能满足本发明的需要。不论是感应面积或感应精度都需要扩充放大。参看图1，我们在核心传感器的压电薄膜之上，紧贴2mm厚，面积为直径23mm的EPE珍珠棉13，与核心感应部件7的顶面积相同大小，EPE珍珠棉13之上又紧贴半径为6cm的水滴传感面薄膜，薄膜为X光片或相同厚度塑料膜。并采用塑料柱状盒5固定水滴传感面9的薄膜，在传感器的下方采用硬质有机玻璃垫台6支撑，采用这样的结构，可以使得传感面积扩大为直径8cm的圆面积。其中，通过水滴传感面9、EPE珍珠棉13、核心感应部件7的配合，能够将水滴传感面9之上水滴滴落时微小的触动形变传递给PVDF压电薄膜。如果没有EPE珍珠棉13，在水滴传感面9和核心感应部件7的PVDF压电薄膜之间随时间推移将产生部分缝隙，而造成少数水滴的漏感应，增加EPE珍珠棉13后，能够增加PVDF压电薄膜和水滴传感面的贴合，类似假皮肤，能够将整个水滴传感面直径8cm圆面积内水滴滴落时产生的微小形变传递给PVDF压电薄膜。在核心感应部件7的下方采用硬质有机玻璃垫台6支撑，用于固定住核心传感器7的底部完全不动，使得水滴传感面9之上由水滴滴落时引起的微小感应形变完全作用到核心感应部件7的PVDF压电薄膜上，使其形变而产生压电感应。图中4为传感体倾斜固定台架，扩充传感面需要倾斜，使得之前滴落的水尽快流走，否则将会对下一水滴滴落时产生缓冲而影响传感面的感应精度，但倾斜度太大，将分解水滴对传感面的垂直撞击力。试验证明，倾斜度以30度为最好。
(3)滴水样品的收集：装置2为漏斗，用于收集落下的滴水样品。当水滴滴落到传感面时，随着滴落高度的的不同，将产生不同的外溅，使样品不同程度的丢失。为解决外溅问题，设计了装置10不锈钢圆筒，放置于漏斗内侧，高度25cm，使得滴水外溅部分也能收集到漏斗中提供给之后的样品采集。部件1为硅胶软管，套在漏斗的下水口，是将收集到的水滴引流到之后的取样系统装置中。
(4)水滴的杂质的过滤：洞穴滴水中通常带有泥沙，过滤之后才能保证之后自动取样装置的不堵塞。实现方法是图中部件3为硬质塑料网，既可以滤水，还可以是支撑之上的传感器部分和不锈钢滤网。部件12为高密度软性不锈钢过滤网，使滴水都经过滤后流入漏斗下水口，该不锈钢过滤网的孔径指标为100目。这样的结构也方便定时清除杂质。
(5)相邻水滴屏蔽进入：我们观测滴速是针对一个水滴，如果有两个水滴滴落到传感器上，必然影响滴速的测量。而洞穴水滴通常来自缝隙，洞顶水会沿着缝隙有相邻多滴往下滴落。解决方法是设计部件11，为不锈钢倒锥形去顶装置，削顶口径面积为传感面面积，直径为8cm。该部件可以将相邻水滴排除在收集装置之外。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于高精度喀斯特洞穴滴水传感器的收集装置，其特征在于：收集装置为筒形结构，包括筒体、顶盖、传感器组件、支撑台、过滤组件和接液收集组件，所述顶盖设置于筒体顶部，且开设有漏孔，顶盖为不锈钢倒锥形去顶装置（11），
所述传感器组件安装于支撑台上并整体安放于筒体内部，传感器组件包括水滴传感面（9）、EPE珍珠棉（13）、塑料柱状盒（5）、核心传感器（7）、硬质有机玻璃垫台（6）和传感器信号线（8）；所述核心传感器（7）通过传感器信号线（8） 与信号处理电路相连接，核心传感器（7）的下方是硬质有机玻璃垫台（6），核心传感器（7）的压电薄膜之上，核心传感器（7）紧贴EPE珍珠棉（13），EPE珍珠棉（13）之上又紧贴水滴传感面（9）的薄膜，采用塑料柱状盒（5）固定水滴传感面（9）的薄膜，塑料柱状盒（5）下方为传感体倾斜固定台架（4），传感体倾斜固定台架（4）下方为高密度软性不锈钢过滤网（12）和硬质塑料网（3）；
所述过滤组件设置于支撑台底部并与筒体底部包合，
所述接液收集组件设置于过滤组件外部，并与过滤组件相连。
2.如权利要求1所述的基于高精度喀斯特洞穴滴水传感器的收集装置，其特征在于：所述筒体为不锈钢圆筒（10），高度为25cm，
所述不锈钢倒锥形去顶装置（11）削顶口径面积为传感面面积，半径5cm，
所述支撑台为传感体倾斜固定台架（4），
所述过滤组件包括高密度软性不锈钢过滤网（12）和硬质塑料网（3），
所述接液收集组件包括硅胶软管（1）和漏斗（2）。
3.如权利要求2所述的基于高精度喀斯特洞穴滴水传感器的收集装置，其特征在于：所述漏斗（2）与不锈钢圆筒底部相互连接， 漏斗（2）下方套着硅胶软管（1）。
4.如权利要求2所述的基于高精度喀斯特洞穴滴水传感器的收集装置，其特征在于：所述传感体倾斜固定台架（4）倾斜角度为 15-45°，所述的高密度软性不锈钢过滤网（12）的孔径指标 为100目。
5.如权利要求2或4所述的基于高精度喀斯特洞穴滴水传感器的收集装置，其特征在于：所述传感体倾斜固定台架（4）倾斜角度为30°。
6.如权利要求1所述的基于高精度喀斯特洞穴滴水传感器的收集装置，其特征在于：所述核心传感器（7）为HKY-06B心音脉搏传感器，它的顶部为PVDF压电薄膜。
7.如权利要求1所述的基于高精度喀斯特洞穴滴水传感器的收集装置，其特征在于：所述水滴传感面（9）为半径6cm的水滴传感面薄膜。
8.如权利要求1所述的基于高精度喀斯特洞穴滴水传感器的收集装置，其特征在于：所述EPE珍珠棉（13）直径23mm,厚度2mm，面积与核心传感器（7）的顶面积相同。
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