CN108051109B - 一种记忆式环境参数检测体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种记忆式环境参数检测体，包括基体，所述基体上设置有接收槽；接收槽可以接收温度检测单元、压力检测单元和/或气体成分检测单元。根据本发明的记忆式环境参数检测体，通过设置具有记忆效应的温度、压力和/或气体成分检测单元，能够有效检测特殊空间中的环境参数，在地下资源勘探开采、地震救援、古墓藏挖掘等领域具有重要应用前景。
Description
技术领域
本发明总体涉及环境参数检测体，具体涉及特种环境下的温度、压力和/或气体检测体。
背景技术
在地下资源勘探开采、地震救援、古墓藏挖掘或在其它不适合人员进入的特殊空间作业时，在作业开始前或作业中需要探明环境参数(温度、压力、气体成分等)，对化解风险和制定针对性的作业方案具有重要意义。常规的温度、压力和/或气体检测体通常都是实时检测，已不能满足上述特殊环境下参数检测的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种记忆式环境参数检测体，能够满足特殊环境下参数检测的需要。
根据本发明的记忆式环境参数检测体(件)，包括
基体，所述基体上设置有多个温度检测单元接收槽；
多个温度检测单元，所述多个温度检测单元分别嵌设在所述基体上的所述多个温度检测单元接收槽中，所述多个温度检测单元的构成物质的熔点从低到高呈梯度分布。
本发明的原理是通过设置熔点从低到高的多个温度检测单元，当检测体投放到特殊空间后，熔点低于环境温度的某些(个)温度检测单元被熔化掉，熔点高于环境温度的某些(个)温度检测单元保留，当检测体返回正常空间后，根据温度检测单元的熔化情况(记忆情况)即可判定特殊空间中的温度区间。
基体可以为球形、椭球形、长方体、正方体或圆柱形等各种规则形状，也可以为不规则形状；优选情况下，基体为能够滚动的球形，从而能够顺利的进出地下(井下)等狭窄空间。基体可以是实心体也可以是空心体，优选具有空心内腔，并进一步优选是两半式组合体，例如采用两个空心半球通过卡扣或螺纹等可拆卸的方式组合成具有空心内腔的球体，从而方便装载和拆卸检测单元。
基体可以由金属、塑料或复合材料制成，优选采用塑料制成，例如PVC、PB、PTFE、ABS等高分子材料，从而具有质量轻、耐腐蚀等优点。
所述多个温度检测单元的构成物质可以是有机高分子材料、金属或合金，只要能够形成熔点呈梯度分布的材料就可以。优选情况下，采用低熔点合金来形成所述多个温度检测单元，低熔点合金的构成元素包括但不限于Bi、Pb、Sn、Cd、In、Zn、Ag和Sb，通过这些金属元素的合理成分组合能够形成熔点在40℃-300℃之间呈梯度分布的多个温度检测单元。多个温度检测单元具体可以为2个以上，优选为3-10个，个数越多，熔点分布越窄，从而温度检测结果越精细。
所述多个温度检测单元的形状包括但不限于丝状、柱状、块状或球状。所述多个温度检测单元优选通过过盈配合的方式嵌设在基体的多个温度检测单元接收槽中；当然也可以采用其它固定方式，例如铆接、焊接、螺纹连接。所述多个温度检测单元可以采用均匀间隔的方式嵌设在基体上。
根据本发明的记忆式环境参数检测体，还可以包括压力(压强)检测单元，所述压力检测单元也嵌设在所述基体上；所述压力检测单元包括管底封闭的管体、多级可伸缩套杆以及活塞，多级可伸缩套杆的固定端与活塞连接，活动端向管体的管底延伸，活塞与管体的内壁密封并能在管体中上下滑动。压力检测单元可以设置一个或多个，优选采用多个，最终取平均值来获得结果。
多级可伸缩套杆的一个例子是天线，可以采用直径由大到小的多级不锈钢套管形成。在检测之前，多级可伸缩套杆呈完全伸长状态；当进入到有气体或液体压力的环境中时，在气体或液体的推力作用下，活塞向管底滑动，从而使得多级可伸缩套杆的最外极向下一级收缩，多级可伸缩套杆的收缩程度与外界压力成正比(或多级可伸缩套杆的最终长度与外界压力成反比)。此外，当外界压力消除后，活塞可以复位，但多级可伸缩套杆不会复位，从而具有记忆性，当记忆式环境参数检测体返回到正常环境中时，即可根据多级可伸缩套杆的长度来判定所检测的压力范围。
优选情况下，管体采用透明材料制成，例如石英玻璃或有机透明塑料，从而方便观测多级可伸缩套杆的收缩程度。
优选情况下，在多级可伸缩套杆的外围设置有弹簧，弹簧的一端与活塞固定。通过弹簧来防止多级可伸缩套杆在进入特殊空间和返回过程中外界的振动或撞击有可能导致的收缩，从而提高检测的有效性。
优选情况下，在活塞的外侧管口还可以设置有保护塞，保护塞与管体的管口固定密封连接，保护塞可以采用自溶解(可溶性)材料或低熔点材料(例如40℃以下)制成，在记忆式环境参数检测体传送到特定空间过程中，保护塞具有抗压作用，对活塞起到保护作用，防止传送过程中压力对活塞产生推动；当记忆式环境参数检测体到达特定空间后，在含盐液体(例如井下液体)中在电化学作用下自动溶解，或在环境温度作用下自动熔化，然后活塞进入检测状态。
根据本发明的记忆式环境参数检测体，还可以包括气体成分检测单元，所述气体成分检测单元也嵌设在所述基体上；所述气体成分检测单元中含有气体吸附颗粒。气体吸附颗粒优选为分子筛颗粒，通过分子筛颗粒对气体的吸附存储，返回到正常空间后对其解吸后进行气体成分分析。分子筛颗粒具体可以为炭分子筛、氧化物分子筛(例如氧化铝、氧化硅、硅酸盐、磷酸盐等)。
根据本发明的记忆式环境参数检测体，通过设置具有记忆效应的温度、压力和/或气体成分检测单元，能够有效检测特殊空间中的环境参数，在地下资源勘探开采、地震救援、古墓藏挖掘等领域具有重要应用前景。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例的结构示意图；
图2为图1中示出实施例中的基体结构示意图；
图3为根据本发明另一实施例的结构示意图；
图4为图3示出实施例中的压力检测单元结构示意图；
图5为图4中示出的压力检测单元无弹簧结构的示意图；
图6为图3示出实施例中的压力检测单元的另一结构示意图；
图7为根据本发明又一实施例的结构示意图；以及
图8为图7中示出的气体成分检测单元的结构示意图。
具体实施方式
为充分说明本发明的特性以及实施本发明的方式，下面给出实施例。
实施例1
参见图1-2，本实施例给出一种球状记忆式温度检测体，包括基体10和温度检测单元20。基体10上设置有多个温度检测单元接收槽11，基体10具有空心内腔12。多个温度检测单元20分别嵌设在多个温度检测单元接收槽11中，多个温度检测单元20的构成物质的熔点从低到高呈梯度分布。
采用低熔点合金来形成多个温度检测单元20，表1列出了的16个温度检测单元20的熔点和成分，熔点从46.8℃到247.0℃，可以根据需要选择若干个成分来制成多个温度检测单元20。例如可以选取序号为1、3、6、10四个温度检测单元20设置到基体10上。
表1：温度检测单元的构成合金熔点与成分表
本发明给出一个具体应用例，在石油开采井下压裂作业过程中，可以将上述温度检测体随压裂球一道投放到井下。熔点低于环境温度的某些(个)温度检测单元20被熔化掉，熔点高于环境温度的某些(个)温度检测单元20保留。当完成压裂作业后，温度检测体返排到地面上，根据温度检测单元20的熔化情况来判定井下的温度区间。例如当序号为1、3的两个温度检测单元20被熔化掉，而序号为6、10的两个温度检测单元20保留，则可判定井下的温度区间为70.0-102.5℃，依次类推。
实施例2
参见图3，本实施例给出一种温度/压力复合检测体，基体10和温度检测单元20的结构和设置方式参见实施例1，在基体10上还嵌设有压力检测单元30，压力检测单元30的结构如下。
参见图4-6，压力检测单元30包括管体31、多级可伸缩套杆33以及活塞32。管体31具有开口的管口31a和封闭的管底31b。多级可伸缩套杆33的固定端与活塞32连接，活动端向管底31b延伸。活塞32邻近管口31a设置在管体31中，活塞32与管体31的内壁密封并能在管体31中上下滑动。
具体参见图4-5，多级可伸缩套杆33可以由四极直径由粗到细的套杆形成，分别为33a、33b、33c和33d。多级可伸缩套杆33的外周可以套设有弹簧34，弹簧34的一端与活塞32固定，另一端既可以固定于管底31b，也可自由释放。通过弹簧34来防止多级可伸缩套杆33在进入特殊空间和返回过程中外界的振动或撞击有可能导致的收缩，从而提高检测的有效性。
具体参见图6，在活塞32的外侧管口还可以设置有保护塞35，保护塞35与管体31的管口31a固定密封连接，保护塞35可以采用自溶解(可溶性)材料或低熔点材料(例如40℃以下)制成。在温度/压力复合检测体传送到特定空间过程中，保护塞35对活塞32起到保护作用，防止传送过程中压力对活塞32产生推动；温度/压力复合检测体到达特定空间后，在含盐液体(例如井下液体)中在电化学作用下自动溶解，或在环境温度作用下自动熔化，然后活塞32进入检测状态。
在检测之前，多级可伸缩套杆33呈完全伸长状态；当进入到有气体或液体压力的环境中时，在气体或液体的推力作用下，活塞32向管底31b滑动，从而使得多级可伸缩套杆33的最外极向下一级收缩，多级可伸缩套杆33的收缩程度与外界压力成正比(或多级可伸缩套杆33的最终长度与外界压力成反比)。此外，当外界压力消除后，活塞可以复位，但多级可伸缩套杆33不会复位，从而具有记忆性，当温度/压力复合检测体返回到正常环境中时，即可根据事先实验建立的压力和多级可伸缩套杆长度之间的标准曲线，确定所检测的压力范围。温度检测单元10的检测原理同实施例1。
实施例3
参见图7，本实施例给出一种温度/压力/气体成分复合检测体。温度和压力检测单元的结构和设置方式同实施例2，在基体10还嵌设有气体成分检测单元40，气体成分检测单元40的结构如下。
气体成分检测单元40包括筒体41，在筒体41中设置炭分子筛袋43，炭分子筛袋43中装有炭分子筛颗粒44，炭分子筛袋43为具有透气功能的纺织面料制成，筒体41的筒口设置有防护罩42，防护罩42也具有透气功能。防护罩42可以设置有密封膜，在使用时将密封膜撕掉。
当复合检测体投放到特殊空间后，通过炭分子筛颗粒44对气体的吸附存储，返回到正常空间后对其解吸后进行气体成分分析(BET法)。温度和压力的检测原理同实施例2。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，例如本发明中的温度/压力/气体成分三个检测单元可以单独利用，也可任意组合形成复合检测体进行利用。凡是利用本发明的说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明保护范围内。
Claims (2)
1.一种检测特殊空间中环境参数的记忆式环境参数检测体，其特征在于，包括
基体，所述基体上设置有多个温度检测单元接收槽；
多个温度检测单元，所述多个温度检测单元分别嵌设在所述基体上的所述多个温度检测单元接收槽中，所述多个温度检测单元的构成物质的熔点从低到高呈梯度分布；
所述多个温度检测单元由低熔点合金形成，所述多个温度检测单元的构成物质的熔点在40℃-300℃之间呈梯度分布；
所述基体为球形，所述基体具有空心内腔；
所述多个温度检测单元为丝状、柱状、块状或球状，所述多个温度检测单元通过过盈配合的方式嵌设在所述基体的所述多个温度检测单元接收槽中；
还包括压力检测单元，所述压力检测单元也嵌设在所述基体上；所述压力检测单元包括管底密封的管体、多级可伸缩套杆以及活塞，多级可伸缩套杆的固定端与活塞连接，活动端向管体的管底延伸，活塞与管体内壁密封并能在管体中上下滑动；
管体由透明材料制成；在活塞的外侧管口还设置有保护塞，保护塞与管体的管口固定密封连接，保护塞采用自溶解材料或低熔点材料制成。
2.根据权利要求1所述的记忆式环境参数检测体，其特征在于，还包括气体成分检测单元，所述气体成分检测单元也嵌设在所述基体上；所述气体成分检测单元中含有气体吸附颗粒。
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