CN112816147A - 一种基于可变轨道的感应芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于可变轨道的感应芯片，包括片状的芯片基体，还包括由外到内分层设置的第一中空球体、第二中空球体和第三中空球体；芯片基体可转动的设置于第一中空球体的内部；第一中空球体可转动的设置于第二中空球体的内部；第二中空球体可转动的设置于第三中空球体的内部；芯片基体相对于第三中空球体可以实现任意角度旋转，使得芯片基体受到的水流的冲击力减小，延长使用寿命，芯片基体上设置有导电过孔；湍急的水流经过导电过孔时，第三中空球体输出的电阻、电流或电压发生变化，从而能够及时感知水流状况，结合芯片基体所在的位置，可以判断得出感应芯片所处位置的水流情况，从而能够迅速检测到跑冒滴漏点的漏水速度和方向。
Description
技术领域
本发明涉及芯片技术领域，具体涉及一种基于可变轨道的感应芯片。
背景技术
目前的管道检测技术领域是通过图像技术来观察管道破损情况的，没有成熟的用于进行管道破损的芯片检测技术。
为了满足人们生活生产用水需要，我国修建了一系列的输水工程，运营公里数数量巨大，仅深圳市已运行的大型境外引水工程有《东深供水改造工程》线路总长51.7公里、《深圳市东江水源工程》线路总长136公里，大型管道的泄漏点有时候比较隐蔽，跑冒滴漏的现象发现难度比较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种基于可变轨道的感应芯片，检测的灵敏度高，能够及时发现管道的泄漏点。
一种基于可变轨道的感应芯片，包括片状的芯片基体，还包括由外到内分层设置的第一中空球体、第二中空球体和第三中空球体；芯片基体可转动的设置于第一中空球体的内部；第一中空球体可转动的设置于第二中空球体的内部；第二中空球体可转动的设置于第三中空球体的内部；
芯片基体相对于第三中空球体可以实现任意角度旋转，芯片基体上设置有导电过孔；
水流经过导电过孔时，第三中空球体输出的电阻、电流或电压发生变化。
优选的，第一中空球体的内侧设置有六条第一环形轨道，六条第一环形轨道公用X轴的两个顶点为相交点，在相交处第一环形轨道互通，六条第一环形轨道均布于第一中空球体的内壁；
芯片基体的两侧设置有第一转动轴，第一转动轴相对于芯片基体可转动设置，第一转动轴相对于第一环形轨道可滑动设置；
第一转动轴的外侧设置有第一码盘。
优选的，第二中空球体的内侧设置有六条第二环形轨道，六条第二环形轨道公用Y轴的两个顶点为相交点，在相交处第二环形轨道互通，六条第二环形轨道均布于第二中空球体的内壁；
第一中空球体的两侧设置有第二转动轴，第二转动轴相对于第一中空球体可转动设置，第二转动轴相对于第二环形轨道可滑动设置；
第二转动轴的外侧设置有第二码盘。
优选的，第三中空球体的内侧设置有六条第三环形轨道，六条第三环形轨道公用Z轴的两个顶点为相交点，在相交处第三环形轨道互通，六条第三环形轨道均布于第三中空球体的内壁；
第二中空球体的两侧设置有第三转动轴，第三转动轴相对于第二中空球体可转动设置，第三转动轴相对于第三环形轨道可滑动设置；
第三转动轴的外侧设置有第三码盘。
优选的，第一中空球体设置有多个第一过水孔，各个第一过水孔的横截面积之和超过第一中空球体的表面积的50%；
第二中空球体设置有多个第二过水孔，各个第二过水孔的横截面积之和超过第二中空球体的表面积的50%；
第三中空球体设置有多个第三过水孔，各个第三过水孔的横截面积之和超过第三中空球体的表面积的50%。
优选的，第一过水孔、第二过水孔和第三过水孔中的最大孔的孔径小于导电过孔的孔径的80%。
优选的，芯片基体为长方体，芯片基体的厚度分布导电过孔。
优选的，还包括中间支撑体，中间支撑体的周侧设置有均匀分布的3个以上的卡槽；芯片基体的数量为3个以上，每个卡槽处卡接一个芯片基体；
第一转动轴支撑在中间支撑体的两侧。
优选的，导电过孔沿孔深方向分为相互绝缘的两部分；在绝缘分界处形成隔离孔，隔离孔的孔径缩小为15μm ~1000μm；在绝缘分界处采用疏水材料做表面处理，在常态下，导电过孔被绝缘处分割为相互绝缘的两部分，当出现紊流或水流扰动时，扰流的水会穿过导电过孔使得导电过孔导通；隔离孔的孔径为孔壁厚度的60%~80%。
优选的，导电过孔沿孔深方向分为相互绝缘的两部分；
各个导电过孔的绝缘分界处形成隔离孔，隔离孔的孔径分别缩小为15μm、50 μm 、100μm 、300μm 、500 μm 或1000μm；在绝缘分界处采用疏水材料做表面处理，形成疏水层，绝缘分界处形成荷花效应，绝缘分界处两侧的水珠无法结合，在常态下，导电过孔被绝缘处分割为相互绝缘的两部分；当出现紊流或水流扰动时，扰流的水会穿过导电过孔的绝缘分界处使得导电过孔导通；隔离孔的孔径为孔壁厚度的60%~80%。
我们借鉴了云滴和雨滴的概念，结合荷花效应，设置微流控的开关，从而控制导电过孔的开闭，达到感知水流的目的。通常把半径小于 100μm 的水滴称为云滴，半径大于100μm 的水滴称雨滴。标准云滴半径为 10μm，标准雨滴半径为 1000μm，从体积来说，半径1mm 的雨滴约相当于 100 万个半径为 10μm 的云滴。水成云内如果具备了云滴增大为雨滴的条件，并使雨滴具有一定的下降速度，这时降落下来的就是雨或毛毛雨。
本发明的有益效果是：一种基于可变轨道的感应芯片，包括片状的芯片基体，还包括由外到内分层设置的第一中空球体、第二中空球体和第三中空球体；芯片基体可转动的设置于第一中空球体的内部；第一中空球体可转动的设置于第二中空球体的内部；第二中空球体可转动的设置于第三中空球体的内部；芯片基体相对于第三中空球体可以实现任意角度旋转，使得芯片基体受到的水流的冲击力减小，避免芯片基体受到湍流的影响而破损，延长使用寿命；同时，可以配置记录芯片基体转动情况的码盘，从而能够实时记录并监测芯片基体的转动情况，提供所在水域的水流数据；芯片基体上设置有导电过孔，能够进一步减小水流对芯片基体的冲击力，也能够实时获取水流的冲击力的大小；湍急的水流经过导电过孔时，第三中空球体输出的电阻、电流或电压发生变化，从而能够及时感知水流状况，结合芯片基体所在的位置，可以判断得出感应芯片所处位置的水流情况，从而能够迅速检测到跑冒滴漏点的漏水速度和方向。
附图说明
图1是本发明基于可变轨道的感应芯片的中间支撑体和芯片基体的结构示意图。
图2是本发明基于可变轨道的感应芯片的第一中空球体的结构示意图。
图3是本发明基于可变轨道的感应芯片的第二中空球体的结构示意图。
图4是本发明基于可变轨道的感应芯片的第三中空球体的结构示意图。
图5是本发明芯片结构的导电过孔的结构示意图。
图中：
1-芯片基体；11-导电过孔；21-第一中空球体；211-第一环形轨道；22-第二中空球体；221-第二环形轨道；23-第三中空球体；231-第三环形轨道；31-第一转动轴；33-第三转动轴；32-第二转动轴；41-第一码盘；42-第二码盘；43-第三码盘；51-第一过水孔；52-第二过水孔；53-第三过水孔；6-中间支撑体；61-卡槽；8-隔离孔。
具体实施方式
下面结合附图1~5并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
一种基于可变轨道的感应芯片，包括片状的芯片基体1，还包括由外到内分层设置的第一中空球体21、第二中空球体22和第三中空球体23；芯片基体1可转动的设置于第一中空球体21的内部；第一中空球体21可转动的设置于第二中空球体22的内部；第二中空球体22可转动的设置于第三中空球体23的内部；
芯片基体1相对于第三中空球体23可以实现任意角度旋转，芯片基体1上设置有导电过孔11；
水流经过导电过孔11时，第三中空球体23输出的电阻、电流或电压发生变化。
本实施例中，第一中空球体21的内侧设置有六条第一环形轨道211，六条第一环形轨道211公用X轴的两个顶点为相交点，在相交处第一环形轨道211互通，六条第一环形轨道211均布于第一中空球体21的内壁；
芯片基体1的两侧设置有第一转动轴31，第一转动轴31相对于芯片基体1可转动设置，第一转动轴31相对于第一环形轨道211可滑动设置；
第一转动轴31的外侧设置有第一码盘41。
本实施例中，第二中空球体22的内侧设置有六条第二环形轨道221，六条第二环形轨道221公用Y轴的两个顶点为相交点，在相交处第二环形轨道221互通，六条第二环形轨道221均布于第二中空球体22的内壁；
第一中空球体21的两侧设置有第二转动轴32，第二转动轴32相对于第一中空球体21可转动设置，第二转动轴32相对于第二环形轨道221可滑动设置；
第二转动轴32的外侧设置有第二码盘42。
本实施例中，第三中空球体23的内侧设置有六条第三环形轨道231，六条第三环形轨道231公用Z轴的两个顶点为相交点，在相交处第三环形轨道231互通，六条第三环形轨道231均布于第三中空球体23的内壁；
第二中空球体22的两侧设置有第三转动轴33，第三转动轴33相对于第二中空球体22可转动设置，第三转动轴33相对于第三环形轨道231可滑动设置；
第三转动轴33的外侧设置有第三码盘43。
本实施例中，第一中空球体21设置有多个第一过水孔51，各个第一过水孔51的横截面积之和超过第一中空球体21的表面积的50%；
第二中空球体22设置有多个第二过水孔52，各个第二过水孔52的横截面积之和超过第二中空球体22的表面积的50%；
第三中空球体23设置有多个第三过水孔53，各个第三过水孔53的横截面积之和超过第三中空球体23的表面积的50%。
本实施例中，第一过水孔51、第二过水孔52和第三过水孔53中的最大孔的孔径小于导电过孔的孔径的80%。
本实施例中，芯片基体1为长方体，芯片基体1的厚度分布导电过孔11。
本实施例中，还包括中间支撑体6，中间支撑体6的周侧设置有均匀分布的3个以上的卡槽61；芯片基体1的数量为3个以上，每个卡槽61处卡接一个芯片基体1；
第一转动轴31支撑在中间支撑体6的两侧。
本实施例中，导电过孔11沿孔深方向分为相互绝缘的两部分；在绝缘分界处形成隔离孔8，隔离孔8的孔径缩小为15μm ~1000μm；在绝缘分界处采用疏水材料做表面处理，在常态下，导电过孔11被绝缘处分割为相互绝缘的两部分，当出现紊流或水流扰动时，扰流的水会穿过导电过孔11使得导电过孔11导通。
隔离孔8的孔径为孔壁厚度的60%~80%，孔径小于孔壁厚度，再加上孔壁的表面采用疏水层处理，可以有效地起到隔离的作用。
一种基于可变轨道的感应芯片，设置由外到内分层设置的第一中空球体、第二中空球体和第三中空球体，通过转动轴实现每一个中空球体相对于另一个中空球体在XY、YZ或ZX三个平面内的相对转动，从而实现了芯片基体1的任意角度旋转；芯片基体1可转动的设置于第一中空球体21的内部；第一中空球体21可转动的设置于第二中空球体22的内部；第二中空球体22可转动的设置于第三中空球体23的内部；芯片基体1相对于第三中空球体23可以实现任意角度旋转，使得芯片基体1受到的水流的冲击力减小，避免芯片基体1受到湍流的影响而破损，延长使用寿命；同时，可以配置记录芯片基体1转动情况的码盘（41-第一码盘；42-第二码盘；43-第三码盘），从而能够实时记录并监测芯片基体1的转动情况，提供所在水域的水流数据；芯片基体1上设置有导电过孔11，能够进一步减小水流对芯片基体1的冲击力，也能够实时获取水流的冲击力的大小；湍急的水流经过导电过孔11时，第三中空球体23输出的电阻、电流或电压发生变化，从而能够及时感知水流状况，结合芯片基体1所在的位置，可以判断得出感应芯片所处位置的水流情况，从而能够迅速检测到跑冒滴漏点的漏水速度和方向。
实施例二
本实施例中，导电过孔11沿孔深方向分为相互绝缘的两部分；
各个导电过孔11的绝缘分界处的隔离孔8的孔径分别缩小为15μm、50 μm 、100μm、300μm 、500 μm 或1000μm；在绝缘分界处采用疏水材料做表面处理，形成疏水层，绝缘分界处形成荷花效应，绝缘分界处两侧的水珠无法结合，在常态下，导电过孔11被绝缘处分割为相互绝缘的两部分；当出现紊流或水流扰动时，扰流的水会穿过导电过孔11的绝缘分界处使得导电过孔11导通。
本实施例中，导电过孔11的孔内壁采用晶粒尺寸为5-50 nm的纳米铜与尺寸为5-100 nm 之间纳米二氧化硅颗粒的混合溶液，通过沉铜技术附着在导电过孔11内；导电过孔11的绝缘分界处形成疏水层。
纳米二氧化硅颗粒的制备方法详见《一种疏水性纳米二氧化硅的制备方法 -CN102502663B》。
本实施例中，中空球体4由两个半球体相互扣合而成。
本实施例中，转动支撑轴2相对于芯片基体1可转动，转动支撑轴2相对于环形轨道41可滑动。
导电过孔11沿孔深方向分为相互绝缘的N部分，N大于等于3，N为自然数；
本实施例中，每个导电过孔11被分为3部分，设置有两个绝缘分界处，边缘分界处形成隔离孔8。第一组导电过孔11的绝缘分界处的孔径分别设置为15 μm和50 μm；第一组导电过孔11的隔离孔8的孔径分别设置为15 μm和25 μm；第二组导电过孔11的绝缘分界处-隔离孔8的孔径分别设置为35 μm和50 μm；第三组导电过孔11的绝缘分界处-隔离孔8的孔径分别设置为80 μm和100 μm；第四组导电过孔11的绝缘分界处-隔离孔8的孔径分别设置为150 μm和200 μm；第五组导电过孔11的绝缘分界处-隔离孔8的孔径分别设置为250 μm和300 μm；第六组导电过孔11的绝缘分界处-隔离孔8的孔径分别设置为450 μm和500 μm；第七组导电过孔11的绝缘分界处-隔离孔8的孔径分别设置为550 μm和650 μm；第八组导电过孔11的绝缘分界处-隔离孔8的孔径分别设置为750 μm和850 μm；第九组导电过孔11的绝缘分界处的孔径分别设置为950 μm和1000 μm。
根据需要，在绝缘分界处的孔径也可以设置为15μm ~1000μm中的任意一个值。
隔离孔8的孔径为孔壁厚度的60%~80%，孔径小于孔壁厚度，再加上孔壁的表面采用疏水层处理，可以有效地起到隔离的作用。
在绝缘分界处采用疏水材料做表面处理，在常态下，导电过孔11被绝缘处分割为相互绝缘的两部分，当出现紊流或水流扰动时，扰流的水会穿过导电过孔11使得导电过孔11导通。
根据需要，也可以是导电过孔11沿孔深方向分为相互绝缘的两部分；各个导电过孔11的绝缘分界处的孔径分别缩小为15μm、50 μm 、100μm 、300μm 、500 μm 或1000μm；在绝缘分界处采用疏水材料做表面处理，形成疏水层，绝缘分界处形成荷花效应，绝缘分界处两侧的水珠无法结合，在常态下，导电过孔11被绝缘处分割为相互绝缘的两部分；当出现紊流或水流扰动时，扰流的水会穿过导电过孔11的绝缘分界处使得导电过孔11导通。
本实施例中，第一中空球体21、第二中空球体22和第三中空球体23由两部分扣合而成。
本发明的不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于可变轨道的感应芯片，包括片状的芯片基体（1），其特征在于，还包括由外到内分层设置的第一中空球体（21）、第二中空球体（22）和第三中空球体（23）；所述芯片基体（1）可转动的设置于所述第一中空球体（21）的内部；所述第一中空球体（21）可转动的设置于所述第二中空球体（22）的内部；所述第二中空球体（22）可转动的设置于所述第三中空球体（23）的内部；
所述芯片基体（1）相对于所述第三中空球体（23）可以实现任意角度旋转，所述芯片基体（1）上设置有导电过孔（11）；
水流经过所述导电过孔（11）时，所述第三中空球体（23）输出的电阻、电流或电压发生变化。
2.如权利要求1所述基于可变轨道的感应芯片，其特征在于，所述第一中空球体（21）的内侧设置有六条第一环形轨道（211），六条所述第一环形轨道（211）公用X轴的两个顶点为相交点，在相交处所述第一环形轨道（211）互通，六条第一环形轨道（211）均布于所述第一中空球体（21）的内壁；
所述芯片基体（1）的两侧设置有第一转动轴（31），所述第一转动轴（31）相对于所述芯片基体（1）可转动设置，所述第一转动轴（31）相对于所述第一环形轨道（211）可滑动设置；
所述第一转动轴（31）的外侧设置有第一码盘（41）。
3.如权利要求2所述基于可变轨道的感应芯片，其特征在于，所述第二中空球体（22）的内侧设置有六条第二环形轨道（221），六条所述第二环形轨道（221）公用Y轴的两个顶点为相交点，在相交处所述第二环形轨道（221）互通，六条第二环形轨道（221）均布于所述第二中空球体（22）的内壁；
所述第一中空球体（21）的两侧设置有第二转动轴（32），所述第二转动轴（32）相对于所述第一中空球体（21）可转动设置，所述第二转动轴（32）相对于所述第二环形轨道（221）可滑动设置；
所述第二转动轴（32）的外侧设置有第二码盘（42）。
4.如权利要求3所述基于可变轨道的感应芯片，其特征在于，所述第三中空球体（23）的内侧设置有六条第三环形轨道（231），六条所述第三环形轨道（231）公用Z轴的两个顶点为相交点，在相交处所述第三环形轨道（231）互通，六条第三环形轨道（231）均布于所述第三中空球体（23）的内壁；
所述第二中空球体（22）的两侧设置有第三转动轴（33），所述第三转动轴（33）相对于所述第二中空球体（22）可转动设置，所述第三转动轴（33）相对于所述第三环形轨道（231）可滑动设置；
所述第三转动轴（33）的外侧设置有第三码盘（43）。
5.如权利要求4所述基于可变轨道的感应芯片，其特征在于，所述第一中空球体（21）设置有多个第一过水孔（51），各个所述第一过水孔（51）的横截面积之和超过所述第一中空球体（21）的表面积的50%；
所述第二中空球体（22）设置有多个第二过水孔（52），各个所述第二过水孔（52）的横截面积之和超过所述第二中空球体（22）的表面积的50%；
所述第三中空球体（23）设置有多个第三过水孔（53），各个所述第三过水孔（53）的横截面积之和超过所述第三中空球体（23）的表面积的50%。
6.如权利要求5所述基于可变轨道的感应芯片，其特征在于，所述第一过水孔（51）、第二过水孔（52）和第三过水孔（53）中的最大孔的孔径小于所述导电过孔的孔径的80%。
7.如权利要求5所述基于可变轨道的感应芯片，其特征在于，所述芯片基体（1）为长方体，所述芯片基体（1）的厚度分布所述导电过孔（11）。
8.如权利要求7所述基于可变轨道的感应芯片，其特征在于，还包括中间支撑体（6），所述中间支撑体（6）的周侧设置有均匀分布的3个以上的卡槽（61）；所述芯片基体（1）的数量为3个以上，每个卡槽（61）处卡接一个芯片基体（1）；
所述第一转动轴（31）支撑在所述中间支撑体（6）的两侧。
9.如权利要求8所述基于可变轨道的感应芯片，其特征在于，所述导电过孔（11）沿孔深方向分为相互绝缘的两部分；在绝缘分界处形成隔离孔（8），隔离孔（8）的孔径缩小为15μm~1000μm；在绝缘分界处采用疏水材料做表面处理，在常态下，导电过孔（11）被绝缘处分割为相互绝缘的两部分，当出现紊流或水流扰动时，扰流的水会穿过所述导电过孔（11）使得导电过孔（11）导通；
隔离孔（8）的孔径为孔壁厚度的60%~80%。
10.如权利要求8所述基于可变轨道的感应芯片，其特征在于，所述导电过孔（11）沿孔深方向分为相互绝缘的两部分；
各个所述导电过孔（11）的绝缘分界处形成隔离孔（8），隔离孔（8）的孔径分别缩小为15μm、50 μm 、100μm 、300μm 、500 μm 或1000μm；在绝缘分界处采用疏水材料做表面处理，形成疏水层，绝缘分界处形成荷花效应，绝缘分界处两侧的水珠无法结合，在常态下，导电过孔（11）被绝缘处分割为相互绝缘的两部分；当出现紊流或水流扰动时，扰流的水会穿过所述导电过孔（11）的绝缘分界处使得导电过孔（11）导通；隔离孔（8）的孔径为孔壁厚度的60%~80%。
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