CN219869649U - 基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置及测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于扩散硅压敏传感原理的沉降数据采集装置及测量系统，所述沉降数据采集装置包括双腔体外壳、与双腔外壳连通的导液管和电气管、以及设置在双腔外壳内部的扩散硅压敏芯体和主板；通过导液管将液体导入扩散硅压敏芯体受力面所在的第一腔体，采集压变信号，该测量系统为设置在监测点和基准点的多个沉降数据采集装置串联，利用串联后的导液管与储液罐的下端相连，另一根电气管与储液罐上端连接形成内压自平衡系统，有效的消除了大气压对系统产生的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及压力传感设备技术领域，尤其涉及一种基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置及测量系统。
背景技术
在压力传感器行业，扩散硅式压力传感器已经变成一种相当成熟的产品方案，结构简单、工艺明确、便于批量性生产、产品一致性好。
沉降数据采集装置是一种高精密液位测量仪器，用于测量基础和建筑物各个测点的相对沉降，应用场景包括大型建筑物，如水电站厂、大坝、高层建筑物、核电站、水利枢纽工程、铁路、地铁、高铁、综合管廊等各测点不均匀沉降的测量。而基于扩散硅压敏传感原理的沉降数据采集装置利用了扩散硅压力传感器的高精密性以及特殊定制电路构成的一种沉降数据采集装置。
现如今的沉降测量产品储液罐连接通气管和液管，其气管与大气压接通，导致产品感知水压精度不仅受到温度的影响，还受到储液罐内气压与大气压的差值影响，当气管附近空气流速过快时，储液罐内的气压就会小于大气压，产品测得的数据精度就会受到影响。此外，现如今的产品通常包含通气管、液管和信号线三种接口，致使在安装的过程中步骤繁琐，致使工程的时效性大大降低。
发明内容
因此，本实用新型的目的在于提供一种基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置及测量系统，采用双腔体结构，在进行敏感信号采集的同时，同步实现采集信号的传输，通过多个结构简单，便于实施，减少外界气压或温度对采集信号的影响。
为了实现上述目的，本实用新型提供的一种基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置，包括双腔体外壳、与双腔外壳连通的导液管和电气管、以及设置在双腔外壳内部的扩散硅压敏芯体和主板；
所述双腔体外壳包括第一腔体、隔断板和第二腔体；所述隔断板中间设置定位孔，所述第一腔体与第二腔体通过所述定位孔连通；所述导液管与第一腔体连通；所述电气管与第二腔体连通；所述扩散硅压敏芯体设置在定位孔中，且扩散硅压敏芯体的受力面与第一腔体连通；扩散硅压敏芯体的信号接口连接在主板上；所述主板位于第二腔体中，固定在隔断板上。
进一步优选的，所述扩散硅压敏芯体外周套设密封胶圈，所述密封胶圈卡设在定位孔中。
进一步优选的，所述双腔体外壳的顶部设置排气阀，所述排气阀与双腔体外壳可拆卸安装，所述排气阀内部嵌有防水橡胶圈。
进一步优选的，所述双腔体外壳的左右两侧对应高度处，对应安装一个导液管。
进一步优选的，所述双腔体外壳的前侧壳体为可拆卸观察维修窗，所述可拆卸观察维修窗与双腔体外壳的主体之间，设有防水橡胶圈。
进一步优选的，所述双腔体外壳的后侧壳体为可拆卸背板，所述可拆卸背板与双腔体外壳的主体之间，设有防水橡胶圈。
进一步优选的，还包括安装支架；所述安装支架设置在双腔体外壳的底部。
进一步优选的，所述双腔体外壳的前侧壳体外侧可拆卸安装铭牌标识。
本申请还提供一种沉降测量系统，包括多个串联连接的上述基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置，还包括数据采集箱；其中，一个沉降数据采集装置设置在基准点，其他沉降数据采集装置设置在监测点；位于基准点的沉降数据采集装置的导液管连接储液罐的下端，电气管连接储液罐的上端和数据采集箱；位于末端监测点的沉降数据采集装置导液管和电气管末端封闭。
本申请公开的基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置：
1、采用双腔体结构，在进行敏感信号采集的同时，同步实现采集信号的传输，结构简单，便于实施，减少外界气压或温度对采集信号的影响。
2、设置电气管将通气管和通信线孔集为一体的设计，较现有产品，增加了其安装的便捷程度。
3、采用了内压自平衡系统，系统可以保持气腔内的压强保持恒定，保证装置测量的准确性。
4、本装置的外壳材料为航空铝，且对表面阳极化处理，在安装使用过程中，装置外部另设有金属保护装置，使装置具有极高的安全性，可进行长时间的监测。
附图说明
图1为本实用新型的基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置的结构示意图。
图2为本实用新型提供的沉降测量系统的连接结构示意图。
图中：
1、双腔体外壳；101、第一腔体；102、隔断板；103、第二腔体；2、铭牌；3、观察维修窗体；4、背板；5、排气阀；6、导液管；7、电气管；8、安装支板；9、扩散硅压敏芯体；10、主板；11、密封胶圈；12、数据采集箱；13、储液罐；
A、基准点；B、监测点。
具体实施方式
以下通过附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1所示，本实用新型一方面实施例提供的一种基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置，包括双腔体外壳1、与双腔外壳连通的导液管6和电气管7、以及设置在双腔外壳内部的扩散硅压敏芯体9和主板10；双腔体外壳为航空级铝合金氧化外壳，整体呈现出八边形的形状。
其中，双腔体外壳1包括第一腔体101、隔断板102和第二腔体103；隔断板102中间设置定位孔，第一腔体101与第二腔体103通过定位孔连通；
导液管6与第一腔体连通；扩散硅压敏芯体9设置在定位孔中，且扩散硅压敏芯体9的受力面与第一腔体连通；进一步，扩散硅压敏芯体9外周套设密封胶圈11，所述密封胶圈11卡设在定位孔中。
扩散硅压敏芯体9的信号接口连接在主板10上；所述主板10位于第二腔体中，固定在隔断板上。所述电气管7与第二腔体103连通；安装时首先在双腔体外壳上设置电气孔，将电气管7固定在电气孔处；实现电气管7与双腔体外壳的连接；电气孔将通气孔与通信线孔集为一体，用于安装内置通气管的特殊线缆，增加了装置安装时的便捷程度。
所述双腔体外壳1的顶部通过螺纹连接排气阀5，所述排气阀5与双腔体外壳1可拆卸安装，所述排气阀5内部嵌有防水橡胶圈。排气阀的出气孔与第一腔体101连通。
双腔体外壳1的左右两侧对应高度处，分别对应设置一个导液孔，导液孔用于安装导液管6。导液管用于使监测点的液体，流入第一腔体101。
所述双腔体外壳1的前侧壳体为可拆卸观察维修窗3，所述可拆卸观察维修窗3与双腔体外壳1的主体之间，所述可拆卸观察维修窗为透明材质制作而成设有防水橡胶圈。所述的观察维修窗体设置于所述铭牌之下，可通过观察维修窗体对所述装置主体内部进行观察和维修。所述观察维修窗体与所述装置主体通过内六角螺丝相连接。
所述双腔体外壳1的后侧壳体为可拆卸背板4，所述可拆卸背板4与双腔体外壳1的主体之间，设有防水橡胶圈。
还包括安装支板8；所述安装支架设置在双腔体外壳1的底部。
进一步优选的，所述双腔体外壳1的前侧壳体外侧可拆卸安装铭牌2标识。铭牌用于刻印该装置的编号、责任单位，责任人等信息。
基于扩散硅压敏传感原理的沉降数据采集装置其测量原理是基于连通器原理，使用时要连接储液罐，利用导液管将液体引入第一腔体，利用扩散硅压敏芯体9产生压变，主板10将压变信号转换为电信号发送至数据采集箱进行换算。
本申请还提供一种沉降测量系统，包括多个串联连接的上述基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置，还包括数据采集箱；其中，一个沉降数据采集装置设置在基准点A；其他沉降数据采集装置设置在监测点B；位于基准点的沉降数据采集装置的导液管连接储液罐的下端，电气管连接储液罐的上端和数据采集箱；位于末端监测点的沉降数据采集装置导液管和电气管末端封闭。
在一些铁路、地铁、高铁的监测任务中，在列车运行时，会使得局部空气流动，导致储液罐内空气压强有降低的趋势，最终使得液面产生上升的趋势，导致在一段长时间后装置内腔出现少量空气而影响测量精度，列车经过监测点附近时，使得监测点下沉，导致储液罐内液面上升；列车驶过监测点后，使得监测点上抬，导致储液罐内液面下降。列车瞬间通过，会使储液罐液面产生上下震动而导致监测产品内部测压腔体压力变化波动，列车经过基准点时，对基准点造成以上这两种影响，会传递给监测点相反的作用。为解决该问题，基于扩散硅压敏传感原理的沉降数据采集装置的导液管与储液罐的下端相连，另一根通气管与储液罐上端连接形成内压自平衡系统，有效的消除了大气压对系统产生的影响。
在使用过程中只测量单一点位的数值是不足以说明沉降变化的，因此需要通过测量若干个相互连通的安装于被测量点储液罐液面高度与测量基点液罐液面高度的相对变化，从而反推出各个储液罐安装位置相对位置沉降变化。在整个系统中，所有各测点的垂直位移均会由各装置测得的静水压力数值所反映出来，储液罐的液位变化由相对于基准点的数值变化所抵消，基准点的垂直位移则是相对恒定的或者是可用其他方式准确确定，由此可以精确计算出系统各测点的沉降变化量。其原理图如图2所示，计算方式采用现有技术的常用计算方法如下。
监测点：
初始测量值-当前测量值＝沉降变化值
形变量计算：
沉降变化值-基准点测量值＝最终形变值
地基沉降是一个缓慢的过程，在任何较短的时期储液罐液面的变化都会非常微细，这对传感器的实时性、精密性提出了极高要求。另外，由于装置是户外安装，传感器的温度系数、防水性、防雷击都是关键技术，因此，装置的安装尺寸和易更换性也是重要的技术指标。
数据采集箱获取每一个监测点以及基准点的主板的数据，因此数据采集箱可以采用通用的设置单片机处理器、串行接口或CAN总线接口等通信形式将多个监测点以及基准点的数据进行同步处理。显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置，其特征在于，包括双腔体外壳、与双腔外壳连通的导液管和电气管、以及设置在双腔外壳内部的扩散硅压敏芯体和主板；
所述双腔体外壳包括第一腔体、隔断板和第二腔体；所述隔断板中间设置定位孔，所述第一腔体与第二腔体通过所述定位孔连通；所述导液管与第一腔体连通；所述电气管与第二腔体连通；所述扩散硅压敏芯体设置在定位孔中，且扩散硅压敏芯体的受力面与第一腔体连通；扩散硅压敏芯体的信号接口连接在主板上；所述主板位于第二腔体中，固定在隔断板上。
2.根据权利要求1所述的基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置，其特征在于，所述扩散硅压敏芯体外周套设密封胶圈，所述密封胶圈卡设在定位孔中。
3.根据权利要求1所述的基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置，其特征在于，所述双腔体外壳的顶部设置排气阀，所述排气阀与双腔体外壳可拆卸安装，所述排气阀内部嵌有防水橡胶圈。
4.根据权利要求1所述的基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置，其特征在于，所述双腔体外壳的左右两侧对应高度处，对应安装一个导液管。
5.根据权利要求1所述的基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置，其特征在于，所述双腔体外壳的前侧壳体为可拆卸观察维修窗，所述可拆卸观察维修窗与双腔体外壳的主体之间，设有防水橡胶圈。
6.根据权利要求5所述的基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置，其特征在于，所述可拆卸观察维修窗为透明材质制作而成。
7.根据权利要求1所述的基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置，其特征在于，所述双腔体外壳的后侧壳体为可拆卸背板，所述可拆卸背板与双腔体外壳的主体之间，设有防水橡胶圈。
8.根据权利要求1所述的基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置，其特征在于，还包括安装支架；所述安装支架设置在双腔体外壳的底部。
9.根据权利要求1所述的基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置，其特征在于，所述双腔体外壳的前侧壳体外侧可拆卸安装铭牌标识。
10.一种沉降测量系统，其特征在于，包括多个串联连接的上述权利要求1-9中任意一项所述的基于扩散硅压敏传感的沉降数据采集装置，还包括数据采集箱；其中，一个沉降数据采集装置设置在基准点；其他沉降数据采集装置设置在监测点；位于基准点的沉降数据采集装置的导液管连接储液罐的下端，电气管连接储液罐的上端和数据采集箱；位于末端监测点的沉降数据采集装置导液管和电气管末端封闭。
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