[發(fā)明專利]石窟凝結水環(huán)境監(jiān)測儀

無效

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• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102590009A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設計）人: 葉敦范;王西鋒;方云;胡學軍;韓超;陳潤明
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01N5/02
• 分類號: G01N5/02
• 代理公司: 武漢華旭知識產(chǎn)權事務所 42214
• 代理人: 江釗芳

技術領域

本發(fā)明涉及一種石窟凝結水環(huán)境監(jiān)測儀，具體地說是一種用于石窟文物環(huán)境的監(jiān)測，特別是用于研究石窟內雕像凝結水的形成，以及與溫度、濕度、時間等參數(shù)的相互關系的石窟凝結水環(huán)境監(jiān)測儀。

背景技術

近年來，根據(jù)石窟文物保護工作者的研究發(fā)現(xiàn)，凝結水是石窟文物雕像遭到嚴重風化的重要因素之一。據(jù)了解凝結水不僅可在巖石表面形成，而且水汽可通過與外界連通的孔隙網(wǎng)絡進入巖石內部在一定深度凝結，形成時間可先于巖石表面凝結水的形成時間，從而導致凝結面積大為增加，造成凝結水量較大；前者能引起巖石表面風化，而后者引起風化深度則更大，更具破壞性。同時其影響范圍較洞窟內滲(滴)水和洞窟外雨水沖刷更加廣泛。因此凝結水在雕像風化過程中有著不可忽視的作用。

在石窟文物保護中對防治雨水、洞窟滲水已有較為成熟的方法和措施，如：修建保護性窟檐，而對石窟表面凝結水的防治措施甚少。對石質洞窟文物表面凝結水的研究和防治，長期以來是國際性文物保護領域的一個重大難題。因其影響范圍大，對文物破壞嚴重，我國從20世紀五六十年就對此引起高度重視。但由于技術手段有限，凝結水對石質文物破壞力究竟有多大、應采取什么措施治理，始終沒有有效辦法。主要原因是沒有先進合適的測量裝置來準確的測定石窟雕像表面凝結水量，準確地掌握洞窟凝結水產(chǎn)生的規(guī)律，因此，其長期以來一直是世界文物界亟待解決卻又無力解決的重大難題。且直到目前為止，國內外市場上尚未有能夠精確測量石窟凝結水含量的儀器或設備。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有技術存在的問題，而提供一種為研究石窟凝結水的形成以及與環(huán)境參數(shù)之間的關系的石窟凝結水環(huán)境監(jiān)測儀，通過測試與研究為石窟文物保護制定與實施相關措施提供工程實驗上的參考依據(jù)。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的采用的技術方案是：提供一種石窟凝結水環(huán)境監(jiān)測儀，包括監(jiān)測儀系統(tǒng)和上位機系統(tǒng)，所述的監(jiān)測儀系統(tǒng)由監(jiān)測儀的機箱盒、箱盒蓋、鉸鏈、機箱提手和機箱盒內的電路模塊組成；所述的鉸鏈連接機箱盒與箱盒蓋，所述的機箱盒內安裝有電源模塊、溫度傳感器模塊，濕度傳感器模塊，凝結水稱重傳感器模塊，數(shù)據(jù)采樣模塊，中央處理模塊，時鐘模塊，液晶顯示模塊，數(shù)據(jù)存儲模塊，用戶控制接口模塊以及數(shù)據(jù)通信接口模塊，所述的各模塊集成在一塊電路板上；機箱盒上設有操作面板，操作面板上設有電源接口與開關，液晶顯示窗口，溫度、濕度、凝結水稱重監(jiān)測接口，外設真空泵控制接口，串口接口，還設有7個控制按鍵，SD卡插孔和散熱孔；所述的溫度、濕度、凝結水稱重監(jiān)測接口、外設真空泵控制接口均采用航空插頭與傳感器或真空泵連接；所述的上位機系統(tǒng)由通信接口模塊和計算機組成，監(jiān)測儀系統(tǒng)和上位機系統(tǒng)間通過串口接口連接。

本發(fā)明的石窟凝結水環(huán)境監(jiān)測儀采用模塊化的設計思想。本發(fā)明所述的機箱盒內安裝的中央處理模塊直接與電源模塊，數(shù)據(jù)采樣模塊，濕度傳感器模塊，時鐘模塊，液晶顯示模塊，數(shù)據(jù)存儲模塊，用戶控制接口模塊以及數(shù)據(jù)通信接口模塊相連接，中央處理模塊還間接與溫度傳感器模塊，稱重傳感器模塊相連接；所述的電源模塊為整個系統(tǒng)的正常工作提供能量保障；通過所述的稱重傳感器模塊、溫度傳感器模塊和濕度傳感器模塊分別監(jiān)測溫度、濕度和凝結水量；數(shù)據(jù)采集模塊用于將模擬檢測信號數(shù)字化；通過所述的中央處理模塊控制整個系統(tǒng)運行和處理數(shù)據(jù)；通過時鐘模塊記錄每次測量的具體時間；通過液晶顯示模塊顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)和具體相關操作界面；通過數(shù)據(jù)存儲模塊對測量數(shù)據(jù)進行存儲；通過用戶控制接口模塊對設備裝置實驗測量的具體操作；通過數(shù)據(jù)通信模塊實現(xiàn)儀器與計算機之間的通信。

所述的電源模塊采用低壓差線性穩(wěn)壓器LT1086CM系列，分別設有模擬電源為5V，數(shù)字電源有5V和3.3V電源。電源模塊為整個監(jiān)測儀系統(tǒng)的正常工作提供能量保障。

所述的溫度傳感器采用“三線制”的鉑電阻溫度傳感器PT1000，并以惠斯登電橋的方式高靈敏度地實現(xiàn)溫度的監(jiān)測；濕度傳感器采用溫濕度一體傳感器SHT75；凝結水稱重傳感器采用電阻應變式稱重傳感器；溫度傳感器和濕度傳感器各設計有3個通道，凝結水稱重傳感器設計有1個通道。

所述的數(shù)據(jù)采樣模塊采用橋式微小模擬信號轉換的24位A/D轉換芯片ADS1234，所述的中央處理模塊采用超低功耗的16位單片機MSP430f169，通過軟件編程代碼控制實現(xiàn)對稱重傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器信號的A/D采樣，并將采樣數(shù)據(jù)和相應的監(jiān)測時間自動存儲于系統(tǒng)的SD卡設備中，同時可通過液晶顯示模塊在操作面板上實時顯示。

所述的數(shù)據(jù)存儲模塊采用便攜的SD卡形式。采用SD卡方便攜帶大量實驗數(shù)據(jù)，以備后期數(shù)據(jù)分析與處理。