[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于三維空間監(jiān)測(cè)的地壓傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410696083.2
• 申請(qǐng)日: 2014-11-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104614102A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜玉喜;董杰;楊永騰;楊鵬;屈茂芹
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東魯科自動(dòng)化技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01L1/22
• 分類(lèi)號(hào): G01L1/22
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地壓傳感器領(lǐng)域，具體是一種基于三維空間監(jiān)測(cè)的地壓傳感器。

背景技術(shù)

目前，在地壓監(jiān)測(cè)領(lǐng)域已廣泛采用各類(lèi)傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，目前采用的壓力傳感器主要存在以下問(wèn)題：1、無(wú)法做到真正的空間三維監(jiān)測(cè)。如公開(kāi)號(hào)：202033140U，公開(kāi)日：2011-11-09，名稱(chēng)為“三維應(yīng)力采集器”的實(shí)用新型技術(shù)方案，該技術(shù)方案只能實(shí)現(xiàn)對(duì)與金屬筒筒體長(zhǎng)度方向相垂直平面范圍內(nèi)來(lái)壓的監(jiān)測(cè)，無(wú)法做到對(duì)與金屬筒筒體相平行方向來(lái)壓的監(jiān)測(cè)，所以該技術(shù)方案主要針對(duì)某個(gè)或多個(gè)相互平行的平面范圍內(nèi)壓力的監(jiān)測(cè)，無(wú)法做到對(duì)上述平面垂直方向的來(lái)壓監(jiān)測(cè)。如果采用類(lèi)似上述技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維監(jiān)測(cè)，就必須在不同角度布置多個(gè)監(jiān)測(cè)裝置，多個(gè)監(jiān)測(cè)裝置相互配合才能完成三維監(jiān)測(cè)，這勢(shì)必會(huì)增加時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本，影響監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度。2、只能按照預(yù)定的來(lái)壓方向進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦來(lái)壓方向發(fā)生變化，無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)壓力變化。3、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)漂移大、回零差，系統(tǒng)穩(wěn)定工作性差。現(xiàn)有技術(shù)中往往為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精確，提高監(jiān)測(cè)敏感性，都會(huì)把應(yīng)變電阻、壓敏電阻等壓力感受部件布設(shè)于裝置的表面，這就導(dǎo)致上述部件很容易被土石擠壓破壞，很多裝置一次來(lái)壓以后就無(wú)法回零，嚴(yán)重影響監(jiān)測(cè)效果。4、現(xiàn)有技術(shù)中，壓力傳感器外形以方形、圓柱形為主，這些形狀安裝比較復(fù)雜，需要的安裝鉆孔直徑大，安裝成本高，而且這些形狀本身受力不合理，在外部高壓作用下，容易產(chǎn)生變形，甚至被壓壞。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是一種基于三維空間監(jiān)測(cè)的地壓傳感器，由橢圓形殼體、出線(xiàn)裝置、電路板和三個(gè)相互垂直的地壓監(jiān)測(cè)頭組成。橢圓形殼體上端設(shè)有出線(xiàn)裝置，出線(xiàn)裝置包括A0壓緊螺母、A0有孔墊、A0無(wú)孔墊、A0密封圈和聯(lián)通節(jié)，該裝置能夠有效保證泥、沙、水等物質(zhì)不會(huì)進(jìn)入到橢圓形殼體內(nèi)部，保證橢圓形殼體內(nèi)部器件安全，為其工作提供良好環(huán)境。在橢圓形殼體內(nèi)部設(shè)有電路板，該電路板的元器件采用貼片式，具有功耗低，體積小等優(yōu)點(diǎn)，采用高精度的電位器，保證數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)的精度和準(zhǔn)確性，減少監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)漂移。三個(gè)相互垂直的地壓監(jiān)測(cè)頭分別位于橢圓形殼體的下端和中部，能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)空間各方向來(lái)壓，并分別將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，然后將電信號(hào)傳輸給電路板進(jìn)行處理，經(jīng)電路板處理的信號(hào)傳輸給地面裝置。采用同時(shí)布置三個(gè)相互垂直的地壓監(jiān)測(cè)頭后，能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)三個(gè)方向的壓力，并且無(wú)需事先判斷來(lái)壓方向，在來(lái)壓方向突變的情況下仍能準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)壓力變化，并能夠判斷主要來(lái)壓方向。

作為改進(jìn)，地壓監(jiān)測(cè)頭由著力板、活塞、彈性體、應(yīng)變電阻片、鈣基脂、密封圈、油缸組成，其中著力板位于地壓監(jiān)測(cè)頭的最前端，并與活塞相連，彈性體與油缸組成一體為瓶蓋狀，活塞可以在油缸內(nèi)側(cè)自由移動(dòng)，鈣基脂位于活塞和彈性體之間，應(yīng)變電阻片貼附于彈性體外表面，密封圈環(huán)繞于活塞外表面。著力板負(fù)責(zé)采集來(lái)壓，并將壓力傳遞給與其相連的活塞，活塞在來(lái)壓的作用下會(huì)擠壓位于活塞和彈性體之間的鈣基脂，鈣基脂一方面可以起到潤(rùn)滑作用，減小活塞和油缸間的摩擦阻力，另一方面鈣基脂會(huì)把活塞傳遞過(guò)來(lái)的壓力均勻的傳遞給彈性體的內(nèi)表面，彈性體內(nèi)表面在鈣基脂的壓強(qiáng)作用下會(huì)產(chǎn)生均勻變形，而貼附于彈性體外表面的應(yīng)變電阻片也隨之會(huì)產(chǎn)生變形，并將這種變形轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳遞給電路板。密封圈位于活塞和油缸之間，能夠起到對(duì)鈣基脂的密封作用，并且不影響活塞相對(duì)于油缸的自由移動(dòng)，在來(lái)壓卸掉以后，在鈣基脂的回彈壓力作用下，活塞、著力板會(huì)自動(dòng)回復(fù)到初始位置，鈣基脂內(nèi)部壓強(qiáng)隨之消失，彈性體、應(yīng)變電阻片也會(huì)自動(dòng)回復(fù)到原位置。

作為改進(jìn)，應(yīng)變電阻片為圓形，圓形應(yīng)變電阻片具有受力均勻、避免出現(xiàn)應(yīng)力集中等優(yōu)點(diǎn)，能夠使本發(fā)明所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具備良好的線(xiàn)性變化，從而提高監(jiān)測(cè)精度，圓形應(yīng)變電阻片還具有容易貼合、工藝性好的特點(diǎn)。

作為改進(jìn)，橢圓形殼體外徑為50毫米。

本發(fā)明的有益效果是：

1、只用一個(gè)裝置就可以實(shí)現(xiàn)三維地壓監(jiān)測(cè)，由于本發(fā)明在三個(gè)相互垂直的方向上都布置了地壓監(jiān)測(cè)頭，能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)三個(gè)方向的壓力變化，并可以判斷主要來(lái)壓方向。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)大大簡(jiǎn)化了設(shè)備裝置，減少了設(shè)備成本，減少了安裝成本，降低了故障率。

2、無(wú)需事先判定來(lái)壓方向，在來(lái)壓方向突變的情況下，也能準(zhǔn)確檢測(cè)壓力變化，并能判斷主要來(lái)壓方向。

3、采用應(yīng)變電阻內(nèi)置處理，避免應(yīng)變電阻直接和土體接觸，有效保護(hù)了應(yīng)變電阻，延長(zhǎng)應(yīng)變電阻使用壽命。采用活塞式液壓裝置，一方面能夠保證來(lái)壓準(zhǔn)確的傳遞給應(yīng)變電阻，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)處壓力數(shù)據(jù)，另一方面，該裝置能夠在最大限度上避免出現(xiàn)卡阻問(wèn)題，使本發(fā)明能夠準(zhǔn)確回零，漂移小。