專利名稱：一種凍土自動(dòng)觀測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凍土的自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)裝置，特別是涉及一種通過凍土傳感器的凍結(jié)狀態(tài)，利用機(jī)械手模仿產(chǎn)生人手摸測(cè)的力度，對(duì)所測(cè)凍土深度進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)的裝置。
背景技術(shù)：
以往，對(duì)“凍土深度”的觀測(cè)，一般采用人工觀測(cè)方式，需要將置于深達(dá)3—5米處土層的注水硅膠管，用人工手提到地面之上，再用人工逐段捏掐管的硬度來判別管中的水是否結(jié)冰，以此確定地下土壤的凍結(jié)深度；該觀測(cè)方式不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且硅膠管的深度標(biāo)尺隨管中水的結(jié)冰而伸長(zhǎng)，給觀測(cè)結(jié)果帶來標(biāo)尺誤差；還會(huì)因觀測(cè)人員對(duì)膠管軟硬的感知程度不同，導(dǎo)致對(duì)“凍結(jié)”的判斷不同，造成觀測(cè)結(jié)果的不一致。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為解決已有技術(shù)存在的技術(shù)問題，提出一種采用機(jī)電結(jié)合方式，以“仿生機(jī)械手自動(dòng)摸測(cè)”、“棘輪棘爪內(nèi)管自動(dòng)提升和回放”、“輪式
厘米計(jì)數(shù)”為核心技術(shù)的一種凍土深度自動(dòng)觀測(cè)裝置。解決已有技術(shù)采取的方案是，凍土自動(dòng)觀測(cè)裝置，包括鋼繩導(dǎo)向滑輪、鋼繩、定程繩輪、感應(yīng)金屬圈、傳感器、配重金屬柱、觀測(cè)窗、零位接近開關(guān)、定指觸頭、動(dòng)指觸頭、力度彈簧、凍結(jié)感應(yīng)接近開關(guān)、機(jī)械手傳動(dòng)凸輪、推動(dòng)電磁鐵、推動(dòng)連桿、步進(jìn)棘輪、雙向棘爪、提升電磁鐵、下降電磁鐵、距離感應(yīng)接近開關(guān)及滑動(dòng)軸，由定指觸頭、動(dòng)指觸頭、力度彈簧、直線軸承及滑動(dòng)軸組成機(jī)械手，滑動(dòng)軸上安裝有凍結(jié)感應(yīng)接近開關(guān)，凍結(jié)感應(yīng)接近開關(guān)用于接收傳感器的凍結(jié)信號(hào)；機(jī)械手傳動(dòng)凸輪由電磁鐵控制機(jī)械手滑動(dòng)軸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；雙向棘爪由提升電磁鐵和下降電磁鐵驅(qū)動(dòng)，完成步進(jìn)棘輪正反向動(dòng)作，推動(dòng)連桿帶動(dòng)步進(jìn)棘輪和定程繩輪轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)步進(jìn)棘輪走一步，帶動(dòng)定程繩輪走一步，每步為一厘米，完成提升鋼繩的收放動(dòng)作，并帶動(dòng)傳感器上下移動(dòng)。本發(fā)明的有益效果是一是，采用機(jī)械手摸測(cè)對(duì)內(nèi)管凍結(jié)狀態(tài)的感知是由可調(diào)定的機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和動(dòng)做所決定的，而不因時(shí)間而變化、不因環(huán)境所改變；因此，感知度的一致性、穩(wěn)定性得到了根本保證；二是，其室外主要機(jī)械零件均采用不銹鋼等防銹材料加工制作，并選用低溫電子設(shè)備，使得該設(shè)備的適用范圍可以到低溫可達(dá)到-50°C，應(yīng)用范圍寬；三是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠全套提升和摸測(cè)伺服系統(tǒng)采用一個(gè)電動(dòng)機(jī)做驅(qū)動(dòng)，配合精準(zhǔn)；四是，具有自動(dòng)觀測(cè)的定時(shí)開機(jī)、內(nèi)管提升、機(jī)械手摸測(cè)、內(nèi)管復(fù)位、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、關(guān)機(jī)等動(dòng)作全部自動(dòng)運(yùn)行，整個(gè)凍融期間無需人工干預(yù)，當(dāng)伺服機(jī)構(gòu)的提升、測(cè)量等部件發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)有完善的故障部位、處理方法等提示、告警；五是，本發(fā)明的測(cè)量機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有可開啟的透明“觀察窗口”和可手搖轉(zhuǎn)動(dòng)的“升降手柄”，當(dāng)停電或伺服機(jī)構(gòu)發(fā)生故障，自動(dòng)觀測(cè)無法進(jìn)行時(shí)，可打開“觀察窗口”，用單手轉(zhuǎn)動(dòng)“升降手柄”，提升凍土器內(nèi)管，另一只手指伸到窗口里面摸測(cè)內(nèi)管的凍結(jié)狀態(tài)，將摸測(cè)結(jié)果作為該觀測(cè)時(shí)次的“人工補(bǔ)測(cè)”記錄，避免造成凍土深度觀測(cè)記錄的缺測(cè)。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中所示傳感器保護(hù)管I、鋼繩導(dǎo)向滑輪2、鋼繩3、定程繩輪4、感應(yīng)金屬圈5、傳感器6、配重金屬柱7、觀測(cè)窗8、零位接近開關(guān)9、定指觸頭10、動(dòng)指觸頭11、力度彈簧12、凍結(jié)感應(yīng)接近開關(guān)13、機(jī)械手傳動(dòng)凸輪14、推動(dòng)電磁鐵15、減速電機(jī)16、主傳動(dòng)軸17、推動(dòng)連桿18、步進(jìn)棘輪19、雙向棘爪20、提升電磁鐵21、下降電磁鐵22、距離感應(yīng)接近開關(guān)23、滑動(dòng)軸24、直線軸承套25、密封箱體26。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式 本發(fā)明有室外觀測(cè)部分和室內(nèi)采集終端處理存儲(chǔ)部分，室內(nèi)外通過通訊電纜連接。室外部分包括安裝在地面以下的凍土傳感器6，傳感器由灌滿水的硅膠管組成，在硅膠管上方 安裝的感應(yīng)金屬圈5及在下方安裝的配重金屬柱7組成，傳感器6上方鏈接在鋼繩3上；感應(yīng)金屬圈5套在傳感器6上，傳感器6在傳感器保護(hù)管I的里面。配重金屬柱7用于配重，同時(shí)也是傳感器底部的感應(yīng)圈。內(nèi)部的動(dòng)力傳動(dòng)由減速電機(jī)16、主傳動(dòng)軸17、機(jī)械手傳動(dòng)凸輪14和推動(dòng)連桿18組成，機(jī)械手由定指觸頭10、動(dòng)指觸頭11、力度彈簧12、直線軸承25及滑動(dòng)軸24組成，滑動(dòng)軸24上安裝有凍結(jié)感應(yīng)接近開關(guān)13，凍結(jié)感應(yīng)接近開關(guān)用于接收傳感器的凍結(jié)信號(hào)，定指觸頭和動(dòng)指觸頭安裝在觀測(cè)窗8內(nèi)，機(jī)械手傳動(dòng)凸輪14由電磁鐵15控制機(jī)械手滑動(dòng)軸24的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)連桿18帶動(dòng)步進(jìn)棘輪19和定程繩輪4轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)步進(jìn)棘輪19走一步,帶動(dòng)定程繩輪4走一步，每步為一厘米，雙向棘爪20由提升電磁鐵21和下降電磁鐵22驅(qū)動(dòng)，完成步進(jìn)棘輪19正反向動(dòng)作，同時(shí)完成提升鋼繩3的收放動(dòng)作，帶動(dòng)傳感器6上下移動(dòng)。定程繩輪3可以通過手動(dòng)動(dòng)作完成手動(dòng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行人工觀測(cè)，在推動(dòng)連桿下方安裝有厘米感應(yīng)接近開關(guān)23，用于記錄鋼繩收放距離，在觀測(cè)窗下方安裝有零位接近開關(guān)9，用于確定傳感器零位位置，觀測(cè)窗上方安裝有傳感器保護(hù)管I和鋼繩導(dǎo)向滑輪2，密封箱體26安裝在具有四只腿的支架上，密封箱體26的下方安裝有控制盒。室內(nèi)部分由終端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，室內(nèi)外通過電纜連接。室外自動(dòng)觀測(cè)部分
室外部分密封箱體包括安裝在內(nèi)部的減速電機(jī)、主傳動(dòng)軸、機(jī)械手傳動(dòng)凸輪、推動(dòng)連桿、推動(dòng)電磁鐵組成。減速電機(jī)提供系統(tǒng)動(dòng)作的所有動(dòng)力，機(jī)械手傳動(dòng)凸輪可以在主傳動(dòng)軸上滑動(dòng)，其動(dòng)作由推動(dòng)電磁鐵，完成機(jī)械手的動(dòng)作控制，通過推動(dòng)連桿將動(dòng)力輸出到雙向棘爪，完成步進(jìn)棘輪的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。步進(jìn)棘輪帶動(dòng)定程繩輪的旋轉(zhuǎn)，完成收放鋼繩的動(dòng)作，其動(dòng)作方向分別由電磁鐵驅(qū)動(dòng)雙向棘爪進(jìn)行控制，同時(shí)帶動(dòng)定程繩輪旋轉(zhuǎn)，在雙向棘爪推動(dòng)連桿下方安裝有厘米接近開關(guān)，用于發(fā)出步進(jìn)厘米信號(hào)，雙向棘輪可以通過手動(dòng)輪動(dòng)作完成手動(dòng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行人工觀測(cè)。機(jī)械手由直線軸承、滑動(dòng)軸、力度彈簧、動(dòng)指觸頭、定指觸頭組成，在滑動(dòng)軸上安裝有凍結(jié)信號(hào)接近開關(guān)，定指觸頭和動(dòng)指觸頭安裝在觀測(cè)窗內(nèi)，觀測(cè)窗具有可以開啟的密封蓋，在觀測(cè)窗下方安裝有位置接近開關(guān)，用于確定傳感器零位，機(jī)械手自動(dòng)摸測(cè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其莫測(cè)力度可調(diào)，可以完成傳感器凍結(jié)狀態(tài)的自動(dòng)測(cè)定。觀測(cè)窗上方安裝有傳感器保護(hù)管和鋼繩導(dǎo)向滑輪，密封箱體安裝在具有四只腿的支架上，密封箱體的下方安裝有密封控制盒。室內(nèi)資料存儲(chǔ)部分
王要由PCL控制器來完成控制電機(jī)上電、電磁鐵動(dòng)作、內(nèi)管升降系統(tǒng)動(dòng)作等功能，完成各項(xiàng)控制任務(wù)。對(duì)觀測(cè)時(shí)序、內(nèi)管升降系統(tǒng)、機(jī)械手進(jìn)行自動(dòng)控制，進(jìn)行凍土深度自動(dòng)觀測(cè)記錄的整理、存儲(chǔ)、顯示、傳輸，室內(nèi)電源提供各系統(tǒng)的交直流電源，電纜用來連接室內(nèi)和室外部分，進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的傳輸。操作過程
當(dāng)監(jiān)控器時(shí)鐘到達(dá)預(yù)制好的觀測(cè)時(shí)間或啟動(dòng)隨機(jī)觀測(cè)功能時(shí)，系統(tǒng)開始工作，室外執(zhí)行電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，上升電磁鐵動(dòng)作，帶動(dòng)步進(jìn)棘輪以及定程繩輪動(dòng)作，執(zhí)行收繩操作，傳感器內(nèi)管上升，同時(shí)厘米信號(hào)開關(guān)工作，發(fā)出厘米信號(hào)，每動(dòng)作一步為一厘米，安裝在系統(tǒng)原始零位的接近開關(guān)判斷內(nèi)管的零厘米是否到達(dá)機(jī)械手觀測(cè)位置，如果到達(dá)，機(jī)械手開始動(dòng)作，對(duì)內(nèi)管進(jìn)行摸測(cè)，當(dāng)感應(yīng)到凍結(jié)狀態(tài)時(shí)，將凍結(jié)信號(hào)變成專用開關(guān)信號(hào)傳至室內(nèi)，同時(shí)記錄下當(dāng)時(shí)厘米數(shù)，未凍結(jié)沒有信號(hào)發(fā)出，在內(nèi)管上升摸測(cè)的同時(shí)，安裝在系統(tǒng)原始零位的接近開關(guān)判斷內(nèi)管下端是否到達(dá)，如果到達(dá)，下降電磁鐵動(dòng)作，帶動(dòng)步進(jìn)棘輪以及定程繩輪動(dòng)作，執(zhí)行放繩操作，凍土器內(nèi)管下降，當(dāng)內(nèi)管上端到達(dá)安裝在系統(tǒng)原始零位的接近開關(guān)時(shí)，控制器控制繼續(xù)放繩，使內(nèi)管零厘米放回到地面零厘米位置，觀測(cè)結(jié)束，控制器切斷室外系統(tǒng)電源，將測(cè)量數(shù)據(jù)保存并發(fā)送至上位機(jī)進(jìn)行顯示和記錄。
權(quán)利要求
1.一種凍土自動(dòng)觀測(cè)裝置，包括鋼繩導(dǎo)向滑輪、鋼繩、定程繩輪、感應(yīng)金屬圈、傳感器、重金屬柱、觀測(cè)窗、零位接近開關(guān)、定指觸頭、動(dòng)指觸頭、力度彈簧、凍結(jié)感應(yīng)接近開關(guān)、機(jī)械手傳動(dòng)凸輪、推動(dòng)電磁鐵、推動(dòng)連桿、步進(jìn)棘輪、雙向棘爪、提升電磁鐵、下降電磁鐵、距離感應(yīng)接近開關(guān)及滑動(dòng)軸，其特征在于由定指觸頭(10)、動(dòng)指觸頭(11)、力度彈簧(12)、直線軸承(25)及滑動(dòng)軸(24)組成機(jī)械手，滑動(dòng)軸(24)上安裝有凍結(jié)感應(yīng)接近開關(guān)(13)，凍結(jié)感應(yīng)接近開關(guān)用于接收傳感器的凍結(jié)信號(hào)；機(jī)械手傳動(dòng)凸輪(14)由電磁鐵(15)控制機(jī)械手滑動(dòng)軸(24)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；雙向棘爪(20)由提升電磁鐵(21)和下降電磁鐵(22)驅(qū)動(dòng)，完成步進(jìn)棘輪(19)正反向動(dòng)作，推動(dòng)連桿(18)帶動(dòng)步進(jìn)棘輪(19)和定程繩輪(4)轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)步進(jìn)棘輪(19)走一步，帶動(dòng)定程繩輪(4)走一步,每步為一厘米,完成提升鋼繩(3)的收放動(dòng)作。
全文摘要
凍土自動(dòng)觀測(cè)裝置，由定指觸頭、動(dòng)指觸頭、力度彈簧、直線軸承及滑動(dòng)軸組成機(jī)械手，滑動(dòng)軸上安裝有凍結(jié)感應(yīng)接近開關(guān)，凍結(jié)感應(yīng)接近開關(guān)用于接收傳感器的凍結(jié)信號(hào)；機(jī)械手傳動(dòng)凸輪由電磁鐵控制機(jī)械手滑動(dòng)軸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；雙向棘爪由提升電磁鐵和下降電磁鐵驅(qū)動(dòng)，完成步進(jìn)棘輪正反向動(dòng)作，推動(dòng)連桿帶動(dòng)步進(jìn)棘輪和定程繩輪轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)步進(jìn)棘輪走一步，帶動(dòng)定程繩輪走一步，每步為一厘米，完成提升鋼繩的收放動(dòng)作，并可帶動(dòng)傳感器上下移動(dòng)。采用步進(jìn)棘輪和雙向棘爪結(jié)構(gòu)，結(jié)合定程繩輪和厘米接近開關(guān)設(shè)計(jì)，保證了步進(jìn)厘米的精確度要求。
文檔編號(hào)G01B21/18GK102749057SQ201210262260
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者任德發(fā), 刁軍, 姚欣, 孫丘寧, 孫文良, 孫玉珍, 王毅達(dá), 董曉明, 郭威 申請(qǐng)人:沈陽新力新信息技術(shù)有限公司