[实用新型]一种基于三维空间监测的地压传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于地压传感器领域，具体是一种基于三维空间监测的地压传感器。

背景技术

目前，在地压监测领域已广泛采用各类传感器进行监测，目前采用的压力传感器主要存在以下问题：1、无法做到真正的空间三维监测。如公开号：202033140U，公开日：2011-11-09，名称为“三维应力采集器”的实用新型技术方案，该技术方案只能实现对与金属筒筒体长度方向相垂直平面范围内来压的监测，无法做到对与金属筒筒体相平行方向来压的监测，所以该技术方案主要针对某个或多个相互平行的平面范围内压力的监测，无法做到对上述平面垂直方向的来压监测。如果采用类似上述技术实现三维监测，就必须在不同角度布置多个监测装置，多个监测装置相互配合才能完成三维监测，这势必会增加时间和经济成本，影响监测的准确度。2、只能按照预定的来压方向进行监测，一旦来压方向发生变化，无法及时准确的监测压力变化。3、监测数据漂移大、回零差，系统稳定工作性差。现有技术中往往为了实现监测数据精确，提高监测敏感性，都会把应变电阻、压敏电阻等压力感受部件布设于装置的表面，这就导致上述部件很容易被土石挤压破坏，很多装置一次来压以后就无法回零，严重影响监测效果。4、现有技术中，压力传感器外形以方形、圆柱形为主，这些形状安装比较复杂，需要的安装钻孔直径大，安装成本高，而且这些形状本身受力不合理，在外部高压作用下，容易产生变形，甚至被压坏。

发明内容

本实用新型是一种基于三维空间监测的地压传感器，由椭圆形壳体、出线装置、电路板和三个相互垂直的地压监测头组成。椭圆形壳体上端设有出线装置，出线装置包括压紧螺母、有孔垫、无孔垫、密封圈和联通节，该装置能够有效保证泥、沙、水等物质不会进入到椭圆形壳体内部，保证椭圆形壳体内部器件安全，为其工作提供良好环境。在椭圆形壳体内部设有电路板，该电路板的元器件采用贴片式，具有功耗低，体积小等优点，采用高精度的电位器，保证数据调节的精度和准确性，减少监测数据漂移。三个相互垂直的地压监测头分别位于椭圆形壳体的下端和中部，能够同时监测空间各方向来压，并分别将压力信号转化成电信号，然后将电信号传输给电路板进行处理，经电路板处理的信号传输给地面装置。采用同时布置三个相互垂直的地压监测头后，能够同时监测三个方向的压力，并且无需事先判断来压方向，在来压方向突变的情况下仍能准确的监测压力变化，并能够判断主要来压方向。

作为改进，地压监测头由着力板、活塞、弹性体、应变电阻片、钙基脂、密封圈、油缸组成，其中着力板位于地压监测头的最前端，并与活塞相连，弹性体与油缸组成一体为瓶盖状，活塞可以在油缸内侧自由移动，钙基脂位于活塞和弹性体之间，应变电阻片贴附于弹性体外表面，密封圈环绕于活塞外表面。着力板负责采集来压，并将压力传递给与其相连的活塞，活塞在来压的作用下会挤压位于活塞和弹性体之间的钙基脂，钙基脂一方面可以起到润滑作用，减小活塞和油缸间的摩擦阻力，另一方面钙基脂会把活塞传递过来的压力均匀的传递给弹性体的内表面，弹性体内表面在钙基脂的压强作用下会产生均匀变形，而贴附于弹性体外表面的应变电阻片也随之会产生变形，并将这种变形转化为电信号传递给电路板。密封圈位于活塞和油缸之间，能够起到对钙基脂的密封作用，并且不影响活塞相对于油缸的自由移动，在来压卸掉以后，在钙基脂的回弹压力作用下，活塞、着力板会自动回复到初始位置，钙基脂内部压强随之消失，弹性体、应变电阻片也会自动回复到原位置。

作为改进，应变电阻片为圆形，圆形应变电阻片具有受力均匀、避免出现应力集中等优点，能够使本实用新型所监测数据具备良好的线性变化，从而提高监测精度，圆形应变电阻片还具有容易贴合、工艺性好的特点。

作为改进，椭圆形壳体外径为50毫米。

本实用新型的有益效果是：

1、只用一个装置就可以实现三维地压监测，由于本实用新型在三个相互垂直的方向上都布置了地压监测头，能够同时监测三个方向的压力变化，并可以判断主要来压方向。本实用新型相对于现有技术大大简化了设备装置，减少了设备成本，减少了安装成本，降低了故障率。

2、无需事先判定来压方向，在来压方向突变的情况下，也能准确检测压力变化，并能判断主要来压方向。

3、采用应变电阻内置处理，避免应变电阻直接和土体接触，有效保护了应变电阻，延长应变电阻使用寿命。采用活塞式液压装置，一方面能够保证来压准确的传递给应变电阻，准确监测处压力数据，另一方面，该装置能够在最大限度上避免出现卡阻问题，使本实用新型能够准确回零，漂移小。