一种模块化的热桥式冲淤深度传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种模块化的热桥式冲淤深度传感器，包括航空插头母头、导线槽、温度采集芯片、加热模块、传感器外壳、前端横隔板、后端横隔板、航空插头公头和密封橡胶法兰；传感器外壳为截面形状为圆弧形的长条铝型材，两个端头设置插接用的防水航空插头，安装时可以将多个相同的传感器连接起来，共同完成测量。本发明专利技术在传感器外壳内部安装多个传感单元，每个传感单元包括一个加热模块和两个温度采集芯片，由于两个温度采集芯片和加热模块之间的距离不同，其探测到的温度差异会随加热时间、传感器所处水土环境的不同而发生改变，通过解读出传感器安装位置的水土环境，从而测出水工结构在冲淤环境下水土分界面的高度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水工结构中淤泥冲刷和淤积深度的测量装置，特别是一种模块化的热桥式冲淤深度传感器。
技术介绍
在水利、取排水、海河岸堤坝防护、桥梁、海洋平台等工程中，水流的冲刷对结构造成破坏的现象相当普遍。结构物地基往往由于水流的冲蚀而使得其强度降低，给结构物的安全带来隐患。因为水流的冲刷都在水下，一般很难及时发现，而结构物一旦由于冲刷产生破坏时，往往导致都是诸如垮塌等恶性事故，危及广大人民群众的财产和生命安全。然而，冲刷现象容易发生的实际现场环境往往十分恶劣，不易安装传统意义上的传感器。林咏彬等人开发一种基于光纤光栅的冲刷传感器，其利用光纤光栅监测动水压对悬臂圆盘的作用，当传感器被土掩埋时，信号基本为一常值；当土层被冲刷，传感器进入水层时，由于动水压力会使传感器感知其应变上下波动，从而得知土层厚度变化。但是该传感器基于对动水压力的监测，仅适用于水流速率较大时；同时这种传感器受探头数量限制，容易受到水下紊流和水下土体输移的干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种模块化的热桥式冲淤深度传感器，解决现有冲淤深度传感器存在的耐久性差，安装工艺复杂，不同类型的水工结构需要定制传感器等问题。实现本专利技术目的的技术方案为：一种模块化的热桥式冲淤深度传感器，该传感器包括航空插头母头、导线槽、温度采集芯片、加热模块、传感器外壳、前端横隔板、后端横隔板、航空插头公头和密封橡胶法兰；传感器外壳分别与前端横隔板和后端横隔板密闭连接，形成腔体；前端横隔板上安装三个航空插头母头，后端横隔板上安装三个航空插头公头；传感器外壳内侧安装三个导线槽；所述导线槽用于安装导线，所述导线用于连接航空插头母头与对应的航空插头公头，其中两根导线上均并联有并联温度采集芯片，另一根导线上并联加热模块，每两个温度采集芯片和一个加热模块构成一个传感单元，并排设置在与导线槽方向垂直的直线上；所述加热模块用于向外界环境产生热量，两个温度传感器用于采集经外界环境散失后剩余热量，根据外界环境散热能力的不同确定外界环境；所述传感器外壳前端部分的内尺寸与后端部分的外尺寸相同，所述密封橡胶法兰设置在前端横隔板上，用于与相邻传感器的传感器外壳后端部分密闭对接；所述传感器外壳前端部分和后端部分分别设置有注胶孔和螺纹注胶孔，用于两个传感器前后端部分的注胶和对接固定。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)本专利技术的测量原理简单可靠：本专利技术的传感器会感应到环境温度的变化，通过传感器内的温度采集芯片所得的温度数据变化参数，可以确定传感器在水体中、土体还是在空气中，最终确定泥面位置和水面位置；这种监测方法，不受水流变化等因素干扰，数据精确稳定；(2)本专利技术的传感装置制作工艺简单，安装方便，特别适合在钢管桩上使用，避免传统传感器需要另外打桩的麻烦，有广阔的应用前景和良好的经济效益；(3)本专利技术的测试精度高，其测试精度可达0.2m，并且可以根据具体要求改变精度，其精度主要可以通过改变传感器单元的数量以及间距大小实现；(4)本专利技术无需对安装位置进行限制，只要确保监测时至少有两个不同深度的传感器分别在水体和土体中即可确定泥面位置；(5)本专利技术的传感器单元具有独立性，单个传感器单元的损坏不会影响到其他单元的正常工作，降低故障发生的概率；(6)本专利技术可对多个监测点同时进行冲刷监测，可按照监测需求，在多个监测点安装本专利技术的传感器，实现区域性整体冲刷监测；(7)本专利技术模块化设计，安装工艺简单，现场操作灵活度高，可以单元长度的形式任意增加或减少传感器单元数量，不受现场冲淤深度的范围所限制量程，无需单独定制，易实现工业化生产。(8)本专利技术拼接后整体表面光滑，没有突出部分，易于随桩下沉入土。防水性能好，适合在水下长期工作。附图说明图1(a)是本专利技术传感器前端结构俯视图，图1(b)是传感器后端结构俯视图；图1(c)是传感器截面剖视图，图1(d)是传感器前端左视图，图1(e)是传感器后端右视图。图2是本专利技术相邻两个传感器安装拼接示意图。图3是本专利技术传感器安装在钢管桩上的示意图。具体实施方式针对现有传感器本身及其安装工艺上的不足和难点，本专利技术提出一种可模块化安装的热桥式冲淤深度传感器，解决现有冲淤深度传感器存在的耐久性差，安装工艺复杂，不同类型的水工结构需要定制传感器等问题。在保证结构稳定性的前提下，使用可插接式的设计，可以针对不同的水工结构，随意调整拼接长度，简化安装工艺，提高传感器的使用可靠性。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。结合图1(a)～图1(e)，一种模块化的热桥式冲淤深度传感器，该传感器202包括航空插头母头101、导线槽103、温度采集芯片104、加热模块105、传感器外壳106、前端横隔板107、后端横隔板113、航空插头公头108和密封橡胶法兰109；传感器外壳106分别与前端横隔板107和后端横隔板113密闭连接，形成腔体；前端横隔板107上安装三个航空插头母头101，后端横隔板113上安装三个航空插头公头108；传感器外壳106内侧安装三个导线槽103；所述导线槽用于安装导线，所述导线用于连接航空插头母头101与对应的航空插头公头108，其中两根导线上均并联有并联温度采集芯片104，另一根导线上并联加热模块105，每两个温度采集芯片104和一个加热模块105构成一个传感单元，并排设置在与导线槽方向垂直的直线上；所述加热模块用于向外界环境产生热量，两个温度传感器用于采集经外界环境散失后剩余热量，根据外界环境散热能力的不同确定外界环境；如图2所示，所述传感器外壳106前端部分的内尺寸与后端部分的外尺寸相同，所述密封橡胶法兰109设置在前端横隔板107上，用于与相邻传感器的传感器外壳后端部分密闭对接；所述传感器外壳106前端部分和后端部分分别设置有注胶孔110和螺纹注胶孔111，两者在安装对接时互相重合，用于两个传感器前后端部分的注胶和对接固定。进一步的，传感器内部腔体通过三个纵隔板102隔离，构成五个独立子腔体，每个传感单元的两个温度采集芯片104和一个加热模块105分别设置在中间三个子腔体内，加热模块105放置在中间三个子腔体中靠边的一个子腔体内，保持每行的一个发热块和两个温度采集芯片在同一平行位置。进一步的，传感器外壳106的顶部为圆弧形结构。进一步的，传感器外壳106为铝合金型材。进一步的，传感器外壳106两侧分别安装有安装耳112，用于将传感器固定在外部结构上。本专利技术模块化的热桥式冲淤深度传感器的制作方法包括以下几个步骤：步骤1，在传感器外壳106内安装纵隔板102和导线槽103；步骤2，在传感器外壳106端部安装前端横隔板107和后端横隔板113，前端横隔板107和后端横隔板113上安装航空插头母头101和航空插头公头108；步骤3，安装温度采集芯片108和加热模块105；步骤4，将导线从每个温度采集芯片108和加热模块105上引出，并联焊接至航空插头母头101和航空插头公头108；步骤5，在传感器外壳106内空余位置填充隔热材料；步骤6，将传感器外壳106端部密封，并安装密封橡胶法兰109；步骤7，在传感器外壳106的前后端部分别开注胶孔110和螺纹注胶孔111；步骤8，在传感器外壳106上隔一定距离加工安装耳112。本专利技术的工作原理和使用方法如下：加热模块10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化的热桥式冲淤深度传感器，其特征在于，该传感器(202)包括航空插头母头(101)、导线槽(103)、温度采集芯片(104)、加热模块(105)、传感器外壳(106)、前端横隔板(107)、后端横隔板(113)、航空插头公头(108)和密封橡胶法兰(109)；传感器外壳(106)分别与前端横隔板(107)和后端横隔板(113)密闭连接，形成腔体；前端横隔板(107)上安装三个航空插头母头(101)，后端横隔板(113)上安装三个航空插头公头(108)；传感器外壳(106)内侧安装三个导线槽(103)；所述导线槽用于安装导线，所述导线用于连接航空插头母头(101)与对应的航空插头公头(108)，其中两根导线上均并联有并联温度采集芯片(104)，另一根导线上并联加热模块(105)，每两个温度采集芯片(104)和一个加热模块(105)构成一个传感单元，并排设置在与导线槽方向垂直的直线上；所述加热模块用于向外界环境产生热量，两个温度传感器用于采集经外界环境散失后剩余热量，根据外界环境散热能力的不同确定外界环境；所述传感器外壳(106)前端部分的内尺寸与后端部分的外尺寸相同，所述密封橡胶法兰(109)设置在前端横隔板(107)上，用于与相邻传感器的传感器外壳后端部分密闭对接；所述传感器外壳(106)前端部分和后端部分分别设置有注胶孔(110)和螺纹注胶孔(111)，用于两个传感器前后端部分的注胶和对接固定。...

【技术特征摘要】
1.一种模块化的热桥式冲淤深度传感器，其特征在于，该传感器(202)包括航空插头母头(101)、导线槽(103)、温度采集芯片(104)、加热模块(105)、传感器外壳(106)、前端横隔板(107)、后端横隔板(113)、航空插头公头(108)和密封橡胶法兰(109)；传感器外壳(106)分别与前端横隔板(107)和后端横隔板(113)密闭连接，形成腔体；前端横隔板(107)上安装三个航空插头母头(101)，后端横隔板(113)上安装三个航空插头公头(108)；传感器外壳(106)内侧安装三个导线槽(103)；所述导线槽用于安装导线，所述导线用于连接航空插头母头(101)与对应的航空插头公头(108)，其中两根导线上均并联有并联温度采集芯片(104)，另一根导线上并联加热模块(105)，每两个温度采集芯片(104)和一个加热模块(105)构成一个传感单元，并排设置在与导线槽方向垂直的直线上；所述加热模块用于向外界环境产生热量，两个温度传感器用于采集经外界环境散失后剩余热量，根据外界环境散热能...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁勇，周凯笛，张昊，刘康康，蔡武达，杨叶，张涵宇，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32