一種土壤中二氧化碳含量在線監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種土壤中二氧化碳含量在線監(jiān)測裝置，其由二氧化碳數(shù)據(jù)采集模塊和二氧化碳數(shù)據(jù)接收模塊組成，二氧化碳數(shù)據(jù)采集模塊包括內(nèi)殼體、外殼體和置于外殼體外部的GPRS天線；GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過連接線與單片機連接，并置于內(nèi)殼體內(nèi)部；二氧化碳含量變送器與防凝露裝置連接并置于內(nèi)殼體與外殼體之間，二氧化碳含量變送器通過導線與單片機連接。本發(fā)明采集到的數(shù)據(jù)無需現(xiàn)場顯示，直接通過GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊和GPRS天線無線傳輸，可實現(xiàn)無人值守的連續(xù)在線監(jiān)測。
【專利說明】一種土壤中二氧化碳含量在線監(jiān)測裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種土壤中二氧化碳含量在線監(jiān)測裝置。
【背景技術】
[0002]節(jié)能減排是當前我國政府工作目標之一，為了減少二氧化碳的排放，當前國際上最為快速的方法是碳捕集與封存技術(CCS技術)。即利用二氧化碳的捕集裝置，將發(fā)電廠、煤化工廠、水泥廠、鋼鐵廠等排放出的二氧化碳氣體捕集和液化之后，運輸并注入到開發(fā)后期的油田進行驅(qū)油(C02-E0R)并封存，或者注入到廢棄的油田進行封存。也可注入地下深部的鹽水層中進行地質(zhì)封存，并確保封存至少200年?1000年以上不泄露到地表及大氣中。為觀測、監(jiān)測和證實深部地下封存二氧化碳的安全性，即證實地質(zhì)封存的二氧化碳是否泄露，需要對地質(zhì)封存區(qū)及封存區(qū)附近地表土壤中的二氧化碳氣體含量進行實時在線監(jiān)測。建立地表土壤中不同深度的二氧化碳濃度平面分布圖，用于確定二氧化碳是否直接泄漏到地表、泄漏點在什么位置、泄漏量為多少等。一旦發(fā)現(xiàn)二氧化碳氣體泄漏，需要及時采取地下、地面等的補救措施。不然會造成人畜中毒、地表環(huán)境的災難，還造成二氧化碳捕集、運輸和封存工作前功盡棄，造成一定的經(jīng)濟損失和環(huán)境破壞。
[0003]目前使用的二氧化碳含量檢測儀器存在以下不足:(I)在潮濕環(huán)境中無法通過液晶顯示模塊讀取數(shù)據(jù)；(2)無法在溫度低于O攝氏度時使用；(3)檢測儀器防護等級一般在IP31或以下，沒有防水性能，在潮濕土壤中無法使用，而且需要有人值守操作。
[0004]由于考慮安全因素，二氧化碳地質(zhì)封存的區(qū)域及礦井一般選擇在偏遠地區(qū)，使用現(xiàn)有二氧化碳含量檢測儀器定期巡檢需要人工操作，成本高，數(shù)據(jù)無法遠傳，數(shù)據(jù)采集不及時，無法實現(xiàn)無人值守連續(xù)自動監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種土壤二氧化碳含量在線監(jiān)測裝置，適合無人值守環(huán)境下全天候的監(jiān)測土壤中二氧化碳含量，數(shù)據(jù)自動遠程上傳回服務器，無需人工干預。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:
一種土壤中二氧化碳含量在線監(jiān)測裝置，由二氧化碳數(shù)據(jù)采集模塊和二氧化碳數(shù)據(jù)接收模塊組成，
所述的二氧化碳數(shù)據(jù)米集模塊包括內(nèi)殼體(6)、外殼體(7)和置于外殼體(7)外部的GPRS天線(8) ;GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊(3)通過連接線(4)與單片機(2)連接，并置于內(nèi)殼體(6)內(nèi)部；二氧化碳含量變送器(I)與防凝露裝置(14)連接并置于內(nèi)殼體(6)與外殼體(7)之間，二氧化碳含量變送器(I)通過導線(5)與單片機(2)連接；GPRS高頻同軸電纜
(10)連接GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊(3)和外殼體(7)外部的GPRS天線(8);
所述的二氧化碳數(shù)據(jù)接收模塊是監(jiān)測主機(11)通過網(wǎng)線(12)連接到互聯(lián)網(wǎng)(13)。
[0007]上述內(nèi)殼體(6)內(nèi)部經(jīng)環(huán)氧樹脂澆注灌封，僅向外引出導線(5)、電源線(9)和GPRS高頻同軸電纜(10)。
[0008]上述外殼體(7)由不銹鋼框架及外層鋼網(wǎng)組成，所述的不銹鋼框架為“籠”式結構，外層罩有不銹鋼網(wǎng)，不銹鋼框架為橢圓結構，鋼網(wǎng)內(nèi)徑為0.5-1_。
[0009]所述的二氧化碳含量變送器(I)的取氣管口向下傾斜15-30度角，防止凝露在重力作用下進入二氧化碳含量變送器(I)。
[0010]所述的防凝露裝置(14)包括微型碗狀結構(14-1)、微型天平(14-2)、金屬球(14-3)、開關(14-4)和電磁閥門蓋板(14-5)，微型碗狀結構(14_1)置于微型天平(14_2)的一端，微型天平(14-2)的另一端為等重的金屬球(14-3)。
[0011]防凝露裝置(14)工作原理如下:微型天平(14-2)的一端有一個可盛水的微型碗狀結構(14-1)，另一端為等重量的無法盛水的微型金屬球(14-3)。土壤中水蒸氣形成凝露時，會在微型碗狀結構(14-1)端積蓄，這一端在重力作用下沉降，導致微型金屬球(14-3)上升，使得開關(14-4)閉合。開關(14-4)閉合控制與之相連的電磁閥門蓋板(14-5)關閉，控制外界氣體或凝露無法進入二氧化碳變送器的內(nèi)部。一旦凝露蒸發(fā)完畢，天平重新恢復平衡，開關(14-4)斷開，控制電磁閥門蓋板14-5重新開啟，氣體重新進入二氧化碳變送器(O,從而使得二氧化碳變送器(I)恢復正常工作。所述開關(14-4)為彈簧開關，在無外力觸發(fā)時自動恢復斷開狀態(tài)。
[0012]本發(fā)明應用了 “籠”式結構的外殼體和內(nèi)殼體組成的雙層殼體，在裝置埋入潮濕土壤中工作時，外層殼體可防止細小砂石，昆蟲等對監(jiān)測裝置的破壞，并能確保土壤中的二氧化碳氣體擴散到兩層殼體間，便于二氧化碳變送器準確采集數(shù)據(jù)。內(nèi)層殼體采用環(huán)氧樹脂灌封，保護其中的單片機模塊、GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊不受潮濕環(huán)境影響，可以全天候連續(xù)工作。采集到的數(shù)據(jù)無需現(xiàn)場顯示，直接通過GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊和GPRS天線無線傳輸，可實現(xiàn)無人值守的連續(xù)在線監(jiān)測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明二氧化碳數(shù)據(jù)采集模塊結構示意圖；
圖2為本發(fā)明二氧化碳數(shù)據(jù)接收模塊結構示意圖；
圖3為本發(fā)明外殼體7 “籠”式結構圖；
圖4為防凝露裝置示意圖；
圖中附圖標記如下:
I一二氧化碳含量變送器，2—單片機，3 — GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，4一連接線，5—導線，6—內(nèi)殼體，7—外殼體，8— GPRS天線，9一電源線，10—GPRS高頻同軸電纜，11一檢測主機，12—網(wǎng)線，13—互聯(lián)網(wǎng)，14一防凝露裝置；
14-1 一微型碗狀結構，14-2—微型天平，14-3—金屬球，14_4一開關，14_5 —電磁閥門蓋板。
[0014]具體實施方法
下面結合附圖對本發(fā)明的結構原理和工作原理作進一步詳細說明。
[0015]本發(fā)明是根據(jù)各個二氧化碳監(jiān)測裝置分布比較分散，離主控室較遠等特點，選擇分布式結構，各個采集單元分布式安裝在被測區(qū)域，通過GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，以數(shù)字通訊的方式與監(jiān)測主機通訊。所有監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲于監(jiān)測主機數(shù)據(jù)庫中，這種采集部分放在監(jiān)測點現(xiàn)場，避免了模擬信號長距離傳輸，衰減較大，干擾較大，造成測試系統(tǒng)誤差變大的缺點。
[0016]本發(fā)明GPRS無線傳輸模塊可以把采集到的信號通過手機基站傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上，只要有手機信號的地方即可使用，無需鋪設通訊線纜，傳輸距離無限制。本發(fā)明軟件部分是采用虛擬儀器技術，將硬件模塊與計算機結合，利用LabVIEW編寫軟件，通過界面操作，實現(xiàn)各種功能，并便于進一步開拓，再加上設置數(shù)字濾波等其他綜合抗干擾措施，使測量結果準確可靠。
[0017]參見圖1，一種土壤中二氧化碳含量在線監(jiān)測裝置，包括鋁合金防水內(nèi)殼體(6)和“籠”式結構外殼體(7)，二氧化碳含量變送器(I)通過兩芯導線(5)連接到單片機模塊(2)，GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊(3)通過RS-232串口連接線(4)連接到單片機模塊(2)，單片機模塊(2 )，GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊(3 )，RS-232串口連接線(4)，兩芯導線(5 )置于鋁合金防水內(nèi)殼體(6)里面，并且經(jīng)過環(huán)氧樹脂灌封，保證防水性。二氧化碳含量變送器(I)和防凝露裝置(14)放置在由不銹鋼框架及外層鋼網(wǎng)組成的外殼體(7)里面，高頻同軸電纜(10)—端連接到GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊(3)上，另一端連接到外殼體(7)外面的GPRS天線(8)上，兩芯電源連接導線(9)一端與單片機模塊(2)連接，另一端從內(nèi)殼體(6)里面引出到外殼體
(7)以外。
[0018]參見圖2，放置在監(jiān)測點遠端機房的監(jiān)測主機(11)通過網(wǎng)線(RJ45) (12)連接到互聯(lián)網(wǎng)(13)上。
[0019]為防止凝露進入變送器，如圖3所示，二氧化碳變送器(I)安裝方式為，取氣管口向下傾斜15-30度角，防止凝露在重力的作用下進入變送器。如圖4所示，防凝露裝置(14)包括微型“天平”結構(14-2)，開關(14-4)，電磁閥門蓋板(14-5)，微型碗狀結構(14-1)和等重的金屬球(14-3)。其工作原理如下:微型天平(14-2)的一端有一個可盛水的微型碗狀結構(14-1),另一端為等重量的無法盛水的微型金屬球(14-3)。在土壤中水蒸氣形成凝露時，會在天平碗狀結構端積蓄，這一端在重力作用下沉降，另一端金屬球(14-3)上升，使得開關(14-4)閉合。開關(14-4)閉合控制與之相連的電磁閥門蓋板(14-5)關閉二氧化碳變送器(I)的進氣口，外界氣體或凝露無法進入二氧化碳變送器的內(nèi)部。一旦凝露蒸發(fā)完畢，天平重新恢復平衡，開關14-4斷開，控制電磁閥門蓋板14-5重新開啟二氧化碳變送器
(I)的進氣口，氣體重新進入二氧化碳變送器(I)，從而使得二氧化碳變送器(I)恢復正常工作。
本發(fā)明工作原理是:外殼體(7)埋入被測土壤中，土壤中氣體通過外殼體(7)上的鋼網(wǎng)(7-2)滲透到外殼體內(nèi)，二氧化碳含量變送器(I)將二氧化碳含量信號轉變成4-20mA電流的模擬信號，通過兩芯導線傳輸?shù)絾纹瑱C模塊。該模塊通過模數(shù)轉換之后，將轉變成的數(shù)字信號通過RS232串口線(4)傳輸?shù)紾PRS無線傳輸模塊(3)。GPRS無線傳輸模塊(3)將該信號通過天線傳輸?shù)礁浇氖謾C基站，手機基站與互聯(lián)網(wǎng)相連，監(jiān)測主機通過互聯(lián)網(wǎng)將該從手機基站將監(jiān)測數(shù)據(jù)讀回。監(jiān)測主機上的監(jiān)控軟件實現(xiàn)每個監(jiān)測點二氧化碳實時顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、參數(shù)設置、自動報警等功能。
[0020]本發(fā)明由于應用了“籠”式結構的外殼體(7)和經(jīng)過環(huán)氧樹脂灌封的鋁合金內(nèi)殼體(6)組成的雙層殼體，在裝置埋在潮濕土壤中工作時，外層殼體防止細小砂石碎屑，昆蟲等對紅外對監(jiān)測裝置的破壞，并能確保土壤中的二氧化碳氣體擴散到兩層殼體中間，便于二氧化碳變送器準確采集數(shù)據(jù)。內(nèi)層殼體采用全封閉鋁合金殼體，環(huán)氧樹脂灌封，保護其中的單片機模塊(2)、GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊(3)不受潮濕環(huán)境影響，可以全天候連續(xù)工作。采集到的數(shù)據(jù)無需現(xiàn)場顯示，直接通過GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊(3)和GPRS天線(8)無線傳輸，可實現(xiàn)無人值守的連續(xù)在線監(jiān)測。
[0021]本發(fā)明可以在潮濕的土壤中工作。所述的二氧化碳變送器內(nèi)部需要防水，而變送器本身需要從土壤滲透到“籠”式結構中間的氣體中取樣，如果氣體比較潮濕，籠式結構的殼體中間的水蒸氣會形成凝露，從進氣口進入二氧化碳變送器(I)，造成變送器內(nèi)部電路無法工作，甚至損壞。而一天之內(nèi)，以及一年四季中土壤溫度周期性的變化，會造成凝露時有發(fā)生，本發(fā)明需要在凝露嚴重時，關閉二氧化碳變送器(I)的進氣口，停止取樣監(jiān)測；凝露消失的時候，開啟二氧化碳變送器(I)的進氣口，重新恢復取樣監(jiān)測。
【權利要求】
1.一種土壤中二氧化碳含量在線監(jiān)測裝置，其特征在于由二氧化碳數(shù)據(jù)采集模塊和二氧化碳數(shù)據(jù)接收模塊組成， 所述的二氧化碳數(shù)據(jù)米集模塊包括內(nèi)殼體(6)、外殼體(7)和置于外殼體(7)外部的GPRS天線(8) ;GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊(3)通過連接線(4)與單片機(2)連接，并置于內(nèi)殼體(6)內(nèi)部；二氧化碳含量變送器(I)與防凝露裝置(14)連接并置于內(nèi)殼體(6)與外殼體(7)之間，二氧化碳含量變送器(I)通過導線(5)與單片機(2)連接；GPRS高頻同軸電纜(10)連接GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊(3)和外殼體(7)外部的GPRS天線(8); 所述的二氧化碳數(shù)據(jù)接收模塊是監(jiān)測主機(11)通過網(wǎng)線(12)連接到互聯(lián)網(wǎng)(13)。
2.根據(jù)權利要求1所述的土壤中二氧化碳含量在線監(jiān)測裝置，其特征在于:內(nèi)殼體(6)內(nèi)部經(jīng)環(huán)氧樹脂澆注灌封，僅向外引出導線(5)、電源線(9)和GPRS高頻同軸電纜(10)。
3.根據(jù)權利要求1所述的土壤中二氧化碳含量在線監(jiān)測裝置，其特征在于:外殼體(7)由不銹鋼框架及外層鋼網(wǎng)組成。
4.根據(jù)權利要求3所述的土壤中二氧化碳含量在線監(jiān)測裝置，其特征在于:所述的不銹鋼框架為“籠”式結構，外層罩有不銹鋼網(wǎng)，不銹鋼框架為橢圓結構，鋼網(wǎng)內(nèi)徑為0.5-1_。
5.根據(jù)權利要求1所述的土壤中二氧化碳含量在線監(jiān)測裝置，其特征在于:二氧化碳含量變送器(I)的取氣管口向下傾斜15-30度角。
6.根據(jù)權利要求1所述的土壤中二氧化碳含量在線監(jiān)測裝置，其特征在于防凝露裝置(14)包括微型碗狀結構(14-1 )、微型天平(14-2)、金屬球(14-3)、開關(14-4)和電磁閥門蓋板(14-5)，微型碗狀結構(14-1)置于微型天平(14-2)的一端，微型天平(14-2)的另一端為等重的金屬球(14-3)。
【文檔編號】G01N33/24GK103713111SQ201310710763
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月21日 優(yōu)先權日:2013年12月21日
【發(fā)明者】衛(wèi)引茂, 馬勁風, 王超展 申請人:西北大學