一种基于电子数显触发装置的深部流体采样器的制作方法

本实用新型涉及电子领域，具体涉及一种基于电子数显触发装置的深部流体采样器。

背景技术：

利用深部流体采样器进行采样时，研究人员先利用采样器的顶针将采集器的单向止回阀打开，经过定时操作后，将采样器下放至深部，流体经单向止回阀阀门流入采集器内，在定时时间到来后，单向止回阀关闭，研究人员将采集器收回以获得采集样本，目前的深部流体采样器采用传统的机械定时装置进行定时，采用机械定时装置进行定时，存在以下问题：首先，机械定时装置的最大使用时限是6小时，然而当深部流体采样器下到地下深部对地下流体进行采集时，需要流体采样器连接缆绳通过绞车从上往下放到达指定地点，如果定时时间过短，可能会发送因速度或下放过程中出现故障而发生下放还没到位定时器就触发采样器关闭的情况，这样不仅会造成不能达到实验要求，而且还浪费时间和精力。

其次，传统的机械定时装置精确度不高，只能进行大概时间的定时，一般一刻度为12分钟，不能显示精确定时时间；最后，传统机械定时装置容易出故障，机械结构容易卡死，导致定时时间不稳定。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：提供一种基于电子数显触发装置的深部流体采样器，解决了目前的深部流体采样器采用机械定时装置进行定时，定时时限短的技术问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于电子数显触发装置的深部流体采样器，包括采集头，所述采集头上设置有触发所述采集头完成采集的滑块，所述滑块连接电子定时触发装置，所述电子定时触发装置包括定时装置和触发装置，所述定时装置连接所述触发装置，所述触发装置连接所述滑块。

进一步的，所述定时装置包括内设有定时器的单片机，所述单片机连接用于输入定时信号的输入模块、显示信息的显示模块、触发装置以及用于装置供电的供电模块，所述供电模块连接所述触发装置、输入模块和显示模块。

进一步的，所述供电模块包括电池、降压电路和稳压电路，所述电池连接所述降压电路，所述降压电路与所述稳压电路连接，所述稳压电路分别连接单片机、触发装置和显示模块。

进一步的，所述单片机上设置有usb接口。

进一步的，所述定时装置外设置有保护筒，用于保护电路结构。

进一步的，所述触发装置包括步进电机、丝杆、固定螺帽和连接结构，所述步进电机通过步进电机驱动器连接所述定时装置，所述步进电机连接所述丝杆并带动所述丝杆转动，所述固定螺帽通过套筒设置在所述步进电机上，所述丝杆与所述固定螺帽螺纹连接，所述丝杆另一端与所述连接结构连接，所述连接结构套设在所述滑块上带动滑块运动

进一步的，所述丝杆一端设置有凹槽，所述步进电机的转轴设置在所述凹槽中使步进电机带动所述丝杆转动。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.采用本实用新型采用电子定时触发装置进行定时，定时精度为秒级，使研究人员更加准确的把握了地下流体取样时间，为相关研究提供了更准确的数据。

2.本实用新型在时间上不受限制，完全达到流体采样器在井中下放过程中所遇各种情况需要的时间，定位时间更长，可以实现超深井的流体采样；同时，由于采样器在下放时容易被流体扰动，由于本实用新型定位时间长，因此能够在流体恢复平衡后，采样器再给关闭阀门，这样保证了采集样品的原位特征。

3.本实用新型对采样器关闭阀门的滑块损耗小，通过程序对本实用新型电子定时器进行设置，利用步进电机驱动丝杆引发滑块运动，当达到触发采样器关闭阀门目的后可以使其立即恢复至原来位置；而采用原来机械定时器，由于机械定时器需要使单向止回阀的弹簧一直处于受压迫状态，会造成采样器的损害，而采用本实用新型，不用使单向止回阀的弹簧一直处于受压迫状态，减少了对采样器的伤害，从而减少故障率。

4.本实用新型中的触发装置结构简单，能够保证采样器的体积可以适用于使用环境。

5.本实用新型包含有显示模块，能够显示精确的定时时间，方便采集人员观察。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的整体结构图(采集完毕状态)；

图2为本实用新型的整体结构图(未采集状态)；

图3为本实用新型的结构示意图；

图4为本实用新型中电子定时触发装置的整体架构图；

图5是本实用新型中单片机及外围电路的电路图；

图6是本实用新型中降压电路的电路图；

图7是本实用新型中稳压电路的电路图；

图8是本实用新型中显示模块的电路图；

图9是本实用新型中步进电机驱动器的电路图；

图10是本实用新型中输入模块的电路图；

图中标记：1-保护筒，101-电路结构放置区，102-电池放置区，2-步进电机，3-套筒，4-转轴，5-固定螺帽，6-凹槽，7-丝杆，8-连接结构，9-滑块，10-采集头，11-顶针。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

一种基于电子数显触发装置的深部流体采样器，包括采集头10，所述采集头10上设置有触发所述采集头10完成采集的滑块9，所述滑块9连接电子定时触发装置，所述电子定时触发装置包括定时装置和触发装置，所述定时装置连接所述触发装置，所述触发装置连接所述滑块9。

所述定时装置包括内设有定时器的单片机，所述单片机连接用于输入定时信号的输入模块、显示信息的显示模块、触发装置以及用于装置供电的供电模块，所述供电模块连接所述触发装置、输入模块和显示模块。

所述供电模块包括电池、降压电路和稳压电路，所述电池连接所述降压电路，所述降压电路与所述稳压电路连接，所述稳压电路分别连接单片机、触发装置和显示模块。

所述单片机上设置有usb接口。

所述定时装置外设置有保护筒1，用于保护电路结构。

所述触发装置包括步进电机2、丝杆7、固定螺帽5和连接结构8，所述步进电机2通过步进电机2驱动器连接所述定时装置，所述步进电机2连接所述丝杆7并带动所述丝杆7转动，所述固定螺帽5通过套筒3设置在所述步进电机2上，所述丝杆7与所述固定螺帽5螺纹连接，所述丝杆7另一端与所述连接结构8连接，所述连接结构8套设在所述滑块9上带动滑块9运动

所述丝杆7一端设置有凹槽6，所述步进电机2的转轴4设置在所述凹槽6中使步进电机2带动所述丝杆7转动。

以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

一种基于电子数显触发装置的深部流体采样器，包括采集头10，所述采集头10为美国kuster公司生产的，所述采集头10上设置有触发所述采集头10进行采集的滑块9，滑块9为采集头10中单向止回阀中的一部分，滑块9运动，即能改变单向止回阀中设定好的顶针11的运动状态，所述滑块9连接电子定时触发装置，所述电子定时触发装置包括定时装置和触发装置，所述定时装置连接所述触发装置，所述触发装置连接所述滑块9；电子定时触发装置用于推动所述滑块9滑动，当滑块9滑动时，采集头10进行采样或者停止采样操作，进而实现采集功能。

如图4所示为电子定时触发装置的整体架构图，其中定时装置包括内设有定时器的单片机，所述单片机连接用于输入定时信号的输入模块、显示信息的显示模块、触发装置以及用于装置供电的供电模块，所述供电模块连接所述触发装置、输入模块和显示模块。

所述单片机的型号为stm32f103c8t6，单片机内设置的定时器功能为单片机常用功能，其算法也是常规算法。单片机的外围电路如图5所示，单片机的pc14-osc32-in端分别连接10pf的电容c10和振荡频率为32768hz的晶振xt1，所述电容c10的另一端接地，所述单片机的pc15-osc32-out端分别连接10pf的电容c11和晶振xt1的另一端，所述电容c11的另一端接地；

所述单片机的pd0-osc-in端分别连接30pf的电容c12和振荡频率为8mhz的晶振xt2，所述电容c12的另一端接地，所述单片机的pd1-osc-out端分别连接30pf的电容c14和晶振xt2的另一端，所述电容c14的另一端接地；

所述单片机的boot0接地，所述单片机的nrst端分别连接复位按键rst1、0.1μf的电容c13和1k的电阻r10，所述复位按键rst1的另一端和电容c13的另一端均接地，所述电阻r10的另一端连接3.3v电源端；所述单片机的vdd-1、vdd-2和vdd-3端均连接3.3v电源端。

所述单片机连接用于输入定时信号的输入模块，所述输入模块采用按键电路，其电路图如图10所示，按键电路的按键包括上调按键和下调按键，所述上调按键连接单片机的pb4段，所述下调按键连接单片机的pb5端，所述上调按键和下调按键均接地；

所述单片机连接用于显示信息的显示模块oled1，所述显示模块的电路图为图8，其1端接地，2端连接3.3v电源端，3端连接单片机的pb6端，4端连接单片机的pb7端。

所述单片机连接用于装置供电的供电模块，所述供电模块连接所述触发模块及输入模块，所述供电模块包括电池、降压电路和稳压电路，所述电池连接所述降压电路，所述稳压电路分别连接单片机和步进电机2驱动器，所述电池选择干电池，所述降压电路如图6所示，所述降压电路中的降压芯片采用的型号为mp1584dn，所述降压电路将电压降至5v；

稳压电路包括对降压电路输出的电压进行稳压，同时包括对usb接口输出的电压进行稳压，其中对降压电路的输出电压进行处理的电路为：降压电路输出端分别连接稳压芯片ams1117的in端和0.1μf的电容c16的一端，所述电容16的另一端连接地端、所述稳压芯片的gnd端、0.1μf的电容c17的一端、0.1μf的电容c18的一端，所述稳压芯片的两个out端均连接电容c17的另一端、电容c18的另一端和3.3v输出端，所述3.3v输出端输出的电压用于给装置供电。

所述单片机上连接有usb接口，用于对时间间隔进行预先设定，设定方式为本领域的常规技术手段。usb接口的1端接地，3端和4端分别接入单片机的输入端，5端输出5v电压至稳压电路进行稳压，采用的电路为：所述usb接口的5端分别连接0.1μf的电容c5和三极管q1的发射极，所述电容c5的另一端连接三极管q1的基极、0.1μf的电容c6、0.1μf的电容c7和地端，所述电容c6、电容c7和三极管q1的集电极均连接3.3v电源输出端，该电源输出端输出的电压也用于装置供电。

所述步进电机驱动器采用的型号为drv8825-pwp-28，其外围电路如图9所示，步进电机驱动器的cp1端通过0.1μf的电容c1连接cp2端，vcp端分别连接1m的电阻r2和0.1μf的电容c3，vma端连接vmb端，vma端连接电阻r2的另一端、电容c3的另一端、0.1μf的电容c2、100μf的电容c4以及0.1μf的电容c8连接，所述电容c2的另一端、电容c4的另一端以及电容c8的另一端均接地，所述步进电机驱动器的aout1、aout2、bout1和bout2端连接步进电机2，所述步进电机驱动器的isena和isenb端均通过200mω的电阻r4接地，所述步进电机驱动器的avref和bvref端同时连接至50k的电阻r8的一端和30k的电阻r9的一端，电阻r8的另一端连接至3.3v电源端，电阻r9的另一端接地，所述步进电机驱动器的gnd端接地，nhome端通过10k的电阻r1连接3.3v电源端，mode0-2端均接地，step端连接单片机的pb13端，nenbl端接地，dir端连接单片机的pb12端，nfault分别接地端和10k的电阻r5，所述电阻r5的另一端连接3.3v电源端。

实施例2

本实施例基于实施例1，所述定时装置外设置有保护筒1，用于保护电路结构，保护筒1的直径为25mm，长度为200mm，材料硬度大于等于40，满足采样器的使用环境，所述保护筒1的一端与步进电机2连接，所述保护筒1内设置有电池放置区102和电路结构放置区101，能够有效的保护电路结构不受损坏。

实施例3

所述触发装置包括步进电机2、丝杆7、固定螺帽5和连接结构8，所述步进电机2通过步进电机驱动器连接所述定时装置，即步进电机2连接步进电机驱动器，所述步进电机驱动器与单片机连接，所述步进电机2连接所述丝杆7并带动所述丝杆7转动，具体为：丝杆7一端设置有凹槽6，所述步进电机2的转轴4设置在所述凹槽6中使步进电机2带动所述丝杆7转动。所述步进电机2的型号为：驰海电机gm12-n20。

所述固定螺帽5连接套筒3，套筒3与步进电机2连接，所述丝杆7与所述固定螺帽5螺纹连接，所述丝杆7另一端与所述连接结构8连接，所述连接结构8套设在所述滑块9上带动滑块9运动，由于固定螺帽5固定，因此当步进电机2带动转轴4正转时，丝杆7带动连接结构8运动，从而带动滑块9运动，从而触发采样器的单向止回阀关闭，采样器完成采样，当步进电机2带动转轴4反转时，丝杆7带动连接结构8反向运动，从而使滑块9复位。

实施例4

本实施例用于公开本实用新型中电子定时装置的定时过程。

首先通过输入模块(即按键)设置需要等待的时间，即设置stm32f103定时器中断的预设值，当达到预定的时间时，stm32f103打开步进电机2驱动并输出控制步进电机2正反转的信号，从而使步进电机2先正转十圈后再反转十圈，电机正转时会使推动丝杆7向前运动，从而触碰滑块9使单向止回阀关闭，达到预设效果，而电机反转会使丝杆7回到初始位置，并等待下一次相同动作的开始，显示模块将显示设置的时间。

当不需要步进电机2动作时，步进电机2驱动处于断电不工作状态，当需要步进电机2动作时再打开电机驱动，从而节约功耗，延长装置的续航能力。

控制步进电机2驱动的信号有：(1)控制转动速度的pwm信号(2)控制正转和反转的信号。

步进电机2驱动的打开与关断是通过stm32f103控制电机驱动的使能端来控制的。当关闭驱动的使能端时驱动处于关闭不工作的状态，当打开驱动使能端时，驱动处于工作状态。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。