一种对月壤钻取过程实时监测分析的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种对月壤钻取过程实时监测分析的装置，包括钻杆，该钻杆为内外夹层结构，由内至外依次为透明层、微型设备安装层和刚性保护面，其中透明层内为采样室，采样室内设置有中央活塞以及设置采样室顶部的中央活塞控制器，中央活塞控制器能够控制中央活塞在采样室内上下移动，微型设备安装层的内侧安装有侧壁图像识别传感器，中央活塞顶部尖角内安装有顶部图像识别传感器，钻杆的底部还设有可折叠的挡板。本发明专利技术可在月壤的钻取过程中实时监测月壤颗粒流的速度场、位移场、层序信息等，为航天员的钻取操作提供参考信息，从而实时指导航天员对采样过程进行优化。导航天员对采样过程进行优化。导航天员对采样过程进行优化。

【技术实现步骤摘要】
一种对月壤钻取过程实时监测分析的装置


[0001]本专利技术涉及岩土勘察的领域，尤其涉及一种对月壤钻取过程实时监测分析的装置。

技术介绍

[0002]与无人任务相比，载人探月的最大的优势是航天员可以布设仪器设备，大幅提高相关工作的效率。航天员参与过程中保证人机协同、提升航天员工作效率，是在无人任务基础上发挥载人探月的任务优势、实现前沿科学目标的关键，这对人机协同设计提出了更高的要求。
[0003]载人探月采样自主性更高、采样方式更为灵活、采集总量更大，从而更有利于选择性的采集更具有科学价值的样品，但也对样品的检测、采集、封装提出了更高的要求。
[0004]月壤钻采系统将采集的对象主要是月面以下的月壤，获取具有相对原始层序的样品，为后续样品分析提供样本。采样工具能否实现功能是提取月壤样品的关键，能够实现采样功能的关键在于明确采样工具在钻采过程中的动态颗粒流动情况。然而当前国内一些科研单位普遍采用的是颗粒流方式对月壤钻进过程进行模拟研究，暂时处于仿真层面不能对实际的月壤钻采过程进行监测。因此继续开发一种实时的月壤钻取过程监测装置，为航天员的钻采操作提供指导。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种对月壤钻取过程实时监测分析的装置，利用此装置可为航天员的钻采操作提供的调整提供依据。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案来实现：
[0007]一种对月壤钻取过程实时监测分析的装置，包括钻杆，该钻杆为内外夹层结构，由内至外依次为透明层、微型设备安装层和刚性保护面，其中透明层内为采样室，采样室内设置有中央活塞以及设置采样室顶部的中央活塞控制器，中央活塞控制器能够控制中央活塞在采样室内上下移动，微型设备安装层的内侧安装有侧壁图像识别传感器，中央活塞顶部尖角内安装有顶部图像识别传感器，钻杆的底部还设有可折叠的挡板。
[0008]本专利技术进一步的改进在于，透明层采用透明材质制成，能够透过光线。
[0009]本专利技术进一步的改进在于，当中央活塞上升到设定位置后打开顶部三角盖，顶部图像识别传感器开始工作。
[0010]本专利技术进一步的改进在于，顶部图像识别传感器为相机、照明和控制器一体化设备。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，顶部图像识别传感器能够监测月壤颗粒的运动速度和位移变化信息。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，侧壁图像识别传感器为相机、照明和控制器一体化设备，用于获取采样室内的图像。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，挡板位于钻杆最底部，当钻杆伸向土层时，挡板为打开状态；当钻杆提升时，挡板闭合。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，挡板为可旋转式，钻杆在完成取样前挡板始终保持竖直打开状态，当钻杆上提时挡板旋转变为水平封闭状态，保证采样室里的样品不会滑出。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，在微型设备安装层的外侧安装有螺旋叶片。
[0016]相对于现有技术，本专利技术至少具有有益的技术效果：
[0017]1、本专利技术主要基于光学图像法，在月球极端环境下提供对月壤钻取过程的实时监测分析的装置，为航天员的钻取作业的操作提供参考。本专利技术的钻杆分为内外两层，内层进行采样，外层安装相关设备，解决了传统钻头单一性的缺点，具有灵活多样性的优点。
[0018]2、钻杆内层材料为透明材质，可在光场作用下观测采样室内的情况，具有方便观察的优点。
[0019]3、本专利技术使用的图像识别传感器为相机、照明和控制器一体化集成设备，具有小巧灵活、集成化程度高、功能齐全的优点。
[0020]4、本专利技术采样室中的中央活塞可以上下滑动，取样前可堵住采样室的进口，具有保护采样室不被非目标样品污染的优点。
[0021]5、位于钻杆采样室进口处的挡板可以旋转，在取样完成后可以旋转闭合，具有防止样品滑出的功能，具有灵活操作的优点。
附图说明
[0022]图1为本专利技术一种对月壤钻取过程实时监测分析的装置结构示意图。
[0023]图2为本专利技术的工作过程示意图。
[0024]附图标记说明：
[0025]1为钻杆，2为中央活塞控制器，3为采样室，4为透明层，5为微型设备安装层，6为刚性保护面，7为中央活塞，8为挡板，9为顶部图像识别传感器，10为侧壁图像识别传感器，11为月壤颗粒，12为螺旋叶片。
具体实施方式
[0026]以下结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0027]如图1所示，本专利技术提供的一种对月壤钻取过程实时监测分析的装置，包括钻杆1和钻杆1下部的挡板8。其具体是：钻杆1分为外两侧，为夹层结构，其横截面为同心圆。内层为采样室3，其壁面材料为透明层4。采样室3中分别有中央活塞控制器2和中央活塞7，中央活塞控制器2可以控制中央活塞7上下移动。钻杆1下底端的挡板8可以旋转。
[0028]钻杆1的第二层为微型设备安装层5，在微型设备安装层5的内侧安装有侧壁图像识别传感器10，在微型设备安装层5的外侧安装有螺旋叶片12。中央活塞7顶部三角区域内部安装有顶部图像识别传感器9。
[0029]侧壁图像识别传感器10和顶部图像识别传感器9均为相机、照明和控制一体化的设备。
[0030]钻取月壤颗粒11时，首先位于采样室3中的中央活塞7置于钻杆1底部入口处，钻杆1开始工作向下钻取。当达到预定位置时，钻杆1暂时停止工作。此时中央活塞制动器2控制
中央活塞7向上运动，到达采样室3顶部位置时停止，这时位于中央活塞7顶部三角区域打开，内部的顶部图像识别传感器9开始工作。同时位于微型设备安装层5内的侧壁图像识别传感器10也开始工作。接着钻杆1继续工作，对月壤颗粒11开始进行采样。随着月壤颗粒11在采样室3内的填充，侧壁图像识别传感器10发出的光场可透过透明层4照亮内部的月壤颗粒11表面，拍摄到的颗粒图像传入分析设备可得到月壤颗粒的取样速度、位移变化、孔隙率、颗粒尺寸和层序性等信息。中央活塞7顶部的顶部图像识别传感器9也同时开始工作，可监测月壤颗粒的移动速度和位移场变化。当采样完成后，位于钻杆1下部的挡板8进行选择闭合，防止样品的滑落，钻杆1提升进行样品封装。本专利技术装置不仅可用于月壤采样的监测和分析，也可用于地球环境下的土壤采样监测分析。本专利技术可实时得到初步的样品信息，为采样员提供操作设备的依据。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对月壤钻取过程实时监测分析的装置，其特征在于，包括钻杆(1)，该钻杆(1)为内外夹层结构，由内至外依次为透明层(4)、微型设备安装层(5)和刚性保护面(6)，其中透明层(4)内为采样室(3)，采样室(3)内设置有中央活塞(7)以及设置采样室(3)顶部的中央活塞控制器(2)，中央活塞控制器(2)能够控制中央活塞(7)在采样室(3)内上下移动，微型设备安装层(5)的内侧安装有侧壁图像识别传感器(10)，中央活塞(7)顶部尖角内安装有顶部图像识别传感器(9)，钻杆(1)的底部还设有可折叠的挡板(8)。2.根据权利要求1所述的一种对月壤钻取过程实时监测分析的装置，其特征在于，透明层(4)采用透明材质制成，能够透过光线。3.根据权利要求1所述的一种对月壤钻取过程实时监测分析的装置，其特征在于，当中央活塞(7)上升到设定位置后打开顶部三角盖，顶部图像识别传感器(9)开始工作。4.根据权利要求3所述的一种对月壤钻取过程实时监测分析的装置，其特征在于，顶部图像识别传感器(9)为相机、...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建东，敬登伟，罗兵，马利静，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：