專利名稱：巖礦石孔隙度測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種固體物的孔隙測量，尤其是巖礦石的孔隙度測量裝置
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的測量孔隙度的方法主要有溫壓下氣體波爾定律法、天然氡氣法和稱量法，測量儀器的種類較少。前兩種方法主要通過檢測人為注氣或天然放射氣體經(jīng)過巖石前后的氣壓或氣體的變化來確定巖石孔隙度，這兩種方案均對測量儀器的密封性要求較高、儀器較昂貴、體積笨重、測量速度慢、功耗高等缺點(diǎn)。至于采用稱量法的測量儀，克服了上述方法的缺點(diǎn)，其小巧輕便、功耗低。市面上已有一些采用該方法的測量儀，但其智能化程度和精度均是這些儀器的致命弱點(diǎn)，特別是在需要測量大量礦石樣本的場合，使用這些儀器效率非常低下，很容易造成操作人員的疲勞，大大增加了帶來粗大誤差的可能性。很明顯，前兩種方法已經(jīng)不適應(yīng)野外實(shí)地測量的小巧、低功耗的需求，第三種雖然滿足，但必須用更加現(xiàn)代化的測量裝置來改進(jìn)測量的效率和精度。巖礦石的孔隙度是油田勘探與開發(fā)的重要參數(shù)，也是地下水勘探與開發(fā)的重要參數(shù)，是估算儲(chǔ)量，分析油田或地下水開采情況的基礎(chǔ)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種對巖石孔隙度、體積、密度等測量的巖礦石孔隙度測量儀。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的巖礦石孔隙度測量儀，是基于阿基米德原理將所要物體的體積比轉(zhuǎn)換為重量比，從而求得巖礦石的孔隙度，是由測量儀底座5上垂直裝有傳感器支架4，在測量儀底座5的上面還放有液體容器9，在傳感器支架4的上端裝有懸掛臂2，在懸掛臂2的一端裝有稱重傳感器，稱重傳感器的敏感端與被測物體掛鉤3連接，稱重傳感器通過信號線6與測量儀電路裝置連接，被測物體掛鉤3通過被測物吊線7與被測物體8相連構(gòu)成。測量儀電路裝置I中的測量儀電路是由帶有程控放大濾波器的A/D經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)分別連接USB接口和FLASH存儲(chǔ)器，鍵盤經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)與IXD顯示連接構(gòu)成。有益效果稱重傳感器可分別采用不同量程的稱重傳感器與測量電路連接，從而提高被測物體的重量范圍和密度測量精度；測量電路采用放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換一體的集成電路，簡化了模擬處理電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及測量精度，降低了成本；微處理器采用了內(nèi)部帶有大容量存儲(chǔ)器的單片機(jī)，有利于嵌入式操作系統(tǒng)的運(yùn)行。外部FLASH存儲(chǔ)器可保存大量的測量結(jié)果，省略了每次測量需要人工記錄的過程，減少了人工記錄的人為偏差；鍵盤、液晶顯示器是該測量儀的人機(jī)交互部分，顯示器采用點(diǎn)陣式液晶顯示器，處理過程使用菜單方式；接口電路采用USB接口，可將FLASH芯片內(nèi)保存的測量結(jié)果傳送給計(jì)算機(jī)，以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行高級的數(shù)據(jù)處理。整個(gè)測量儀，采用了先進(jìn)的傳感器、單片機(jī)技術(shù)及嵌入式操作系統(tǒng)編程，解決了不規(guī)則形狀固體的孔隙度測量的難題，具有智能化程度高、測量準(zhǔn)確、操作便捷、自動(dòng)實(shí)時(shí)顯示孔隙度值和可進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖I是巖礦石孔隙度測量儀的結(jié)構(gòu)框圖，附圖2是附圖I中電路裝置的電路結(jié)構(gòu)框圖。附圖3是附圖2中單片機(jī)系統(tǒng)中的MSP430F149結(jié)構(gòu)框圖。附圖4是附圖2中單片機(jī)系統(tǒng)與AD7706接口原理圖。附圖5是附圖2中IXD顯示器與單片機(jī)系統(tǒng)接口原理圖。附圖6是附圖2中USB接口中的芯片結(jié)構(gòu)圖。附圖7是附圖2中USB接口電路與單片機(jī)系統(tǒng)的接口圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明基本原理巖石的孔隙度是指巖石中未被固體物質(zhì)充填的空間體積Vp與巖石總體積Vb的比值。用希臘字母O表示，其表達(dá)式為O=V 孔隙 /V 巖石 X 100 % = Vp/Vb X 100 %在測量密度時(shí)，首先測量干樣固體標(biāo)本在空氣中的重量，其次將固體標(biāo)本浸沒在裝有水的容器中，測量固體受水浮力后的重量，再其次測量標(biāo)本浸水飽和取出后的重量，根據(jù)阿基米德浮力定律可求出固體標(biāo)本的孔隙度[3]。設(shè)固體標(biāo)本的質(zhì)量為M、體積為Vb，孔隙體積為Vp，根據(jù)阿基米德原理及孔隙度定義，有如果固體標(biāo)本在空氣中的重量為P1 = Mg，在水中的重量為P2 = (M-MO) g，孔隙內(nèi)水的重量為P4 = P3-P1，P3表示標(biāo)本浸水飽和撈出后的重量，浸沒在水中前后的重量差為P1-P2 = MOg，其中g(shù)表示重力加速度，MO表示與固體標(biāo)本同體積的水的質(zhì)量。根據(jù)阿
基米德浮力定律，不規(guī)則固體的體積為
M0 P1 — P2V b =-=-
a 0 cr 0 g固體中未被固體物質(zhì)充填的空間體積為
Pa Pi-PiVp =-=-
<Jo^ g cro#g-則不規(guī)則固體標(biāo)本的的孔隙度為d>=VP/Vbxl 00%= P'~Pl Pl~P\\00% = (Ps - Pi)/(Pi —尸 2) x 100%
cro g / g由上式可知，分別測量出干樣固體標(biāo)本在空氣中的重量，固體標(biāo)本浸沒在水中受水浮力后的重量，標(biāo)本浸水飽和取出后的重量即可得出巖礦石標(biāo)本的孔隙度。式中的g為重力加速度；vp為固體中未被固體物質(zhì)充填的空間體積；vb為不規(guī)則固體的體積；O ^為被測物體的密度。本實(shí)用新型可測量的孔隙度范圍為0.5% 45%，質(zhì)量范圍為50 1000g，體積范圍10 500cm3的巖礦石，是一種智能化程度高、測量準(zhǔn)確、操作便捷的新型巖礦石孔隙度儀。實(shí)施例巖礦石孔隙度測量儀整體設(shè)計(jì)圖如圖I，巖礦石孔隙度測量儀，是基于阿基米德原理將所要物體的體積比轉(zhuǎn)換為重量比，從而求得巖礦石的孔隙度，是由測量儀底座5上垂直裝有傳感器支架4，在測量儀底座5的上面還放有液體容器9，在傳感器支架4的上端裝有懸掛臂2，在懸掛臂2的一端裝有稱重傳感器，稱重傳感器的敏感端與被測物體掛鉤3連接，稱重傳感器通過信號線6與測量儀電路裝置連接，被測物體掛鉤3通過被測物吊線7與被測物體8相連構(gòu)成。測量儀電路裝置I中的測量儀電路是由帶有程控放大濾波器的A/D經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)分別連接USB接口和FLASH存儲(chǔ)器，鍵盤經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)與IXD顯示連接構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集單元包括稱重傳感器108AA，支架，底座，連接線等。人機(jī)交互單元由鍵 盤模塊和液晶顯示模塊構(gòu)成。由稱重傳感器采集重力信號，經(jīng)過圖4帶程控放大作用的AD7706實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換后將重力信號送入圖3的微處理器MSP430F149進(jìn)行處理，并將結(jié)果在LCD顯示器進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。鍵盤模塊主要完成測量任務(wù)的選擇，方便人機(jī)交互；接口電路采用USB接口，可將FLASH芯片內(nèi)保存的測量結(jié)果傳送給計(jì)算機(jī)，以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行高級的數(shù)據(jù)處理。測量主要完成固體的孔隙度、密度、體積和質(zhì)量測量功能。數(shù)據(jù)查詢務(wù)提供樣本信息和測量結(jié)果查詢服務(wù)。數(shù)據(jù)傳輸則完成與PC機(jī)間的通信。樣本統(tǒng)計(jì)提供對測量結(jié)果作平均值、均方值等數(shù)據(jù)處理，系統(tǒng)校正主要負(fù)責(zé)對傳感器進(jìn)行校正。系統(tǒng)人機(jī)對話的功能在菜單中實(shí)現(xiàn)。菜單有五個(gè)選項(xiàng)開始測量、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)傳輸、樣本統(tǒng)計(jì)以及系統(tǒng)校正，用戶通過菜單選擇相應(yīng)的功能。測量過程首先請求用戶輸入與樣本相關(guān)的信息，如樣本號、測量日期、組號、工作方式等。樣本號可以使用戶分辨數(shù)據(jù)對應(yīng)的是哪個(gè)樣本，組號為后面的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)提供一個(gè)標(biāo)識，工作方式實(shí)際上是對測量何種物理量的設(shè)置，由于本儀器可以測量樣本孔隙度、密度、體積和質(zhì)量，用戶在這里加以設(shè)置就可以得到樣本相應(yīng)參數(shù)的測量結(jié)果。用戶輸入信息結(jié)束后，系統(tǒng)按照設(shè)置提示用戶按步驟進(jìn)行操作，將被測物按照圖I固定好后，由稱重傳感器采集重力信號。為使輸入的信號足夠大便于微處理器處理，需要將傳感器信號進(jìn)行放大和AD轉(zhuǎn)換。稱重傳感器108AA的信號線接入AD7706的6腳和8腳，9腳和10腳為參考輸入電壓，13腳為串行數(shù)據(jù)輸出端。微處理器接收到信號之后就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理了。處理后的數(shù)據(jù)有單片機(jī)通過數(shù)據(jù)線送到液晶進(jìn)行顯示。直到測量結(jié)束后顯示測量結(jié)果，然后詢問用戶是否保存本次測量結(jié)果。
權(quán)利要求1.一種巖礦石孔隙度測量儀，是基于阿基米德原理將所要物體的體積比轉(zhuǎn)換為重量比，從而求得巖礦石的孔隙度，其特征在于，是由測量儀底座(5)上垂直裝有傳感器支架(4)，在測量儀底座(5)的上面還放有液體容器(9)，在傳感器支架(4)的上端裝有懸掛臂(2)，在懸掛臂(2)的一端裝有稱重傳感器，稱重傳感器的敏感端與被測物體掛鉤(3)連接，稱重傳感器通過信號線(6)與測量儀電路裝置連接，被測物體掛鉤(3)通過被測物吊線(7)與被測物體(8)相連構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求I所述的巖礦石孔隙度測量儀，其特征在于，測量儀電路裝置(I)中的測量儀電路是由帶有程控放大濾波器的A/D經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)分別連接USB接口和FLASH存儲(chǔ)器，鍵盤經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)與IXD顯示連接構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種巖礦石孔隙度測量儀。是由測量儀底座上裝有傳感器支架，在測量儀底座的上面還放有液體容器，在傳感器支架的上端裝有懸掛臂，在懸掛臂的一端裝有稱重傳感器，稱重傳感器的敏感端與被測物體掛鉤連接，稱重傳感器通過信號線與測量儀電路裝置連接，被測物體掛鉤通過被測物吊線與被測物體相連接構(gòu)成。測量電路采用放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換一體的集成電路，簡化了模擬處理電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及測量精度，降低了成本；解決了不規(guī)則形狀固體的孔隙度測量的難題，具有智能化程度高、測量準(zhǔn)確、操作便捷、自動(dòng)實(shí)時(shí)顯示孔隙度值和可進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01N15/08GK202583040SQ20122015216
公開日2012年12月5日 申請日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者王春澤, 許 鵬, 李龍, 楊海川, 李淑彬 申請人:王春澤, 許 鵬