一种驻留式外星体内部热流测量热探针以及测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112067651A(43)申请公布日2020.12.11(21)申请号202010793251.5G01K3/14(2006.01)(22)申请日2020.08.10(71)申请人中国科学院空间应用工程与技术中心地址100094北京市海淀区邓庄南路九号(72)发明人赵海峰陈凯袁子豪盛强王珂宁志涛(74)专利代理机构北京轻创知识产权代理有限公司11212代理人吴佳(51)Int.Cl.G01N25/20(2006.01)G01K1/14(2006.01)G01K1/02(2006.01)G01K7/20(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图2页(54)发明名称一种驻留式外星体内部热流测量热探针以及测量方法(57)摘要本发明涉及一种驻留式外星体内部热流测量热探针以及测量方法，热探针包括用于与钻探部件连接的连接部、传感器支撑部以及测温部，连接部为中空结构，传感器支撑部位于中空结构内，测温部安装在传感器支撑部上；其中，传感器支撑部能驱动测温部沿垂直于钻探部件钻杆的方向穿出或缩入中空结构内，使测温部水平扎入外星体内部收回到连接部内。本发明的热探针采用传感器支撑结构，能够使测温部穿出或缩入连接部内，穿出连接部的测温部可以直接扎入外星体内部进行测温，增大测温部与外星体间的接触，减小接触热阻的影响，避免了明显的接触热阻和钻管内部轴向导热对温度/温差测量精度的影响，可以得到更加精确的外星体内部纵向剖面温度分布。CN112067651ACN112067651A权利要求书1/1页1.一种驻留式外星体内部热流测量热探针，其特征在于，包括用于与钻探部件连接的连接部、传感器支撑部以及测温部，所述连接部为中空结构，所述传感器支撑部位于所述中空结构内，所述测温部安装在所述传感器支撑部上；其中，所述传感器支撑部能驱动所述测温部沿垂直于钻探部件钻杆的方向穿出或缩入所述中空结构内，使测温部水平扎入外星体内部收回到连接部内。2.根据权利要求1所述一种驻留式外星体内部热流测量热探针，其特征在于，所述测温部包括从上至下依次布置的第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器，所述第三温度传感器上设有加热单元。3.根据权利要求1或2所述一种驻留式外星体内部热流测量热探针，其特征在于，所述测温部包括针状支撑结构以及温度传感器，所述针状支撑结构固定在所述传感器支撑部上，所述温度传感器固定在所述针状支撑结构的尖端。4.根据权利要求1或2所述一种驻留式外星体内部热流测量热探针，其特征在于，所述传感器支撑部包括支撑杆、两组对称布置的连杆机构以及为所述连杆机构运动提供动力的驱动部，所述支撑杆沿平行于钻探部件钻杆的方向布置，两组连杆机构的一端分别铰接在所述支撑杆的同一位置，两组连杆机构的另一端分别可移动的连接在所述支撑杆上；其中一组连杆机构固定在连接部侧壁上，所述测温部安装在另一组连杆机构上。5.根据权利要求4所述一种驻留式外星体内部热流测量热探针，其特征在于，所述连杆机构为三连杆机构，其中一组三连杆机构的中间连杆固定在连接部侧壁上，所述测温部安装在另一组三连杆机构的中间连杆上。6.根据权利要求4所述一种驻留式外星体内部热流测量热探针，其特征在于，所述支撑杆为螺杆，所述驱动部连接并驱动所述支撑杆，所述螺杆上螺纹连接有螺纹滑套，两组连杆机构的另一端铰接在所述螺纹滑套上。7.根据权利要求1至2、5至6任一项所述一种驻留式外星体内部热流测量热探针，其特征在于，还包括激励电源模块、信号采集模块和数据传输模块，所述激励电源模块与测温部连接并为测温部提供激励电源和加热功率，所述信号采集模块与测温部连接并将测温部测得的信号进行滤波放大后转换为温度信息，所述数据传输模块用于将所述温度信息传递给外星体表面的数据收发站。8.根据权利要求1至2、5至6任一项所述一种驻留式外星体内部热流测量热探针，其特征在于，所述连接部包括钻管，所述传感器支撑部安装在所述钻管内。9.根据权利要求8所述一种驻留式外星体内部热流测量热探针，其特征在于，所述钻管外侧壁上设有外螺纹，所述钻管采用低导热系数材料制成。10.一种驻留式外星体内部热流测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1,当热探针深入钻孔内部后，通过传感器支撑部将测温部从热探针连接部的中空结构内穿出，使测温部水平扎入外星体内部；S2，使测温部中位于最上方的第一温度传感器测量外星体内的温度和温差分布；S3，使测温部中位于最下方的第三温度传感器上的加热单元对外星体内部进行定功率加热，使第三温度传感器以及测温部中位于中间的第二温度传感器同时对加热温度场进行温度测量；采用瞬态热线法的基本原理和导热反问题的方法计算得到外星体土壤的导热系数，利用傅里叶导热定律计算得到外星体不同壤层的热流参数。2