CN101368840B - 一种便携式尾矿坝浸润线检测仪 - Google Patents

Abstract

一种便携式尾矿坝浸润线检测仪，由探头和终端机组成，在探头体的前端装有二个电极，电极之间串联二极管，二个电极通过标有刻度的导线绳索与终端机联接。本发明的特点是：操作简单，携带方便，能够轻松准确的判断探头是否接触到水面，并且检测电极被保护在探头的凹槽内，不会受到尾矿坝探测孔壁上面的水的影响，测量结果准确可靠。并且能够自动检测仪表自身线路是否出现联接故障。适用于尾矿坝下沉积水位的液面检测，也可以应用于打井、地质勘探等需要检测细小钻孔中水位的检测。

Description

一种便携式尾矿坝浸润线检测仪

技术领域

本发明涉及一种水位检测装置。具体涉及一种利用二极管的反向截止和水的导电性，来检测水位的仪表。

背景技术

金属与非金属矿山是工业生产的高危行业，而尾矿库是金属与非金属矿山安全生产的重要环节，也是该领域的重大危险源之一。

尾矿库内存有大量尾矿浆沉淀水，水位相对比较稳定；同时，从尾矿坝坝顶排放尾矿时，矿浆向库内流淌的过程中，矿浆水不断向下渗透；此外，汛期大量降雨。这些因素在尾矿坝体内形成一个庞大渗流场。再者，尾矿沉积体属非均值体，排矿部位又需要经常调换；坝体又在不断增高；况且在尾矿库整个服务期间内，矿源及选矿流程有可能改变，尾矿性能自然也会变化。这就是尾矿坝渗流场异常复杂的原因。浸润线即渗流流网的自由水面线，是尾矿坝安全的生命线，浸润线的高度直接关系到坝体稳定及安全性状，因此，对于浸润线位置的监测是尾矿库安全监测的重要内容。

目前对于尾矿坝浸润线位置的监测途径为，在修筑尾矿坝时便在适当位置开有直径一般在8到12厘米的探测孔，在尾矿库服务期间，定期检测各个探测孔下的水位高度，根据这些数据，了解整个尾矿坝的浸润线位置。

但是由于探测孔的孔径较小，孔壁上有渗水、凝水现象，所以一般的液位计无法在这种条件下使用。目前的直接检测方法是直接用长竿顺着探测孔向下探伸，估计接触到沉积水位后，在长竿露出探测孔的位置做标记，再将长竿取出，然后丈量长竿上湿痕上端与标记之间的距离，确定水位距离该子坝顶端的具体尺寸。

但是由于在探测孔的孔壁上有渗水、凝水现象，长竿不可避免的要和孔壁接触，使得长竿上湿痕边界不明显，导致该测量方法误差较大；而且长竿携带不方便，向探测孔内探伸的操作也比较麻烦，使得难以方便快捷地获得最终结果。

发明内容

针对现有尾矿坝浸润线测量方式存在的缺陷，本发明提出一种快捷、方便、准确测量沉积水位到矿坝顶面距离的便携仪表。

解决上述问题所采用的具体技术方案是：一种便携式尾矿坝浸润线检测仪，由探头和终端机组成，在探头体的前端开有凹槽，在凹槽的根部侧壁上开有排气孔，凹槽内装有二个电极，在二个电极之间用二个串联的二极管连接，二个电极联接导线绳索的导线一端，导线绳索是由导线与标有刻度的绳索并在一起，导线的另一端连接雷莫插头，雷莫插头与终端机联接。

手持终端机电路构成包括单片机系统、状态检测电路、蜂鸣器电路，电路间的联接关系：

单片机的I/O口P1.3、P1.2为检测控制信号的输出端，分别与状态检测电路的正向控制端(D+KGOUT)和反向控制端(D-KGOUT)相连；单片机的P1.1为状态检测信号的输入端，与比较器输出(WIN_IN)连接；单片机的P1.0为报警电路控制信号的输出端，与报警电路的输入端(BEEP)连接；二个电极分别连接状态检测电路的正极和负极。

本发明的电路原理是利用二极管的反向截止和水的导电性，来判断探头是否接触到水面。

当手持终端机工作时，单片机系统会控制状态检测电路对探头内二电极之间的串联二极管施加电压。正常情况下，当施加正向电压时，二极管处于正向导通状态，二电极间电势差较小；而当施加反向电压时，二极管处于反向截止状态，二电极间电势差较大。而当施加正向电压时，二电极间电势差较大，则说明电路处于开路状态，即线路没有连接好；而当探头接触到水面后，二电极之间由于有水的导电性起作用，则即使在施加反向电压时，二电极之间的电势差也较小。

当单片机系统根据施加的是正向还是反向电压，以及二电极之间的电势差高低，即可判断出电路是否正常工作，以及探头是否接触到水面。单片机系统根据判断结果，控制蜂鸣器发出间断或连续的鸣响信号，提示操作者。

本发明的特点是：操作简单，携带方便，能够轻松准确的判断探头是否接触到水面，并且检测电极被保护在探头的凹槽内，不会受到尾矿坝探测孔壁上面的水的影响，测量结果准确可靠。并且能够自动检测仪表自身线路是否出现联接故障。

本发明适合用于尾矿坝下沉积水位的液面检测，也可以应用于打井、地质勘探等需要检测细小钻孔中水位的检测。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的电路原理图

图3是本发明的程序控制流程图

图中：1探头，2凹槽，3电极A，4电极B，5串联二极管，6排气孔，7导线绳索，8雷莫插头，9手持终端机。

具体实施方式

结合附图具体说明本发明的结构及使用方法。

本发明的便携式尾矿坝浸润线检测仪是由探头和终端机组成，如图1所示，探头1为不锈钢制的圆柱形体，直径为5～6cm，在探头体前端开有一圆形凹槽2，凹槽2中装有电极A3、电极B4，电极A3与电极B4之间不发生直接接触，而是通过串联二极管5连接，串联二极管5为两个串联的1N4148二极管，电极头距离探头前端平面1mm，在凹槽2的根部侧壁上开有排气孔6。在探头1的后端接有导线与并在一起的标有尺寸刻度绳索的导线绳索7，绳索上的刻度读数为该点到探头前端的距离。电极A3、电极B4分别联接导线绳索7中的导线，导线的另一端连接雷莫插头8，雷莫插头8与终端机9联接。

手持终端机电路构成包括单片机系统、状态检测电路、报警电路。其中单片机系统主要由STC12C2052组成，状态检测电路主要由光耦继电器和比较器组成，报警电路主要由蜂鸣器组成。终端机各电路间的联接关系：如图2所示。

单片机的I/O口P1.3、P1.2为检测控制信号的输出端，分别与状态检测电路的正向控制端(D+KGOUT)和反向控制端(D-KGOUT)相连；单片机的P1.1为状态检测信号的输入端，与比较器输出(WIN_IN)连接；单片机的P1.0为报警电路控制信号的输出端，与报警电路的输入端(BEEP)连接；二个电极分别连接状态检测电路的正极和负极。

检测过程：在使用时，通过雷莫插头将探头导线与手持终端机相联接，手持终端机9由电池供电，打开手持终端机电源，将探头一点点沿尾矿坝的探测孔向下延伸探测。由于电极A3及电极B4都藏在探头1的凹槽2中，因此电极受到保护，并且不会接触到尾矿坝探测孔壁上面的水。而当探头接触到尾矿坝下的沉积水位面时，由于重力作用，会继续下沉，而由于凹槽2底部开有排气孔6，因此水会进入凹槽2内，分别与电极A3及电极B4接触，由于水的导电性，会改变电极A3与电极B4之间的电势差。手持终端机9中的单片机系统及状态检测电路通过对电极A3与电极B4之间的电势差的判断，来确定探头是否接触到水面。

具体检测过程是由单片机控制程序对正向检测和反向检测信号状态进行判断启动蜂鸣器，提示探头位置。以下结合附图3说明检测程序控制：

当进入系统启动程序后，进入正向检测控制信号程序，单片机输出开关量信号，程序进入了读取比较器输出状态，进而程序进入判断比较器输出状态，当正向控制端(D+KGOUT节点)为高电平，反向控制端(D-KGOUT节点)为低电平，此时Q1导通Q2截止，二极管正极(DIODE+节点)接到5伏，DR-接到地。当线路完好时，二极管负极(DIODE-节点)电压(也是比较器正相输入端)应在3.8伏左右，正相输入电压大于负相输入电压(3.0伏)比较器输出高电平，此时蜂鸣器处在蜂鸣器停止蜂鸣程序。当线路开路时，二极管负极(DIODE-节点)电压(也是比较器正相输入端)应在0左右，正相输入电压小于负相输入电压(3.0伏)比较器输出低电平，判定线路开路，蜂鸣器间隔鸣叫。

当进入反向检测控制信号程序时，单片机输出开关量信号，读取比较器输出状态，当程序进入判断比较器输出状态时，当正向控制端(D+KGOUT节点)为低电平，反向控制端(D-KGOUT节点)为高电平，此时Q1截止Q2导通，二极管正极(DIODE+节点)接到地，DR-接到5伏。当没有触水时，二极管负极(DIODE-节点)电压(也是比较器正相输入端)应在5伏左右，正相输入电压大于负相输入电压(3.0伏)比较器输出高电平，蜂鸣器停止蜂鸣，程序返回初始检测状态。当触水时，二极管的两个电极被水短路，二极管负极(DIODE-节点)电压(也是比较器正相输入端)应略大于0伏，正相输入电压小于负相输入电压(3.0伏)比较器输出低电平，判定触水，蜂鸣器持续鸣叫。

当操作人员根据蜂鸣器的提示确定探头1已经接触到水面时，即可停止向尾矿坝探测孔内探伸探头1，然后读出导线绳索7露出探测孔外部点的尺寸读数，即为沉积水位到尾矿坝顶面的距离。

若蜂鸣器的提示为线路开路，则须检测仪表的线路连接。而若蜂鸣器无提示，则说明探头1尚未接触到水面，可继续将探头1向尾矿坝探测孔内探伸。

Claims (1)

1.一种便携式尾矿坝浸润线检测仪，其特征在于：由探头和终端机组成，在探头体的前端开有凹槽，在凹槽的根部侧壁上开有排气孔，凹槽内装有二个电极，在二个电极之间用二个串联的二极管连接，二个电极联接导线绳索的导线一端，导线绳索是由导线与标有刻度的绳索并在一起，导线的另一端连接雷莫插头，雷莫插头与终端机联接。

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