CN101514994A - 一种地下水渗透流速智能测量装置 - Google Patents

Abstract

一种地下水渗透流速智能测量装置，包括探头和智能终端设备，探头包括测量/控制组件、投源器和通讯接口，测量/控制组件包括NaI晶体、光电倍增管和控制电路，光电倍增管、投源器和通讯接口分别与所述的控制电路连接；探头通过通讯接口与蓝牙无线通讯装置连接，蓝牙无线通讯装置以蓝牙通讯方式与智能终端设备连接。本发明装置测量精度和工作效率高，大大减少放射性源的使用，既有效保护环境，又减少射线对人体的损伤。探头上的整体设计，减少了探头接口，有效保障仪器在测井中安全稳定工作。投源器的对称出源设计，可达到均匀投源的目的。基于蓝牙技术的无线控制和便携设备的应用，简化了设备，更易于在野外作业。

Description

一种地下水渗透流速智能测量装置

技术领域

本发明属于地下水动力学测量技术领域，涉及一种地下水渗透流速测量装置。

背景技术

对于地下水渗透流速的测量，其测量方法是在测井中投入放射源，通过射线传感元件记录射线强度，测定不同时刻测井内的放射源强度后，利用不同时刻测井内放射源强度和点稀释定理求得地下水渗透流速。现有技术中常用基于盖革管作为传感元件的测渗系统。盖革管根据射线对气体的电离作用制成，通常的结构是在密闭的玻璃管内以金属丝为阴极，在玻璃管的另一端以金属盖为阳极，玻璃管内充满惰性气体。当射线进入玻璃管内，会使惰性气体发生电离，产生瞬时脉冲电压，因此可以根据一定时间内产生脉冲电压的次数记录射线强度。对于利用盖革管作为射线传感元件的地下水渗透流速测量装置，为测量测井内的放射源强度，首先射线须穿透玻璃管；其次射线须电离惰性气体以产生脉冲电压，因此其工作效率较低。同时，为了减少射线进入盖革管时的能量损失，玻璃管壁都非常薄，极易破碎，容易造成仪器的损坏。再者，现有的地下水渗透流速测量装置中，探头分成探测、电路控制、投源器等相互隔离的部分，有多个接缝都需要做密封处理，密封过程复杂，且有一处密封出现问题都会引起系统瘫痪，易带来探头漏水而无法工作等问题；投源器采用单孔出源结构，容易导致投源不均的现象。另外，现有的测量装置仪器笨重，携带非常不方便，不易于野外作业。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地下水渗透流速智能测量装置，能克服上述基于盖革管射线传感器的测渗系统的缺陷，解决现有设备工作效率低、测量精度和可靠性低、仪器稳定性和便携性差等问题，同时减少放射源的使用，是一种安全、可靠、操作简便且便于携带，又能保证测量精度的地下水渗透流速智能测量系统。

本发明的技术解决方案如下：

一种地下水渗透流速智能测量装置，包括探头和智能终端设备，其特征在于：所述探头包括测量/控制组件、投源器和通讯接口，测量/控制组件包括NaI晶体、光电倍增管和控制电路，采用NaI晶体为射线传感器并设置于光电倍增管前端，光电倍增管与控制电路连接；投源器和通讯接口分别与测量/控制组件内的控制电路连接；

所述的探头通过通讯接口与蓝牙无线通讯装置连接，蓝牙无线通讯装置以蓝牙通讯方式与智能终端设备连接。

本发明的智能测量装置测量地下水渗透流速的方法，是在测井中投入放射源，投源的方法有点投和整孔标记两种方法，由测量/控制组件记录放射源的射线强度，即NaI晶体受到射线激发发出光子，光电倍增管接收光子并放大，控制电路根据光电倍增管电压变化确定射线强度；测定出不同时刻测井内的放射源强度后，由蓝牙无线通讯装置将数据发送至智能终端设备，由智能终端设备保存并进行处理。

所述的测量/控制组件中，NaI晶体、光电倍增管和控制电路都置于探头内部，设计为固定连接并形成整体结构。

所述的测量/控制组件内的控制电路与光电倍增管、投源器和通讯接口连接，可由单片微型计算机系统组成，探头中投源操作、数据测量、采集以及通讯由单片微型机控制。

所述探头内部设有电源提供探头所需的电能，并提供光电倍增管工作所需的高压。

所述的通讯接口与蓝牙无线通讯装置之间由通讯电缆连接，如实施例中所采用的2芯电缆，电缆能承受50kg的拉力，控制电路通过RS-485通讯方式将数据发送到蓝牙无线通讯装置。

探头所采集的数据通过通讯接口由蓝牙无线通讯装置发送至智能终端设备，智能终端设备保存并进行数据处理，并对装置进行控制。所述的智能终端设备为带有操作系统的智能终端设备，如微型计算机或笔记本电脑，优选基于内嵌操作系统的便携设备。所述的智能终端设备功能结构上包括投源模块、测量模块和数据处理模块。其中，投源模块主要功能是启动/关闭投源器；测量模块主要功能启动/关闭测量/控制组件，接收/保存经蓝牙发送到智能终端系统的测量数据；数据处理模块主要功能是，处理接收到的数据，输出流速值及流速随深度变化图等测量结果。

除采用现有各种投源器外，本发明的测量装置还对投源器进行双出源口优化设计，以对称投源的方式达到均匀标记测井内水体的目的。所述的投源器分为隔离的动力腔和投源腔，动力腔和投源腔由连动设备连接，动力腔内电机驱动连动设备工作，连动设备带动投源腔内螺旋桨转动；在投源腔对称的位置布置两个投源口。投源时启动电机带动动力腔内连动设备，投源腔内螺旋桨在连动设备带动下转动，投源腔体内的放射源受到压力作用从对称的出源口出源，实现双出源口对称投源方式。

本发明的地下水渗透流速智能测量装置，光电倍增管比盖革管射线传感器更灵敏，测量精度更高，使用少量放射源即可完成地下水流速测量；仪器工作效率高，可减少放射性源的使用量，不仅更有效的保护了环境，同时也减少了射线对人体的损伤。探头设计上测量和控制电路的整体设计，减少了探头接口，大大降低了仪器探头进水的概率，更实现了仅利用带有操作系统的智能终端设备取代现有技术中仪器箱加笔记本电脑的模式，大大简化了仪器设备，提高了地下水渗透流速智能测量系统的便携性，更易于在野外作业。投源器的双出源口设计，通过对称投源的方式达到均匀标记测井内水体的目的，测量数据更可靠。总之，本发明能提高仪器工作效率，减少放射源的使用，提高仪器的安全可靠性以及便携性。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求的范围加以限定。

附图说明

图1是本发明中探头的模块结构示意图

图2是本发明中探头的内部结构示意图

图3是本发明中智能终端设备的功能模块图

图4是本发明智能测量装置的操作流程图

图5是本发明用于野外测量的工作示意图

图6是本发明用于野外测量的工作流程图

图7是投源器结构示意图

图中：1是探头内的测量/控制组件、2是NaI晶体、3是光电倍增管、4是控制电路、5是电源、6是投源器、7是通讯接口、8是通讯电缆、9是无线蓝牙通讯装置、10是智能终端设备、11是地层、12是测井、21是动力腔、22是投源腔、23是电机、24是连动设备、25、26是出源口、27是螺旋桨。

具体实施方式

一种地下水渗透流速智能测量装置，包括探头、蓝牙无线通讯装置9和智能终端设备10，探头上的通讯接口7用2芯通讯电缆8(电缆能承受50kg的拉力)与蓝牙无线通讯装置9连接，探头和智能终端设备10通过蓝牙无线通讯装置9进行通讯和数据交换。

如图1和图2，探头包括测量/控制组件1、投源器6和通讯接口7。其结构是探头内的测量/控制组件1采用NaI晶体2为射线传感器，NaI晶体2固定在光电倍增管3前面；测量/控制组件内的控制电路4为单片机系统，光电倍增管3与控制电路4相连并固定在控制电路4的电路板上；因此NaI晶体2、光电倍增管3和控制电路4固定连接并形成整体结构。投源器6和通讯接口7再与测量/控制组件1中的控制电路4连接。电源5提供探头的工作电源，其中光电倍增管3工作的高压，由电源5经逆变、放大和整流等过程将直流电转换形成，电源5由水银开关控制，探头置于测井内时便自动接通。

探头的工作原理是，控制电路4控制探头将投源器6中的放射源注入测井并启动测量和采集数据，NaI晶体2受到射线激发发出光子，光电倍增管3接收光子并将信号放大，控制电路4读取光电倍增管3输出的电压信号确定射线强度，控制电路4控制通讯接口7将采集的数据通过RS-485通讯方式将数据发送到蓝牙无线通讯装置9，由蓝牙无线通讯装置9以无线蓝牙的传输方式发送到智能终端设备10。

如图3，智能终端设备实现对测量的控制和数据处理，为基于内嵌windowsmobile系统的便携设备，主要包括三个模块：投源模块、测量模块、数据处理模块。投源模块负责启动/关闭投源器。测量模块用于测量不同时刻测井内射线强度，能根据现场条件设置相应参数，并启动/关闭测量并接收/保存测量数据。数据处理模块主要进行数据的后期处理，首先根据测量数据及相应参数设置计算输出地下水渗透流速，并输出沿测井深度方向的流速变化图。

如图4，图4为智能测量装置的操作流程图。首先启动测量系统，启动投源器将放射源注入测井，然后设置相应参数开始预测量，并判断预测量结果，判断投入测井的放射源浓度是否符合试验要求，如果满足试验要求则开始测量，采集、存储并处理数据，输出测量结果；否则重新启动投源器投源，增加放射源浓度达到试验要求后重复上述过程。

如图5和图6，将所述的智能测量装置用于实际测量。测量前在地层11钻孔形成测井12，用通讯电缆8将探头上的通讯接口7与蓝牙无线通讯装置9连接后，将探头放入测井12，由智能终端设备10发送指令到控制电路4控制探头的投源与测量。测量开始前要配置放射源，放射源经探头上的投源器6注入测井12，放射源注入测井12的方式有点投或整孔标记，将高浓度放射源用蒸馏水或者纯净水稀释到一定浓度，然后将稀释过的放射源注入投源器6，再将探头缓慢放入测井12到确定位置即完成。启动智能测量装置控制投源器投源，确定投源满足试验要求后开始测量，最后将测量结果处理完后输出。

上述智能测量装置，探头中采用的投源器设计为双出源口，如图7所示。投源器结构长150mm，直径38mm，投源器分为隔离的动力腔21和投源腔22；动力腔21内电机23驱动连动设备24，连动设备24为相邻安置且相互平行的一对内嵌磁铁的圆盘，其带动投源腔22内螺旋桨27；在投源腔22对称的位置布置两个出源口25、26。用清水将投源器6注满后，注入放射源。投源时启动电机23带动动力腔21内连动设备，投源腔22内螺旋桨27在连动设备带动下转动，投源腔体内的放射源水体受到压力作用从对称的出源口25、26出源，从而实现对称投源。

用所述的智能测量装置进行放射源强度测定，并与现有仪器进行对比。实验定时1秒为一个计数周期，总计数时间15秒，分别记录在无源即自然状态下和有源即有放射源状态下，现有仪器计数率和本发明的智能测量装置的计数率。

自然状态下实验过程是，分别将现有仪器和本发明放在室内，且无任何放射性源干扰，在相同的时间周期下记录下太阳辐射粒子强度。

有放射源状态下实验过程是，依次将同一放射源与现有仪器和本发明放置在室内，且放射源与仪器之间距离相等，在相同的周期下，分别记录放射强度。

实验数据如表1所示：

表1对比试验数据

试验证明不管在自然状态下或者在有放射源作用下，本发明的智能测量装置计数率都明显较现有仪器计数率高，可见本发明能大大提高仪器的工作效率。同样的条件下，本发明的智能测量装置使用少量放射源即可获得现有仪器使用相对大量放射源才能达到的效果，因此本发明能大大节约了放射源的使用，保护了环境和试验者的安全。

Claims (10)

1、一种地下水渗透流速智能测量装置，包括探头和智能终端设备，其特征在于：所述探头包括测量/控制组件、投源器和通讯接口，测量/控制组件包括NaI晶体、光电倍增管和控制电路，采用NaI晶体为射线传感器并设置于光电倍增管前端，光电倍增管与控制电路连接；投源器和通讯接口分别与测量/控制组件内的控制电路连接；

所述的探头通过通讯接口与蓝牙无线通讯装置连接，蓝牙无线通讯装置以蓝牙通讯方式与智能终端设备连接。

2、根据权利要求1所述的智能测量装置，其特征在于所述的测量/控制组件中，NaI晶体、光电倍增管和控制电路固定连接并形成整体结构置于探头内部。

3、根据权利要求1所述的智能测量装置，其特征在于所述的测量/控制组件内的控制电路为单片微型计算机系统。

4、根据权利要求1所述的智能测量装置，其特征在于所述的通讯接口与蓝牙无线通讯装置之间由通讯电缆连接。

5、根据权利要求1所述的智能测量装置，其特征在于智能终端设备包括投源模块、测量模块和数据处理模块。

6、根据权利要求5所述的智能测量装置，其特征在于投源模块用于启动/关闭投源器。

7、根据权利要求5所述的智能测量装置，其特征在于测量模块用于启动/关闭测量/控制组件，接收/保存经蓝牙无线通讯装置发送到智能终端设备的测量数据。

8、根据权利要求5所述的智能测量装置，其特征在于数据处理模块用于数据处理并输出测量结果。

9、根据权利要求1所述的智能测量装置，其特征在于所述的投源器分为隔离的动力腔和投源腔，动力腔和投源腔由连动设备连接，动力腔内电机驱动连动设备工作，连动设备带动投源腔内螺旋桨转动；在投源腔对称的位置布置两个出源口。

10、根据权利要求1所述的智能测量装置，其特征在于智能终端设备是基于内嵌windows mobile系统的便携设备。

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