CN102645288B - 一种快速压入式的深部地下水温实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于地下水温度检测装置技术领域，公开了一种快速压入式的深部地下水温实时监测装置，该装置包括温度传感探头(1)、钻杆(2)、多芯传导线(3)、压力压入装置(4)、参数感应输入单元(5)和主控制处理器(6)；钻杆(2)的下部与温度传感器探头(1)连接，钻杆(2)的上部与压力压入装置(4)连接，多芯传导线(3)位于钻杆(2)内，伸出钻杆(2)和压力压入装置(4)与参数感应输入单元(5)连接，参数感应输入单元(5)与主控制处理器(6)连接。本发明具有成本低，效率高，监测数据精确可靠，可连续监测的优点。

Description

一种快速压入式的深部地下水温实时监测装置

技术领域

本发明属于地下水温度检测装置技术领域，尤其是涉及一种能够用于岩土工程野外勘察过程中不需要钻井，就能对地下水资源与生态环境进行评价，精确监测不同高度、不同地层的地下水温度监测装置。

背景技术

地下水温度监测是地下水动态研究的一项必不可少的基础工作。利用地下水温度的变化，不但可以获得地下水与其他水体的交换过程，而且还可以对地下水运动方向、流速、地层岩性、构造、地形、渗流场、渗透系数、扩散系数、地震预报、当地气候和人类活动影响等进行分析评价。随着自动化技术以及地质学、热学、水动力学等学科的快速发展，以地下水温度为示踪剂，利用传感器为核心技术的地下水温度监测装置也得到了不断发展，并在基坑、隧道、堤坝等工程中得到了一定的应用。

现有的地下水温度监测主要是通过现场开、挖井，在待测地层埋设温度传感器，通过人工采集数据的方法来实现，也有部分安装实时监测仪器，但是由于野外施工环境复杂多变、现场钻机体积庞大、成孔速度慢、易发生塌孔、监测数据精确度低、成本高，不能达到低成本、精确、简捷、快速、实时监测地下水温度的目的，并且，不具备同时监测不同地层深度地下水温度的功能；部分设备通过供电线路为监测仪器供电，不能通过充电电池供电。

中国专利CN201983828U地下水位水温和气温实时监测仪，包括外壳，以及外壳内部的控制器、数据采集系统和供电装置，主要特征包括GPRS通信模块和位于外壳下方的监测井，数据采集系统包括水温传感器和气温传感器，使用时将数据采集系统放入水位线下的待测土层内，土层内的孔隙水被数据采集系统感应，数据处理后通过GPRS传输给中心监测站，即可监测读出地下水位水温和气温。此方法仅是把数据采集系统放入事先开挖好的监测井待测位置，然后在监测井上安装地下水位水温和气温实时监测仪，再将传感器置于水位线下，而不能用于原状地层中不同高度不同地层地下水温度监测。

中国专利CN2032652U智能化地下水位水温测试记录仪，主要由圆筒形外壳、单片微机系统、传感系统、电源和记录载体组成，采用把温度传感器安装在金属材料的外壳内，利用单片机技术应用集成电路和RAM芯片，采集和处理监测数据。同样，此方法只适用于传感器事先预置于待监测位置，不能用于原状地层中不同高度不同地层地下水温度的监测。

中国专利CN102072775A一种应用于岩土工程领域便携式温度测量记录仪，在温度探头主体的顶部通过温度探头尾部的密封盖连接有温度探头电源信号线，在温度探头主体的头部设有温度探头，温度探头主体中部设有深度传感器，通过电动线缆绞车和参数检测纪录箱，实现地下或地表温度的快速监测。该法仅适用于岩土工程浅层埋管内不同深度的液体温度监测，不能用于深部原状地层中地下水温度的监测。

中国专利CN201497596U地下温度测量仪，包括温度传感器、温度显示器、电源和传导通路，有无报警器和报警器两种形式。其解决是测试地下某部位的温度，当测试器接触液体时会报警，仅适用于既有开挖井或浅层地表地下水温度监测，不适合于深部原状地层中地下水温度的监测。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种快速压入式的深部地下水温实时监测装置，该装置具有成本低、效率高、精确和实时监测的特点。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种快速压入式的深部地下水温实时监测装置，该装置包括温度传感探头、钻杆、多芯传导线、压力压入装置、参数感应输入单元和主控制处理器；钻杆的下部与温度传感器探头连接，钻杆的上部与压力压入装置连接，多芯传导线位于钻杆内，伸出钻杆和压力压入装置与参数感应输入单元连接，参数感应输入单元与主控制处理器连接。

所述的温度传感探头的形状为弹头形状，包括锥形壳体与主壳体，锥形壳体与主壳体通过螺纹连接。

所述的锥形壳体与主壳体的连接部位设有第一密封垫。

所述的锥形壳体内设一个与锥形壳体焊接连接的隔板，在锥形壳体与隔板两端的连接部位每90°设有一个定位孔。

所述的定位孔的直径为3mm。

所述的主壳体内设有水温传感器、底座、通水孔、透水阻尼滤网、固定架、水温传感器保护罩和连接导线，水温传感器通过底座与固定架进行固定连接，水温传感器顶端与底座内壁面采用第二密封垫密封连接，水温传感器的尾部与底座内壁面采用第三密封垫密封连接，水温传感器尾部外设有水温传感器保护罩，进一步固定并保护水温传感器，水温传感器尾部通过连接导线与多芯传导线连接，主壳体的尾部通过第四密封垫与多芯传导线密封连接，通水孔位于主壳体顶端壳壁上，透水阻尼滤网位于主壳体顶端内壳壁上。

所述的水温传感器采用铂电阻温度传感器。

所述的水温传感器尾部采用无线发送端口，将采集到的地下水温度信号发送给地表工作面上参数感应输入单元进行接收，从而简化监测步骤，省略所述多芯传导线。

所述的参数感应输入单元包括放大滤波器和A/D转换器，放大滤波器的输入与多芯传导线的输出连接，放大滤波器的输出与A/D转换器的输入连接。

所述的主控制处理器包括CPU控制存储器、液晶显示器、参数控制键、打印机、报警器、电源接口和通信接口，A/D转换器的输出与CPU控制存储器的输入连接，CPU控制存储器的输入与参数控制键的输出连接，CPU控制存储器的输出与液晶显示器的输入连接，CPU控制存储器的输入与打印机的输出连接，CPU控制存储器的输入与报警器的输出连接，电源接口的输出与CPU控制存储器连接，通信接口与CPU控制存储器连接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1、本发明的装置中温度传感探头直接利用压力压入装置快速压入待检测地层，使温度传感器直接与地下水接触，地下水温度检测方便，不需要单独打井，成本低，效率高，监测数据精确可靠；

2、本发明的装置中温度传感探头体积小、自动化程度高、可压入深度可控性强，可实现不同地层、不同深度的地下水温度的实时、连续监测；

3、本发明的装置中温度采集数据经过处理后可通过通信接口与iPad，iPod Touch等手持可移动式智能设备进行连接，实现温度采集数据输出与自动校准，实时监测、显示地下水温度，实现地下水温度智能化监测。

附图说明

图1为本发明的快速压入式的深部地下水温实时监测装置结构示意图。

图2为本发明快速压入式的深部地下水温实时监测装置的温度传感探头剖视结构示意图。

图3为图2所示的温度传感探头转动45°侧剖视结构示意图。

其中：1为温度传感探头、2为钻杆、3为多芯传导线、4为压力压入装置、5为参数感应输入单元、6为主控制处理器、7为地下水位、101为锥形壳体、102为主壳体、103为隔板、104为第一密封垫、105为定位孔、106为水温传感器、107为底座、108为通水孔、109为透水阻泥滤网、110为固定架、111为水温传感器保护罩、112为连接导线、113为第二密封垫、114为第三密封垫、115为第四密封垫、501为放大滤波器、502为A/D转换器、601为CPU控制存储器、602为液晶显示器、603为参数控制键、604为打印机、605为报警器、606为电源接口、607为通信接口。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

实施例

如图1所示，图1为本发明的快速压入式的深部地下水温实时监测装置结构示意图。

一种快速压入式的深部地下水温实时监测装置，该装置包括温度传感探头1、钻杆2、多芯传导线3、压力压入装置4、参数感应输入单元5和主控制处理器6；钻杆2的下部与温度传感器探头1连接，钻杆2的上部与压力压入装置4连接，多芯传导线3位于钻杆2内，伸出钻杆2和压力压入装置4与参数感应输入单元5连接，参数感应输入单元5与主控制处理器6连接。

温度传感探头1的形状为弹头形状，包括锥形壳体101与主壳体102，锥形壳体101与主壳体102通过螺纹连接。

锥形壳体101与主壳体102的连接部位设有第一密封垫104。

锥形壳体101内设一个与锥形壳体101焊接连接的隔板103，在锥形壳体101与隔板103两端的连接部位每90°设有一个定位孔105。

定位孔105的直径为3mm。

主壳体102内设有水温传感器106、底座107、通水孔108、透水阻泥滤网109、固定架110、水温传感器保护罩111和连接导线112，水温传感器106通过底座107与固定架110进行固定连接，水温传感器106顶端与底座107内壁面采用第二密封垫113密封连接，水温传感器106的尾部与底座107内壁面采用第三密封垫114密封连接，水温传感器106尾部外设有水温传感器保护罩111，进一步固定并保护水温传感器106，水温传感器106尾部通过连接导线112与多芯传导线3连接，主壳体102的尾部通过第四密封垫115与多芯传导线3密封连接，通水孔108位于主壳体102顶端壳壁上，透水阻泥滤网109位于主壳体102顶端内壳壁上。

水温传感器106采用铂电阻温度传感器。

水温传感器106尾部也可采用无线发送端口，将采集到的地下水温度信号发送给地表工作面上参数感应输入单元5进行接收，从而简化监测步骤，省略所述多芯传导线3。

参数感应输入单元5包括放大滤波器501和A/D转换器502，放大滤波器501的输入与多芯传导线3的输出连接，放大滤波器501的输出与A/D转换器502的输入连接。

主控制处理器6包括CPU控制存储器601、液晶显示器602、参数控制键603、打印机604、报警器605、电源接口606和通信接口607，A/D转换器502的输出与CPU控制存储器601的输入连接，CPU控制存储器601的输入与参数控制键603的输出连接，CPU控制存储器601的输出与液晶显示器602的输入连接，CPU控制存储器601的输入与打印机604的输出连接，CPU控制存储器601的输入与报警器605的输出连接，电源接口606的输出与CPU控制存储器601连接，通信接口607与CPU控制存储器601相连接。

工作流程如下：

温度传感探头1依据地下水温度监测要求，通过压力压入装置4依次加入钻杆2到达地下水温度待测位置，然后利用钻杆2引出的多芯传导线3与参数感应输入单元5连接，使放大滤波器501的输入与多芯传导线3的输出连接，放大滤波器501的输出与A/D转换器502的输入连接，从而将温度信号转换为电信号，并完成能量信号的滤波、放大和模数转换，然后传递到主控制处理器6，使A/D转换器502的输出与CPU控制存储器601的输入连接，CPU控制存储器601的输入与参数控制键603的输出连接，CPU控制存储器601的输出与液晶显示器602的输入连接，CPU控制存储器601的输入与打印机604的输出连接，CPU控制存储器601的输入与报警器605的输出连接，电源接口606的输出与CPU控制存储器601连接，通信接口607与CPU控制存储器601相连接，从而得到实际监测的地下水温度并实时在液晶显示器602上进行显示。CPU控制存储器601为嵌入式微处理器，具有数据微处理与存储记忆功能。水温传感器106接触到地下水时，报警器605会发出声音报警。通信接口607可与iPad，iPod Touch等手持可移动式智能设备进行连接，便于地下水温度实时监测数据的下载与上传，便于野外携带，实现智能自动化控制。

图2是本发明快速压入式的深部地下水温实时监测装置的温度传感探头剖视结构示意图，图3是图2所示的温度传感探头转动45°侧剖视结构示意图。其原理是锥形壳体101与主壳体102共同组成温度传感探头1，其形状为弹头形状，其材料采用不锈钢材料，并通过螺纹连接，在主壳体102内设有水温传感器106、底座107、通水孔108、透水阻泥滤网109、固定架110、水温传感器保护罩111和连接导线112，温度传感探头1所在待测位置的地下水通过通水孔108与透水阻泥滤网109可直接引入温度传感探头1内，使水温传感器106与外部渗透的地下水直接接触，实时监测待测位置地下水温度的细微变化，确保地下水温度监测的精度；在锥形壳体101内设一个与锥形壳体101焊接的隔板103，锥形壳体101与隔板103两端的连接部位每90°设有一个用于固定拆装主壳体102的工具定位孔105，每个定位孔的直径为3mm，当拆装锥形壳体101与主壳体102时，可以将相应的拆装工具固定于定位孔105内，以便于带动锥形壳体101与主壳体102之间的相对旋转，从而方便现场地下水温度监测时快速打开或锁紧锥形壳体101与主壳体102。

水温传感器106采用铂电阻温度传感器，其具备监测精度高，测温时间短，稳定性好以及体积小等优点。透水阻泥滤网109主要起阻泥渗水作用，可将压力压入装置4压入温度传感探头1过程中遇到的泥土阻止在温度传感探头1的外面，确保温度传感探头1内部渗水顺畅，确保水温传感器106能实时感应到待测位置地下水的细微变化。

水温传感器106尾部通过连接导线112与多芯传导线3连接，多芯传导线3外皮为硬质绞线，可抗拉力不小于50kg/N，伸缩性微小，并设有最小分辨率为mm的刻度，便于精确定位温度传感探头1的监测位置以及快速读取待测地下水位7线。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种地下水温实时监测装置，其特征在于：该装置包括温度传感探头（1）、钻杆（2）、多芯传导线（3）、压力压入装置（4）、参数感应输入单元（5）和主控制处理器（6）；钻杆（2）的下部与温度传感器探头（1）连接，钻杆（2）的上部与压力压入装置（4）连接，多芯传导线（3）位于钻杆（2）内，伸出钻杆（2）和压力压入装置（4）与参数感应输入单元（5）连接，参数感应输入单元（5）与主控制处理器（6）连接；

所述的温度传感探头（1）的形状为弹头形状，包括锥形壳体（101）与主壳体（102），锥形壳体（101）与主壳体（102）通过螺纹连接；

所述的主壳体（102）内设有水温传感器（106）、底座（107）、通水孔（108）、透水阻泥滤网（109）、固定架（110）、水温传感器保护罩（111）和连接导线（112），水温传感器（106）通过底座（107）与固定架（110）进行固定连接，水温传感器（106）顶端与底座（107）内壁面采用第二密封垫（113）密封连接，水温传感器（106）的尾部与底座（107）内壁面采用第三密封垫（114）密封连接，水温传感器（106）尾部外设有水温传感器保护罩（111），进一步固定并保护水温传感器（106），水温传感器（106）尾部通过连接导线（112）与多芯传导线（3）连接，主壳体（102）的尾部通过第四密封垫（115）与多芯传导线（3）密封连接，通水孔（108）位于主壳体（102）顶端壳壁上，透水阻泥滤网（109）位于主壳体（102）顶端内壳壁上。

2.根据权利要求1所述的地下水温实时监测装置，其特征在于：所述的锥形壳体（101）与主壳体（102）的连接部位设有第一密封垫（104）。

3.根据权利要求1所述的地下水温实时监测装置，其特征在于：所述的锥形壳体（101）内设一个与锥形壳体（101）焊接连接的隔板（103），在锥形壳体（101）与隔板（103）两端的连接部位每90°设有一个定位孔（105）。

4.根据权利要求3所述的地下水温实时监测装置，其特征在于：所述的定位孔（105）的直径为3mm。

5.根据权利要求1所述的地下水温实时监测装置，其特征在于：所述的水温传感器（106）采用铂电阻温度传感器。

6.根据权利要求1所述的地下水温实时监测装置，其特征在于：所述的水温传感器（106）尾部采用无线发送端口，将采集到的地下水温度信号发送给地表工作面上参数感应输入单元（5）进行接收。

7.根据权利要求1所述的地下水温实时监测装置，其特征在于：所述的参数感应输入单元（5）包括放大滤波器（501）和A/D转换器（502），放大滤波器（501）的输入与多芯传导线（3）的输出连接，放大滤波器（501）的输出与A/D转换器（502）的输入连接。

8.根据权利要求7所述的地下水温实时监测装置，其特征在于：所述的主控制处理器（6）包括CPU控制存储器（601）、液晶显示器（602）、参数控制键（603）、打印机（604）、报警器（605）、电源接口（606）和通信接口（607），A/D转换器（502）的输出与CPU控制存储器（601）的输入连接，CPU控制存储器（601）的输入与参数控制键（603）的输出连接，CPU控制存储器（601）的输出与液晶显示器（602）的输入连接，CPU控制存储器（601）的输入与打印机（604）的输出连接，CPU控制存储器（601）的输入与报警器（605）的输出连接，电源接口（606）的输出与CPU控制存储器（601）连接，通信接口（607）与CPU控制存储器（601）连接。

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