CN106483326B - 一种地下水检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下水检测系统，包括筒状容器、反馈装置和无线控制系统，筒状容器内设置有反光物容器、用于产生第一激光光路和第二激光光路的装置、电涡流传感器、两个雪崩二极管、信号接收器和无线通信装置，反光物容器上设置有电子阀门，反光物容器中设置有金属中空球，金属中空球的密度等于水的密度，反光物容器设置在第一激光光路之间；当金属中空球被释放时，电涡流传感器记录释放时间，当金属中空球运动到第一激光光路或第二激光光路上反生光发射，反射光被两个雪崩二极管接收传递给信号发生器，通过无线通信装置发给反馈装置和无线控制系统，从而得到地下水的流速和流向。本发明具有如下优点：测量速度快、精度高和成本低。

Description

一种地下水检测系统

技术领域

本发明涉及地下水检测领域，具体涉及一种地下水检测系统。

背景技术

目前多个行业都亟需监测地下水的流速和流向，如污染场地地下水调查、评估地质处置库的安全性和可靠性、地下水资源调查和监控、水文调查等。目前已经开发出的测量地下水的流速和流向的方法和技术已经多种多样，最普遍使用的方法是水文地质调查过程中使用的多井测定水头差判定水流流向并通过抽水试验及调查的场地介质的渗透系数计算流速，此方法操作繁琐，需要耗费大量的人力、物力，并且由于场地中实际介质的非均一性会引起较大的测定误差。

除了多井测量外，还存在单井测量技术。单井测试技术主要有Geotech公司开发的地下水流速和流向测定系统(AquaVISION)，其原理主要是采用高端相机拍摄地下水中流动状态的颗粒物，通过统计分析多个颗粒物的流动状态分析得出地下水流速和流向。该技术的精确度依赖于CCD成像和统计悬浮颗粒物的算法，具有较高的开发难度。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种可以快速、准确测量地下水的流速和流向的地下水检测系统。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种地下水检测系统，包括：筒状容器，所述筒状容器的内壁上设置有第一反光物容器，所述第一反光物容器上设置有第一电子阀门，所述第一反光物容器中设置有第一金属中空球，所述第一金属中空球的密度等于水的密度；所述筒状容器的内壁夹层中设置有第一激光光源、第二激光光源、第一激光光阱和第二激光光阱，所述第一激光光源在启动时与所述第一激光光阱之间形成第一激光光路，所述第二激光光源在启动时与所述第二激光光阱之间形成第二激光光路，所述第一反光物容器设置在所述第一激光光路和所述第二激光光路之间；所述筒状容器的内壁夹层中还设置有第一电涡流传感器、第一雪崩二极管、第二雪崩二极管、信号接收器和第一无线通信装置，所述第一电涡流传感器正对设置在与所述第一电子阀门的相对侧，所述第一雪崩二极管和所述第二雪崩二极管均与所述信号接收器连接，所述无线通信装置分别与第一电涡流传感器和所述信号接收器连接；反馈装置，用于接收所述无线通信装置发送的信息和无线控制系统发送的流速信息并提供给用户；所述无线控制系统，分别与所述电子阀门、所述第一激光光源、所述第二激光光源和所述反馈装置连接。

根据本发明实施例的地下水检测系统，通过电涡流传感器记录金属中空球被释放时的时间，金属中空球被第一激光光路或第二激光光路照射时发生的散射光，散射光分别在两个雪崩二极管中生成的大量载流子并通过信号分析器最终得到金属球的位置变化和接收散射光的时间，从而确定金属中空球的速度和方向，即水流的速度和方向，具有测量速度快、精度高和成本低的优点。

另外，根据本发明上述实施例的地下水检测系统，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述筒状容器的内壁夹层中设置有第一驱动装置，所述驱动装置用于根据所述无线控制系统发送的驱动指令驱动所述筒状容器水平旋转和/或竖直旋转。

进一步地，所述筒状容器的内壁上还设置有第二反光物容器，所述第二反光物容器上设置有第二电子阀门，所述第二反光物容器中设置有第二金属中空球，所述第二金属中空球的密度等于水的密度，所述第二电子阀门与所述无线控制系统连接；所述筒状容器的内壁夹层中还设置有第二电涡流传感器，所述第二电涡流传感器正对设置在与所述第二电子阀门的相对侧；其中，所述无线控制系统分别与所述第二电子阀门和所述第二电涡流传感器连接，所述第二反光物容器设置在所述第一激光光路和所述第二激光光路形成空间的外侧。

进一步地，所述第一电涡流传感器和所述第一雪崩二极管固定连接，所述筒状容器的内壁夹层中还设置有第二驱动装置，所述第二驱动装置用于驱动所述第一雪崩二极管在靠近或远离所述第一反光物容器方向上移动。

进一步地，所述第一金属中空球为锐钛中空球。

进一步地，所述第二金属中空球为锐钛中空球。

进一步地，所述筒状容器内壁上设置有PET超疏水薄膜。

进一步地，所述筒状容器的外壁上设置有特氟龙涂层的不锈钢层，所述筒状容器的内壁夹层设置在所述筒状容器的外壁的外侧。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的地下水检测系统的部分结构的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述根据本发明实施例的地下水检测系统。

图1是本发明一个实施例的地下水检测系统的部分结构的结构示意图。

请参考图1，一种地下水检测系统，包括筒状容器(即图1中的整体结构)、反馈装置(图中未示出)和无线控制系统(图中未示出)。

其中，筒状容器的内壁上设置有第一反光物容器20，第一反光物容器20上设置有第一电子阀门。第一反光物容器20中设置有第一金属中空球4，第一金属中空球4的密度等于水的密度，第一金属中空球4在水中的运动与地下水颗粒物3在水中移动的运动的方式相同。

筒状容器的内壁夹层中设置有第一激光光源、第二激光光源、第一激光光阱10和第二激光光阱13。第一激光光源由激光盒子2和激光源1组成，用于在启动时与第一激光光阱10之间形成第一激光光路。第二激光光源由激光盒子19和激光源1组成，用于在启动时与第二激光光阱13之间形成第二激光光路。第一反光物容器20设置在第一激光光路和第二激光光路之间。

筒状容器的内壁夹层中还设置有第一电涡流传感器9、第一雪崩二极管8、第二雪崩二极11管、信号接收器6和第一无线通信装置。第一电涡流传感器9正对设置在与第一电子阀门的相对侧。第一雪崩二极管8和第二雪崩二极管11均与信号接收器6连接，无线通信装置与第一涡流传感器9连接，无线通信装置通过信号输出线与信号接收器6连接。

反馈装置用于接收无线通信装置发送的信息和无线控制系统发送的流速信息并提供给用户。

无线控制系统，分别与所述电子阀门、所述第一激光光源、所述第二激光光源和所述反馈装置连接。

具体的，用户将筒状容器放入到待检测的地下水道中，待筒状容器在地下水中稳定后，通过无线控制系统控制打开第一反光物容器20上的第一电子阀门以释放第一金属中空球4，并开启第一激光盒子2和第二激光盒子19以分别形成第一激光光路和第二激光光路。第一涡流传感器记录第一金属中空球被释放时的时间信息，由于第一金属中空球4在筒状容器内的位置固定，即可以得知第一金属中空球4的释放位置。由于第一金属中空球4的密度和水相同，会随着水流运动。第一金属中空球4在运动到第一激光光路(即按图1中所示，向右移动)或运动到第二激光光路即按图1中所示，向左移动)时，第一金属中空球4表面会散射激光，散射的光线分别被第一雪崩二极管8和第二雪崩二极管11接收并生成大量的载流子，信号接收器6根据第一雪崩二极管8和第二雪崩二极管11生成的电信号，并通过无线通信装置发送给地面的反馈系统进行显示，同时有无线控制系统进行分析，最终得到第一金属中空球4进入第一激光管路或第二激光光路时的位置和时间信息，再根据第一金属中空球4被释放时的位置和时间信息得到第一金属中空球4移动距离和移动时间，最终得到地下水的流向和流速。

在本发明的一个实施例中，筒状容器的内壁夹层中设置有第一驱动装置14，驱动装置用于14根据无线控制系统发送的驱动指令驱动筒状容器水平旋转和/或竖直旋转，以调整筒状容器在水中的方向，提升检测精度。

在本发明的一个实施例中，筒状容器的内壁上还设置有第二反光物容器17，第二反光物容器17上设置有第二电子阀门，第二反光物容器中设置有第二金属中空球16，第二金属中空球16的密度等于水的密度，第二电子阀门与无线控制系统连接。筒状容器的内壁夹层中还设置有第二电涡流传感器12，第二电涡流传感器12正对设置在与第二电子阀门的相对侧。无线控制系统分别与第二电子阀门和第二电涡流传感器12连接，第二反光物容器17设置在第一激光光路和第二激光光路形成空间的外侧。

具体的，在测定地下水流速时，可以首先判断井孔中是否有垂向流(干扰),具体操作方法是：用第一驱动装置14将筒状容器旋转到垂直方向与地下水检测井中心线重合，从第一反光物容器20中第一金属中空球4，同步开启第一激光盒子2、第二激光盒子19、第一雪崩二极管8和第二雪崩二极管11开始测试，如果存在向上或向下的垂向流，第一雪崩二极管8或第二雪崩二极管11会捕捉到光信号，若第一雪崩二极管8捕捉到光信号则说明有垂直向上的流向，若下部雪崩二极管11捕捉到光信号说明有垂直向下的流向，如果没有捕捉到光信号则井孔中没有垂向流。若有垂向流相应将探头旋转到垂直向下或垂直向上的方位，开启检测器，从第二反光物容器17中释放第二金属中空球16，从而测出垂向上水的流速。

在本发明的一个实施例中，第一电涡流传感器9和第一雪崩二极管8固定连接。筒状容器的内壁夹层中还设置有第二驱动装置5，第二驱动装置5用于驱动第一雪崩二极管在靠近或远离第一反光物容器20方向上移动。

具体地，第二驱动装置5保证第一涡流传感器9和第二金属中空球之间的距离与初始释放第二金属中空球16和第二涡流传感器12之间的距离相同，并可以记录下此移动的距离，从而可以确定水流方向。

在本发明的一个实施例中，第一金属中空球4和第二金属中空球16均为锐钛中空球。锐钛具有遮盖力强，着色力高，耐候性好等特点，可以提升反射效果。

在本发明的一个实施例中，筒状容器内壁上设置有PET超疏水薄膜15。PET超疏水薄膜15具有耐酸碱腐蚀，且不与大部分地下水中常见污染物发生反应，同时疏水是为了保证水流不受管壁阻力的影响。

在本发明的一个实施例中，筒状容器的外壁上设置有特氟龙涂层的不锈钢层18，不透光同时也不会折射光，从而提升检测精度。筒状容器的内壁夹层设置在筒状容器的外壁的外侧。

另外，本发明实施例的地下水检测系统的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种地下水检测系统，其特征在于，包括：

筒状容器，所述筒状容器的内壁上设置有第一反光物容器，所述第一反光物容器上设置有第一电子阀门，所述第一反光物容器中设置有第一金属中空球，所述第一金属中空球的密度等于水的密度；

所述筒状容器的内壁夹层中设置有第一激光光源、第二激光光源、第一激光光阱和第二激光光阱，所述第一激光光源在启动时与所述第一激光光阱之间形成第一激光光路，所述第二激光光源在启动时与所述第二激光光阱之间形成第二激光光路，所述第一激光光路由所述第一激光光源发出依次穿过所述筒状容器的内壁、所述筒状容器的内部、所述筒状容器的内壁到达所述第一激光光阱，所述第二激光光路由所述第二激光光源发出依次穿过所述筒状容器的内壁、所述筒状容器的内部、所述筒状容器的内壁到达所述第二激光光阱，所述第一反光物容器设置在所述第一激光光路和所述第二激光光路之间；

所述筒状容器的内壁夹层中还设置有第一电涡流传感器、第一雪崩二极管、第二雪崩二极管、信号接收器和第一无线通信装置，所述第一电涡流传感器设置在与所述第一电子阀门的相对侧的所述筒状容器的内壁夹层中，所述第一金属中空球在运动到所述第一激光光路或运动到所述第二激光光路时，所述第一金属中空球表面会散射激光，散射的光线分别被所述第一雪崩二极管和所述第二雪崩二极管接收并生成大量的载流子，所述第一雪崩二极管和所述第二雪崩二极管均与所述信号接收器连接，所述无线通信装置分别与第一电涡流传感器和所述信号接收器连接；

反馈装置，用于接收所述无线通信装置发送的信息和无线控制系统发送的流速信息并提供给用户；

所述无线控制系统，分别与所述第一电子阀门、所述第一激光光源、所述第二激光光源和所述反馈装置连接。

2.根据权利要求1所述的地下水检测系统，其特征在于，所述筒状容器的内壁夹层中设置有第一驱动装置，所述第一驱动装置用于根据所述无线控制系统发送的驱动指令驱动所述筒状容器水平旋转和/或竖直旋转。

3.根据权利要求2所述的地下水检测系统，其特征在于，所述筒状容器的内壁上还设置有第二反光物容器，所述第二反光物容器上设置有第二电子阀门，所述第二反光物容器中设置有第二金属中空球，所述第二金属中空球的密度等于水的密度，所述第二电子阀门与所述无线控制系统连接；

所述筒状容器的内壁夹层中还设置有第二电涡流传感器，所述第二电涡流传感器设置在与所述第二电子阀门的相对侧的所述筒状容器的内壁夹层中；

其中，所述无线控制系统分别与所述第二电子阀门和所述第二电涡流传感器连接，所述第二反光物容器设置在所述第一激光光路和所述第二激光光路形成空间的外侧。

4.根据权利要求3所述的地下水检测系统，其特征在于，所述第一电涡流传感器和所述第一雪崩二极管固定连接，所述筒状容器的内壁夹层中还设置有第二驱动装置，所述第二驱动装置用于驱动所述第一雪崩二极管在靠近或远离所述第一反光物容器方向上移动。

5.根据权利要求1-4任一所述的地下水检测系统，其特征在于，所述第一金属中空球为锐钛中空球。

6.根据权利要求3所述的地下水检测系统，其特征在于，所述第二金属中空球为锐钛中空球。

7.根据权利要求1-4任一所述的地下水检测系统，其特征在于，所述筒状容器内壁上设置有PET超疏水薄膜。

8.根据权利要求1-4任一所述的地下水检测系统，其特征在于，所述筒状容器的外壁上设置有特氟龙涂层的不锈钢层，所述筒状容器的内壁夹层设置在所述筒状容器的外壁的外侧。