CN112114162B - 水文观测井水流向探测装置 - Google Patents

水文观测井水流向探测装置 Download PDF

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宋政锦
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane

Abstract

本发明公开了一种水文观测井水流向探测装置，包括地面控制器和主体外壳，所述地面控制器通过光纤穿过外壳连接探头，所述主体外壳内设置有磁浮轨和竖直钢管，所述竖直钢管上套接有与所述磁浮轨适配的旋转体，所述旋转体下侧连接转向扇，所述旋转体上侧设置有导电装置，所述导电装置包括底座，所述底座上沿周向间隔设置有若干导电金属片，所述旋转体左右两侧分别通过下导线与所述导电金属片触接，每个导电金属片均连接有上导线，每个上导线均连接有灯泡，所述主体外壳上方连接有罗盘，本发明可以准确地确定探测区的水流方向和应力，不易受周围电磁环境的干扰，比普通探头更为精准稳定，结构简单，操作简便，方便携带。

Description

水文观测井水流向探测装置
技术领域
本发明涉及文地质参数监测，具体涉及一种水文观测井水流向探测装置。
背景技术
水文测井可以为我们观测地下水水流和水量情况，目前地下水流向的测得方法较多，传统方法主要有抽水试验法和示踪法传统的抽水试验法，这些方法不适合单井监测，且耗时费力。示踪法又有放射性同位素示踪法、电位差法、热示踪法等。放射性同位素示踪法所需放射性物质，可能对人体及环境造成危害。示踪法所使用示踪剂可与地下水及岩土体发生离子交换、吸附、沉淀等理化反应，影响测量结果。而热示踪法对热敏元件的精度要求较高。另外，中子活化等技术，但中子活化的成本高且需采取防护措施。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种水文观测井水流向探测装置，解决容易污染环境，测量结果不准，耗时耗力的问题。
技术方案：本发明所述的水文观测井水流向探测装置，其特征在于，包括地面控制器和主体外壳，所述地面控制器通过光纤穿过外壳连接探头，所述主体外壳内设置有磁浮轨和竖直钢管，所述竖直钢管上套接有与所述磁浮轨适配的旋转体，所述旋转体下侧连接转向扇，所述旋转体上侧设置有导电装置，所述导电装置包括底座，所述底座上沿周向间隔设置有若干导电金属片，所述旋转体左右两侧分别通过下导线与所述导电金属片触接，每个导电金属片均连接有上导线，每个上导线均连接有灯泡，所述主体外壳上方连接有罗盘。
其中，所述光纤安装在竖直钢管内。
所述转向扇通过旋转轴与旋转体连接。
所述旋转体的两翼缘设置有环绕一周的磁铁，旋转体上下面磁极均与其面对的所述磁浮轨的磁极相反使旋转体悬浮在磁浮轨中。
所述罗盘通过连接管与主体外壳上方连接。
有益效果：本发明可以准确地确定探测区的水流方向和应力，不易受周围电磁环境的干扰，比普通探头更为精准稳定，结构简单，操作简便，方便携带。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是导电装置的装配示意图。
具体实施方式
下面结合附图本发明进行进一步说明。
如图1-2所示，本发明公开了一种水文观测井水流向探测装置，包括地面控制器16和主体外壳1，地面控制器16通过光纤2穿过主体外壳1连接探头，光纤2的下端通过光纤支架15固定，主体外壳1内设置有磁浮轨7和竖直钢管7，竖直钢管7焊接在外壳1上，用于固定2光纤，防止其在装置内部发生弯折，竖直钢管7上套接有与磁浮轨适配的旋转体8，旋转体8的两翼缘设置有环绕一周的磁铁，旋转体8上下面磁极均与其面对的磁浮轨7的磁极相反使旋转体8悬浮在磁浮轨7中，旋转体8下侧通过旋转轴5连接转向扇6，旋转体8上侧设置有导电装置，导电装置包括底座，底座上沿周向间隔设置有若干导电金属片13，旋转体8左右两侧分别通过下导线11与导电金属片13触接，每个导电金属片13均连接有上导线12，每个上导线12均连接有灯泡，外接电源通过电导线与光纤一并通过缆线接入水下装置内，不同的上电导线与不同金属片分别焊接在一起，下导线跟随旋转体转动通过接触不同的金属片与上导线接通，下导线下半部分是闭合的，下导线上半部分与金属片接触就会形成电回路，主体外壳1上方通过连接管14连接有罗盘3，地面控制器连接罗盘3、上电导线12和光纤2，连接罗盘和导线测定水流方向，连接光纤是处理光数据。
在使用本发明时，将装置放入井内，记录首次出现数据的光缆下放长度，即地下水埋藏深度，保持装置稳定，进行数据测量；自地下埋藏水面始，以水面下第一个整数深度开始测量，每隔一米测量一组数据，每次测量需等待度数稳定之后进行记录，井内有渗流水流过时，水流会扰动转向扇6，使扇叶指向水流的方位，通过转动轴5带动旋转体转动，，旋转体上的下电导线11一起转动，下电导线11通过接触不同的导电金属片13而接通不同的上电导线12，形成不同的电回路，每组上电导线均接通一个小灯泡，根据小灯泡的点亮与否确定水流走向相对于装置的走向，并结合电子罗盘3的方向得到水流真正的走向，由于上导线和金属片部分是不转动的，因此相对于罗盘的方位是一直不变的，知道罗盘的指向就可以以此推定每组上导线对应的方向，下导线转动方向与6转向扇一致，转向扇方向又与水流一致，下导线接通一组金属片，对应的小灯泡发光，就是水流的方向，本装置方向的精度由布置导线对数决定，因此可根据使用者需求增加导线对数以提高精度；
本发明通过光纤探头反馈的布里渊频移经由地面控制器16处理，得到光学端部测得的应变情况和长度变化等信息，由应变情况和光纤热膨胀推得应力分布情况和水温，应变和布里渊频移的关系式如下：
Figure BDA0002692247280000031
式中n为纤芯折射率，VB为布里渊频移，VA为声速，λ为前向传输的光波在自由空间的波长，E为光纤材料的弹性模量，ρ为光纤密度，k为泊松比，ε为应变，布里渊散射频移与材料性质有关，对应变较为敏感，且与应变ε呈线性关系，可表示为：
VB(t)＝VBO(1-αt)
式中VB(t)为应变t时的频移；VBO为无应变时的频移；α为常数，
测得布里渊散射光的频移差，即可得某点的应变大小，进而了解光纤受力情况。
温度对密度和折射率的影响通过热膨胀效应实现，布里渊频移和温度的关系为：
vB(T)＝(1.1134+0.0001T)×1010
其中vB为布里渊频移，T为温度。

Claims (5)

1.一种水文观测井水流向探测装置，其特征在于，包括地面控制器（16）和主体外壳（1），所述地面控制器（16）通过光纤（2）穿过主体外壳（1）连接探头，所述主体外壳（1）内设置有磁浮轨和竖直钢管（7），所述竖直钢管（7）上套接有与所述磁浮轨适配的旋转体（8），所述旋转体（8）下侧连接转向扇（6），所述旋转体（8）上侧设置有导电装置，所述导电装置包括底座，所述底座上沿周向间隔设置有若干导电金属片（13），所述旋转体（8）左右两侧分别通过下导线（11）与所述导电金属片（13）触接，每个导电金属片（13）均连接有上导线（12），每个上导线（12）均连接有灯泡，所述主体外壳（1）上方连接有罗盘（3），罗盘（3）相对于上导线（12）和导电金属片（13）静止，当水流流过时，旋转体（8）带动下导线（11）一起转动，下导线（11）通过接触不同的导电金属片（13）而接通不同的上导线（12），进而接通相应的灯泡，根据点亮的灯泡的位置与罗盘（3）的初始方向得到水流流向。
2.根据权利要求1所述的水文观测井水流向探测装置，其特征在于，所述光纤（2）安装在竖直钢管（7）内。
3.根据权利要求1所述的水文观测井水流向探测装置，其特征在于，所述转向扇（6）通过旋转轴（5）与旋转体（8）连接。
4.根据权利要求1所述的水文观测井水流向探测装置，其特征在于，所述旋转体（8）的两翼缘设置有环绕一周的磁铁，旋转体（8）上下面磁极均与其面对的所述磁浮轨的磁极相反使旋转体（8）悬浮在磁浮轨中。
5.根据权利要求1所述的水文观测井水流向探测装置，其特征在于，所述罗盘（3）通过连接管（14）与主体外壳（1）上方连接。
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