CN203716957U - 一种次声波水源井液面测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种次声波水源井液面测试仪，包括金属材质的空腔，其特征在于，所述金属材质的空腔末端与次声发生器滑动连接，金属材质的空腔内螺接有微音器，金属材质的空腔前端固定连接有螺纹接头，金属材质的空腔上螺接有保护壳，所述保护壳上固定连接有四芯航空插座，所述四芯航空插座通过液面信号线与手持主机连接。本实用新型的特点是利用次声发生器产生的次声波来测试液面深度，具有结构简单，体积小巧，携带方便，成本低等优点。

Description

一种次声波水源井液面测试仪

技术领域

本实用新型涉及一种次声波水源井液面测试仪。 

背景技术

随着我国工业化的加速，对地下水的需求越来越大，目前水源井数量巨大，其中多数为小口径的裸眼井。在实际生产过程中，如何管理好、用好这些水源井就成为了一个新课题。水井液面变化情况是水源井的一项基础数据，是制定采水方案、水源井布局等管理工作的依据，然而这项基础工作却一直没有一种很好的测试仪器。 

当前市场上在用的液面检测仪器主要有以下3种： 

1、绳测法：在井筒中下入通电的细电缆，水是导体，电缆前端接触水面后，形成回路，电流会发生变化。检测回路中的电流变化确定是否入水，入水时测量下入电缆的长度，就能确定液面位置，相当于拿绳子测量长度。优点是结构比较简单，成本较低。缺点是测试风险极高，测试过程费时费力，使用范围有限，只能测量没有投运的空井筒。水源井一旦投运，内部要安装出水管、电缆、电缆卡子等，环空就非常狭小了。如果从环空下仪器测量，这些结构会阻碍测试电缆下入，甚至测试电缆与动力电缆、水管缠绕，造成下不去、上不来的 尴尬场面。 

2、井下下固定传感器法。下入的传感器分为两类，压力传感器或射频导纳传感器。优点是可以实时在线连续测量。缺点是这些传感器需要电缆连接，所以安装难度大，需要在水井安装初期或修井时和潜水泵一同下入；仪器结构复杂、价格较高；传感器精度受水质影响，时间长了会变差。 

3、次声波油井液面测试仪。优点是可以在经过加装专用螺纹接口的井口上测量。缺点是a、需要靠打子弹或氮气枪作为声源，子弹属于爆炸危险品，目前已基本不再使用，氮气瓶体积大、笨重，压力容器还存在安全隐患；b、绝大多数水源井井口没有加装测量所必须的专用螺纹接口，所以就无法测量。加装专用螺纹接口需要在水井安装初期或修井时才能进行，后期加装工作量大、费用高，实时性差；c、即使在加装了专用螺纹接口的井口上测量，由于该仪器是针对油井测量设计的，软、硬件没有优化，硬件比较笨重、软件需要设置很多参数，测量过程复杂、针对性差；d、油井的井口气密性好，水井的井口由于有动力电缆穿越孔、回水穿越孔，所以气密性很差，这就要求测试仪设计时通过适当调节传感器灵敏度、仪表放大电路放大倍数、修改滤波电路算法等手段。进行优化。 

发明内容

为解决上述现有的缺点，本实用新型专门为测试裸眼水源井动液面开发研制的仪器，其主要目的在于提供应用于裸眼水源井的动液面 测量的一种实用的次声波水源井液面测试仪。 

为达成以上所述的目的，本实用新型的一种次声波水源井液面测试仪采取如下技术方案： 

一种次声波水源井液面测试仪，包括金属材质的空腔，其特征在于，所述金属材质的空腔末端与次声发生器滑动连接，金属材质的空腔内螺接有微音器，金属材质的空腔前端固定连接有螺纹接头，金属材质的空腔上螺接有保护壳，所述保护壳上固定连接有四芯航空插座，所述四芯航空插座通过液面信号线与手持主机连接，所述手持主机内固定连接有CPU、微音器、温度传感器、电压传感器、信号输入接口、RS-485通讯接口、充电器接口、Flash存储器和锂离子电池装置，表头装置表面固定连接有耐低温LCD显示屏、键盘，显示屏内可显示井内回声曲线。 

进一步的，螺纹接头上连接橡胶套或海绵垫，橡胶套适用于平面的连接，海绵垫适用于接触面不平整或曲面的连接。 

声音信号转化为电压信号选用微音器，微音器是一种压电陶瓷制品。 

采用如上技术方案的本实用新型，具有如下有益效果： 

1、采用小巧轻便的次声发生器为发声源，结构简单，体积小巧、轻便、便于携带，可以直接旋接到加装专用螺纹接口的井口上测量液面深度，在没有加装专用螺纹接口的井上测量时，井筒上只要有直径大于F20mm的孔，用传感器前部垫上橡胶套或海绵垫与井筒上的孔对齐，同样也可以测试水源井的液面深度，对于井口没有孔的井，只 需在合适位置开一个直径大于F20mm的孔即可。 

2、与以往的测试方法相比较，本实用新型具有对环境适应性强、体积小、重量轻、便于携带、操作安全、使用方便、结构简单等特点。 

3、利用小巧精致的次声发生器作为气体声源，彻底解决了火药声弹的安全隐患，避免了充灌氮气瓶运输保管过程的不方便问题，避免了生产井绳测法无法下入的尴尬情况，也不用下传感器，使用更灵活、成本更低、更可靠安全。 

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。 

图2为图1局部放大图。 

图3为本实用新型手持机内部结构示意图。 

其中，1-次声发生器，2-密封胶圈，3-微音器，4-螺纹接头，5-橡胶套，6-保护壳，7-四芯航空插座，8-手持主机，9-液面信号线。 

具体实施方式

为了进一步说明本实用新型，下面结合附图进一步进行说明： 

本实用新型的一种次声波水源井液面测试仪，包括连接传感器和手持主机两大部分，连接传感器与手持主机通过液面信号线互通。具体来说(参见图1)，连接传感器为金属材质的空腔，金属材质的空腔末端通过密封胶圈2滑动连接有次声发生器1，次声发生器1可随时拆卸，方便携带。在井口连接传感器面向水源井套管的一端空腔内 螺接有接收声波的微音器3。金属材质的空腔前端固定连接有螺纹接头4，螺纹接头4上根据需要可连接5橡胶套或海绵垫，通过保护壳6将连接传感器的部分器件装置罩起来，在保护罩壳6的外面装有通讯接口的四芯航空插座7，液面信号线9的一头是四芯航空插头，另一头是与主机连接的插头，通过液面信号线9上的四芯航空插头将四芯航空插座7与手持主机8连接，利用专用的手持主机8采集微音器3产生的电信号进行放大、计算、存储，获取测试结果。 

手持主机8内固定连接有CPU、温度传感器、电压传感器、信号输入接口、RS-485通讯接口、充电器接口、Flash存储器和锂离子电池装置，表头装置表面固定连接有耐低温LCD显示屏、键盘，显示屏内可显示井内回声曲线。表头装置：表头采用80C51处理器，实现水源井液位测量数据自动记录、分析。采用DC5V供电。FLASH闪存芯片存贮历史数据，掉电永不丢失数据。240×320像素高亮度LCD显示屏，最低使用温度可达-20℃，完全满足目前生产需要。显示信息除了有井号、测试时间、测量值外还有测试曲线、井口位置、液面位置及声速显示，可以非常方便人工查询及重新标定液面位置。全中文操作菜单，直观方便。采用RS485接口，可以与上位机软件进行通讯，实现数据上传、下载、数据库管理、打印、测试数据分析等管理功能，满足水源井监控、管理要求。参数修改自动记录，方便查询水源井历史液位情况。 

本实用新型的微音器是一种压电陶瓷制品，可以将次声波转化为电压信号，手持主机通过采集电压变化绘制出曲线，通过对曲线幅值 的变化确定液面位置。 

本实用新型的一种次声波水源井液面测试仪，利用次声发生器产生的次声波来测试液面深度。将次声发生器以及各组件连接好后，利用专用的手持主机可以方便地对仪器进行各种功能操作设置，通过快速拍打次声发生器，将次声发生器中的气体突然释放到水源井的套管环空中，此时在井口处环空中的气体瞬间发生膨胀，产生膨胀冲击波。该冲击波沿套管环空向井下传播，遇到气液界面产生反射声波脉冲，由微音器接收声脉冲转换成电压信号，通过液面信号线由手持主机接收，手持主机通过采集电压变化绘制出曲线，通过对曲线幅值的变化自动计算出液面深度并储存，并且可以将测试的数据通过通讯电缆导入到装有上位机软件的电脑中进行更全面的分析。测距的公式表示为：L＝C×T/2。公式中L为测量的距离长度；C为声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差。本实用新型与水源井连接方法有2种情况：a、井口连接传感器前部有两寸的管螺纹接头，可以直接旋接到加装了专用螺纹接口的井口上测量液面深度。b、没有加装专用螺纹接口的井上，井筒上只要有直径大于F20mm的孔，测量时用传感器前部橡套上胶套或垫上海绵垫与井筒上的孔对齐，同样也可以测试水源井的液面深度；对于井口没有孔的井，只需在合适位置开一个直径大于F20mm的孔即可。橡胶套和海绵垫可以改善接口部分的密封性、吸收测试过程的震动，减少外界因素对灵敏度极高的微音器的干扰。水井的井口由于有电缆穿越孔、回水穿越孔，所以气密性很差，这就要求测试仪设计时通过适当调节传感器灵敏度、仪表放大 电路放大倍数、修改滤波电路算法等手段，进行优化提高整体灵敏度、抗干扰能力。本实用新型的手持主机通过RS232接口可以与电脑中的上位机软件通讯，将测试结果上传到PC电脑上形成数据库，便于生产管理者储存、查询、打印、分析测试结果，和声波一样，次声波的传播遵循声波传播的一般规律，但由于它的频率很低，在传播时也有自己的特殊性。次声波在20℃的大气中的传播速度为334m/s。由于次声波的频率低，波长大，容易发生衍射，在传播过程中遇到障碍物很难被阻挡，经常会一绕而过，在有些情况下，哪怕是巨大的山峦也无法阻挡它的传播。另一方面，声波在传播过程中，频率越高，衰减越大。次声波由于频率很低，在传播过程中衰减很小。当次声波在大气中传播几千千米时，空气对其吸收还不到万分之几分贝。因此，次声波可以在空气、地面等介质中传播得很远。例如一包5kg的炸药爆炸时，几千米以外就听不到爆炸声了，但由爆炸引起的次声波却能传到80km远处。 

本实用新型提供了一种结构简单，体积小巧、使用方便、安全可靠的测试水源井动液面深度的新装置，在本装置发明思路的前提下的任何改变和变形均在本权利要求保护范围之内。 

Claims (3)

1.一种次声波水源井液面测试仪，包括金属材质的空腔，其特征在于，所述金属材质的空腔末端与次声发生器滑动连接，金属材质的空腔内螺接有微音器，金属材质的空腔前端固定连接有螺纹接头，金属材质的空腔上螺接有保护壳，所述保护壳上固定连接有四芯航空插座，所述四芯航空插座通过液面信号线与手持主机连接，所述手持主机内固定连接有CPU、微音器、温度传感器、电压传感器、信号输入接口、RS-485通讯接口、充电器接口、Flash存储器和锂离子电池装置，表头装置表面固定连接有耐低温LCD显示屏、键盘，显示屏内可显示井内回声曲线。 

2.根据权利要求1所述的一种次声波水源井液面测试仪，其特征在于，螺纹接头上连接橡胶套或海绵垫，橡胶套适用于平面的连接，海绵垫适用于接触面不平整或曲面的连接。 

3.根据权利要求1或2所述的一种次声波水源井液面测试仪，其特征在于，声音信号转化为电压信号选用微音器，微音器是一种压电陶瓷制品。