DD249966A1

DD249966A1 - ARRANGEMENT FOR MEASURING THE DEPTH OF A WATER SURFACE IN BORHLOECHERN

Info

Publication number: DD249966A1
Application number: DD29115786A
Authority: DD
Inventors: Horst Ahlers; Peter Liebehenschel; Helge Mueller; Rainer Plehm; Detlef Schweser; Juergen Waldmann
Original assignee: Oberflussmeisterei Berlin
Priority date: 1986-06-10
Filing date: 1986-06-10
Publication date: 1987-09-23

Abstract

Die Erfindung beinhaltet eine Anordnung zur Messung der Tiefenlage einer Wasseroberflaeche in Bohrloechern. Aufgabe der Erfindung ist es, die Tiefenlage der Wasseroberflaeche durch eine kapazitive Methode mit Umwandlung der Kapazitaet in eine Frequenz trotz der durch die Bohrlochwandung bedingten Aequipotentialflaechenprobleme zu messen. Die kapazitive Messeinrichtung mit Umwandlung der Kapazitaet in eine Frequenz besteht aus zwei Teilen, wobei der erste Teil ein in seiner Laenge geeichtes Kabel ist und der zweite Teil an diesem ersten Teil befestigten Kapazitaets-Frequenzwandler ist, dessen Messkapazitaet durch eine isolierte Zweidrahtleitung mit oder ohne Gewicht oder Lot am unteren Ende gebildet wird. Die Zweidrahtleitung kann aus Flaechen mit unterschiedlichem Kapazitaetsbelag bestehen und/oder geeignet gebogen sein.The invention includes an arrangement for measuring the depth of a water surface in boreholes. The object of the invention is to measure the depth of the water surface by a capacitive method with capacity conversion into a frequency despite the Aequipotentialflaechenprobleme caused by the borehole wall. The capacitive measuring device with conversion of the capacitance into a frequency consists of two parts, the first part is a calibrated in its length cable and the second part is attached to this first part capacitance frequency converter whose Messkapazitaet by an insulated two-wire cable with or without weight or solder is formed at the bottom. The two-wire line may consist of areas with different capacitance covering and / or be suitably bent.

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ermittlung der Tiefenlage der Wasseroberfläche in Bohrungen, Schächten, Schürfen und ähnlichen bergmännischen und technischen Bauwerken, die für die drahtlose Übertragung auf größere Entfernungen geeignet ist.The invention relates to an arrangement for determining the depth of the water surface in holes, shafts, scrapers and similar mining and engineering structures, which is suitable for wireless transmission to greater distances.

Characteristic of the known technical solutions

Bekannte Verfahren zur Messung von Wasserständen beruhen auf demKnown methods for measuring water levels are based on the

— Schwimmerprinzip- Float principle

— Brunnenfpeifenprinzip- Well felt principle

— Prinzip der elektrischen Wasserspiegelmessungen- Principle of electrical water level measurements

— Manometerprinzip- Gauge principle

— Prinzip der Ermittlung des Temperatursprunges zwischen Luft und Wasser.- Principle of determining the temperature jump between air and water.

Die Ermittlung und Speicherung des so gemessenen Widerstandes erfolgt vor Ort mit bekannten Ablesegeräten bzw. elektronischen Anzeigen.The determination and storage of the resistance thus measured takes place on site with known reading devices or electronic displays.

In der hydrogeologischen Erkundungstechnik werden Kabellichtlote und Brunnenpfeifen eingesetzt.In the hydrogeological exploration technique, cable light and well pipes are used.

Automatische Schreibpegelmessungen werden vorrangig mit Gebern, die nach dem Schwimmerprinzip arbeiten, realisiert.Automatic write level measurements are primarily realized with transmitters that work according to the float principle.

Messungen nach dem Manometerprinzip verwenden den Druck, der erforderlich ist, um das Wasser aus ein in das Wasser abgesenktes Rohr herauszudrücken, als Maß für die Tiefenlage der Wasseroberfläche.Measurements based on the manometer principle use the pressure required to push the water out of a pipe lowered into the water as a measure of the depth of the water surface.

Die Genauigkeit der Messungen übersteigt in allen Fällen nicht 0,5-1,0cm.The accuracy of the measurements does not exceed 0,5-1,0cm in all cases.

Die Darstellung und Übertragung der Daten ist technisch oft sehr aufwendig und kostspielig.The representation and transmission of the data is technically often very complicated and costly.

Sollen die an den Meßstellen gewonnenen Daten fernübertragen werden, dann lassen sich zwei Prinzipien unterscheidenIf the data obtained at the measuring points are to be transmitted remotely, then two principles can be distinguished

— die Übertragung der Daten über Kabel- the transmission of data via cable

— die drahtlose Signalübertragung.- the wireless signal transmission.

Bei der Datenübertragung über Kabelanlagen zu einer zentralen Erfassungsstelle ist der bautechnische und apparative Aufwand über viele Kilometer kaum zu vertreten.In the data transmission via cable systems to a central detection point, the construction and equipment costs over many kilometers is hardly responsible.

Dabei werden die gemessenen Daten von jeder Meßstelle über Kabel von den Datenzentralen abgerufen. Bekannterweise erfolgt das Abfragen über Meßstellenumschalter. Die so gewonnenen Informationen werden über Digitalvoltmeter, Analogdigitalumsetzer und Drucker bzw. auf Magnetband gespeichert und ausgewertet.The measured data from each measuring point are retrieved via cable from the data center. Known manner, the queries via Meßstellenumschalter. The information obtained in this way is stored and evaluated via digital voltmeters, analogue digital converters and printers or on magnetic tape.

Die drahtlose Signalübertragung sieht einen Informationsüberträger (Sender) an jeder Meßstelle vor, die ständig die anfallenden Daten an die Empfangszentrale überträgt. Die dazu erforderlichen Übertragungsenergien und dertechnische Aufwand sind so groß, daß auf diese Art der Meßwerterfassung nur in den seltensten Fällen zurückgegriffen wird.The wireless signal transmission provides an information transmitter (transmitter) at each measuring point, which constantly transmits the resulting data to the receiving center. The required transmission energies and the technical effort are so great that this type of data acquisition is used only in the rarest of cases.

Wird die Tiefenlage der Wasseroberfläche in ein frequenzanaloges Signal umgesetzt, so ist für die Datenfernübertragung sowohl mit Kabel als auch drahtlos ein Meßsignal geschaffen, das im Bergbau je nach Bedarf und Möglichkeit einsetzbar ist. Für die Messung der Tiefenlage der Wasseroberfläche sind kapazitive Meßverfahren bekannt (WP-DD 226072, DE-OS 2809340). Die Schwierigkeit der Messung der Tiefenlage der Wasseroberfläche in Bohrlöchern resultiert daraus, daß die Bohrlochinnenwand je nach Feuchtigkeitsgehalt eine mehr oder weniger zerklüftete Äquipotentialfläche darstellt, die weder als Kapazitätselektrode noch als definierter leitender Behälter anzusehen ist (WP-DD 226072). Die geringen Kapazitätsänderungen, die bei der Füllstandsmessung bei Kapazitätsmeßverfahren bereits eine Auswertung heikel machen (OS-DB 2809340), werden durch diese Undefinierten Verhältnisse weiter verunsichert, so daß die bisherige Anwendung bekannter Meßmethoden keine befriedigenden Ergebnisse gebracht hat. Ist die Tiefenlage der Wasseroberfläche efst einmal in eine kapazitätsproportionale Größe umgesetzt, dann ist die Wandlung der Kapazität in ein frequenzanaloges Signal in bekannter Weise leicht möglich und anzustreben.If the depth of the water surface is converted into a frequency-analogue signal, then a measurement signal is provided for the remote data transmission with both cable and wireless, which can be used in mining as needed and possible. For measuring the depth of the water surface capacitive measuring methods are known (WP-DD 226072, DE-OS 2809340). The difficulty of measuring the depth of the water surface in boreholes results from the fact that the borehole inner wall, depending on the moisture content, represents a more or less fissured equipotential surface, which can be regarded neither as a capacitance electrode nor as a defined conductive container (WP-DD 226072). The small capacity changes that already make an evaluation delicate in the level measurement in capacitance measurement (OS-DB 2809340) are further unsettled by these undefined conditions, so that the previous application of known measurement methods has not brought satisfactory results. Once the depth of the water surface has once been converted into a capacity-proportional variable, the conversion of the capacity into a frequency-analogue signal is easily possible and desirable in a known manner.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist, dieTiefenlage der Wasseroberfläche, insbesondere in Bohrlöchern, so zu messen, daß das Meßsignal eine einfache Datenfernübertragung gestattet.The object of the invention is to measure the depth of the water surface, in particular in boreholes, so that the measuring signal allows a simple remote data transmission.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist, die Tiefenlage der Wasseroberfläche durch eine kapazitive Methode mit Umwandlung der Kapazität in eine Frequenz trotz der durch die Bohrlochwandung bedingten Äquipotentialflächenprobleme mit ca. 1 bis 5mm zu messen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung aus zwei Teilen zur Messung aufgebaut ist. Der erste Teil besteht aus einem in der Länge geeichten Kabel. Der zweite Teil besteht aus einem am ersten Teil befestigten Kapazitäts-Frequenzwandler, dessen Meßkapazität durch eine handelsübliche isolierte Zweidrahtleitung oder ähnlich wirkende Anordnungen mit oder ohne Gewicht oder Lot am unteren Ende gebildet ist. Diese Zweidrahtleitung durchstößt die Tiefenlage der Wasseroberfläche. Sind die Äquipotentialflächen der Bohrlochinnenwand stark irregulär, so empfiehlt sich, den zweiten Teil der Anordnung mit einer kurzen Zweidrahtleitung zu versehen. Weiterhin kann es günstig sein, die Zweidrahtleitung aus Flächen mit unterschiedlichem Kapazitätsbelag aufzubauen, um Stufungen im Kapazitätswert zu erreichen, so daß die Kennlinie „Tiefenlage der Wasseroberfläche als Funktion der vom Kapazitäts-Frequenzwandler abgegebenen Frequenz" nach Bedarf beeinflußt werden kann. Für diesen Zweck kann die Zweidrahtleitung auch gebogen sein oder andere Formen annehmen. Die vom Kapazitäts-Frequenzwandler abgegebene Frequenz kann drahtlos durch eine Antenne am oberen Ende des Bohrloches empfangen oder durch das geeichte Kabel nach oben geleitet werden. Sie ist unabhängig von dem Kapazitätsanteil, der durch die irregulären Äquipotentialflächen auf der Bohrlochinnenwand über die Länge des ersten Teils in die Meßkapazität transformiert worden wäre.The object of the invention is to measure the depth of the water surface by a capacitive method with capacity conversion to a frequency of about 1 to 5mm despite the borehole wall related equipotential surface problems. The invention is characterized in that an assembly of two parts is constructed for measurement. The first part consists of a length-calibrated cable. The second part consists of a capacitance-frequency converter attached to the first part, the measuring capacitance of which is formed by a commercially available insulated two-wire line or similarly acting arrangements with or without weight or solder at the lower end. This two-wire line pierces the depth of the water surface. If the equipotential surfaces of the borehole inner wall are highly irregular, it is advisable to provide the second part of the arrangement with a short two-wire line. Furthermore, it may be advantageous to construct the two-wire line from areas with different capacity coating in order to achieve gradations in the capacitance value, so that the characteristic "depth of the water surface as a function of the output from the capacitance frequency converter frequency" can be influenced as needed The two-wire line may also be bent or take other forms.The frequency provided by the capacitance-frequency converter may be received wirelessly through an antenna at the top of the borehole or routed up through the calibrated cable, irrespective of the capacity fraction due to the irregular equipotential surfaces would have been transformed on the borehole inner wall over the length of the first part in the measuring capacity.

embodiment

Die Erfindung.soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und Figur 1 erläutert werden.The invention will be explained below using an exemplary embodiment and FIG.

Fig. 1 zeigt das Bohrloch 1, dessen Bohrlochinnenwand eine irreguläre Äquipotentialfläche 2, je nach Feuchtigkeitsgehalt und Gesteinsauf bau, aufweist. Zu messen ist kapazitiv die Tiefe η I age der Wasseroberfläche 3 mit ei η er Anordnung aus einem ersten Teil,-das ein in der Länge geeichtes Kabel 4 ist und mit dem Meßniveau verglichen wird.Fig. 1 shows the borehole 1, the borehole inner wall an irregular equipotential surface 2, depending on the moisture content and Gesteinsauf construction has. To measure capacitively is the depth η I age of the water surface 3 with ei η he arrangement of a first part, which is a calibrated in length cable 4 and is compared with the measurement level.

An diesem Kabel 4 hängt ein zweiterTeil, bestehend aus einem Kapazitäts-Frequenzwandlers mit Batterie 5, dessen Meßkapazität durch eine handelsübliche Zweidrahtleitung 6 gebildet ist. An ihrem unteren Ende ist ein Lot 7 aus isolierendem Material angebracht.At this cable 4, a second part, consisting of a capacitance-frequency converter with battery 5, whose measuring capacity is formed by a commercially available two-wire line 6 depends. At its lower end a Lot 7 made of insulating material is attached.

Die irreguläre Äquipotentialflächen 2 bilden für die Zweidrahtleitung 6 Streukapazitäten, die sich der Meßkapazität überlagern.The irregular equipotential surfaces 2 form stray capacitances for the two-wire line 6, which overlap the measuring capacitance.

Ist die Länge der Zweidrahtleitung 6 gering, so können nicht über die gesamte Länge der Bohrlochinnenwand sich die irregulären Äquipotentialflächen 2 als Streukapazitäten in den Meßkreis transformieren. Weiterhin bewirkt die geringe Länge der Zweidrahtleitung 6, daß die Kapazitätsänderung in einen für die Meßgenauigkeit günstigen Bereich gelegt werden kann. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß der zweite Teil mit der Zweidrahtleitung 6 so lang gemacht werden kann, daß er gleichgroß einer erwarteten Änderung der Tiefenlage der Wasseroberfläche ist. Dann ist damit der volle Kapazitätsänderungsbereich bei Änderung der Tiefenlage der Wasseroberfläche durchfahrbar. Eine große Anfangskapazität, die durch die Länge des Teils 4 bedingt wäre, ist damit umgangen.If the length of the two-wire line 6 is small, then the irregular equipotential surfaces 2 can not transform over the entire length of the borehole inner wall into the measuring circuit as stray capacitances. Furthermore, the small length of the two-wire line 6 causes the change in capacitance can be placed in a favorable range for the accuracy of measurement. Another advantage of the solution according to the invention is that the second part can be made with the two-wire line 6 so long that it is equal to an expected change in the depth of the water surface. Then it is the full capacity change range when changing the depth of the water surface durchfahrbar. A large initial capacity, which would be due to the length of the part 4, is bypassed.

Claims

Invention claims:

1. An arrangement for measuring the depth of a water surface in boreholes by a capacitive measuring device with conversion of the capacitance into a frequency, characterized in that the arrangement consists of two parts, wherein the first part is a calibrated in its length cable and the second part capacitance frequency converter attached to this first part, whose measuring capacitance is formed by an insulated two-wire line with or without weight or solder at the lower end.

2. Arrangement according to item 1, characterized in that the two-wire line consists of surfaces with different capacity coating and / or is bent suitably.