專利名稱：自動(dòng)控制的完整井抽水模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及教學(xué)試驗(yàn)用模擬裝置，具體講屬于能自動(dòng)控制的完整井抽水模擬裝置。
背景技術(shù)：
在目前的研究地下水的運(yùn)動(dòng)時(shí)，往往采用水模擬原理的機(jī)械模擬裝置且依靠手動(dòng)操作而 完成，如傳統(tǒng)的沙槽模擬裝置，其雖然解決了采用數(shù)學(xué)方法的抽象問題，使實(shí)習(xí)者較直觀的 理解地下水的運(yùn)動(dòng)狀況，但由于體積大、實(shí)驗(yàn)操作煩瑣、所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，故很難 以推而廣之，而且制作成本大。在沙槽模擬裝置的基礎(chǔ)上改進(jìn)的模擬裝置，即中國(guó)專利公告 號(hào)為CN100446052C專利文獻(xiàn)，其包括帶水泵的儲(chǔ)水箱、底板保持水平的模擬箱，模擬箱內(nèi) 有供水腔、有含水層的模擬腔、抽水井，在含水層頂面有與底板平行的隔水頂板，模擬腔的 橫截面形狀為扇形，模擬腔與供水腔、模擬腔與抽水井之間有透水網(wǎng)孔板，位于上游端的定 水頭溢流箱中的溢流回水腔與儲(chǔ)水箱相通而溢流槽分別與儲(chǔ)水箱水泵和供水腔相通，位于下 游端的抽水溢流箱中的溢流回水腔與儲(chǔ)水箱相通而溢流槽與抽水井中連通，至少三組測(cè)壓玻 璃管豎直裝在模擬腔壁上，分別與測(cè)壓管底部連通的測(cè)壓軟管的一端穿過模擬腔壁插入含水 層中。其存在的不足基本同于沙槽模擬裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、模擬實(shí)驗(yàn)基于水電比擬原理且實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 控制、操作簡(jiǎn)便、獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的用于教學(xué)及研究地下潛水時(shí)向完整井穩(wěn)定滲流的模 擬裝置。
實(shí)現(xiàn)目的的技術(shù)措施
自動(dòng)控制的完整井抽水模擬裝置，其在于包括底座上裝有的機(jī)械模擬系統(tǒng)及與機(jī)械模 擬系統(tǒng)連接的電氣控制系統(tǒng)；其機(jī)械模擬系統(tǒng)由裝在底座上的圓形導(dǎo)電環(huán)、圓形導(dǎo)電環(huán)中心線上的導(dǎo)電支桿、導(dǎo)電支桿上的槽形探臂、分別裝在槽形探臂兩端的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和探臂電機(jī) 以及位置傳感器和標(biāo)桿傳感器、槽形探臂上的傳動(dòng)螺桿、傳動(dòng)螺桿上的游標(biāo)、游標(biāo)上的探針、 槽形探臂底面上的探針槽、底座上的角度標(biāo)桿組成；電氣控制系統(tǒng)由通過導(dǎo)線分別與中央 處理器連接的顯示模塊、數(shù)據(jù)結(jié)果存儲(chǔ)模塊、交流信號(hào)產(chǎn)生模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換 模塊、用戶接口、串口通信模塊及電源模塊組成，探臂電機(jī)與槽形探臂連接；槽形探臂在圓 形導(dǎo)電環(huán)上滑動(dòng)。
其在于機(jī)械模擬系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)連接，具體指圓形導(dǎo)電環(huán)及導(dǎo)電支桿與交流信 號(hào)產(chǎn)生模塊通過導(dǎo)線連接；驅(qū)動(dòng)電機(jī)、探臂電機(jī)、位置傳感器和標(biāo)桿傳感器分別與電機(jī)驅(qū)動(dòng) 模塊通過導(dǎo)線連接；探針通過導(dǎo)線與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接。
其在于在槽形探臂上裝有配重塊。
其在于在槽形探臂連接探臂電機(jī)一端的下方連接有滾輪，滾輪與探臂電機(jī)連接；滾輪 在圓形導(dǎo)電環(huán)上運(yùn)動(dòng)。
其在于探針穿過探針槽伸入圓形導(dǎo)電環(huán)內(nèi)的水層。
其在于底座上的角度標(biāo)桿至少為一個(gè)。
其在于圓形導(dǎo)電環(huán)與底座直接連接或?qū)A形導(dǎo)電環(huán)制作為U形；圓形導(dǎo)電環(huán)內(nèi)的水不 泄漏。
其在于圓形導(dǎo)電環(huán)的底板或底座為絕緣體材質(zhì)。 其在于槽形探臂的截面形狀還為中空方形。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模擬實(shí)驗(yàn)基于水電比擬原理且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控 制測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較傳統(tǒng)手動(dòng)測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)精確，并容易實(shí)施。


圖1為自動(dòng)控制的完整井抽水模擬裝置結(jié)構(gòu)示意2為機(jī)械模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
圖3為圖2的A向示意圖
圖4為為圖中槽形探臂的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖作進(jìn)一步描述 實(shí)施例1
結(jié)合圖l、圖2、圖3及圖5描述
自動(dòng)控制的完整井抽水模擬裝置包括底座1及在其上安裝的機(jī)械模擬系統(tǒng)及與機(jī)械模 擬系統(tǒng)連接的電氣控制系統(tǒng)；在底座1上粘接橡膠材質(zhì)層，并在其上加工與圓形導(dǎo)電環(huán)2的
底面直徑相配合的槽。
其機(jī)械模擬系統(tǒng)由在底座1上加工的槽內(nèi)嵌入圓形導(dǎo)電環(huán)2，不能有縫隙，不能滲水； 在圓形導(dǎo)電環(huán)2的中心線的底座1上采用螺紋或螺栓固定用導(dǎo)電金屬制作的導(dǎo)電支桿3;在
導(dǎo)電支桿3上采用限位方式連接槽形探臂4，并能使槽形探臂4繞著導(dǎo)電支桿3轉(zhuǎn)動(dòng)；在槽 形探臂4的底面上加工探針槽13，在槽形探臂4兩端的外側(cè)分別采用螺栓或焊接方式連接驅(qū) 動(dòng)電機(jī)5和探臂電機(jī)6，并在連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)5的對(duì)稱的外側(cè)焊接或螺栓或通過支架固定配重 塊24;在槽形探臂4兩端的端頭采用螺栓連接位置傳感器7和標(biāo)桿傳感器8;將傳動(dòng)螺桿10 插入槽形探臂4兩端加工的固定孔內(nèi)，將探針12采用焊接或螺釘相對(duì)于槽形探臂4垂直連接 在游標(biāo)11上，探針12穿過探針槽13垂直伸入圓形導(dǎo)電環(huán)2內(nèi)的水層，再將傳動(dòng)螺桿10用 螺母固定；在底座l上采用螺紋或焊接連接l個(gè)/2個(gè)/5個(gè)角度標(biāo)桿14;探臂電機(jī)6與槽形探 臂4通過螺紋或連軸器或減縮箱連接；槽形探臂4在圓形導(dǎo)電環(huán)2上滑動(dòng)。
電氣控制系統(tǒng)由通過導(dǎo)線分別與中央處理器15連接的顯示模塊16、數(shù)據(jù)結(jié)果存儲(chǔ)模
塊17、交流信號(hào)產(chǎn)生模塊18、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊19、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊20、用戶接口21、串口通信模塊22及電源模塊23組成。
機(jī)械模擬系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)相結(jié)合的部位圓形導(dǎo)電環(huán)2及導(dǎo)電支桿3與交流信號(hào)產(chǎn) 生模塊18通過導(dǎo)線連接；驅(qū)動(dòng)電機(jī)5、探臂電機(jī)6、位置傳感器7和標(biāo)桿傳感器8分別與電 機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊19通過導(dǎo)線連接；探針12通過導(dǎo)線與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊20連接。
實(shí)施例2
結(jié)合圖l、圖2、圖3、圖4及圖5描述
自動(dòng)控制的完整井抽水模擬裝置包括底座1及在其上安裝的機(jī)械模擬系統(tǒng)及與機(jī)械模
擬系統(tǒng)連接的電氣控制系統(tǒng)。
其機(jī)械模擬系統(tǒng)由在底座1上固定帶塑料材質(zhì)底板的圓形導(dǎo)電環(huán)2，不能有縫隙，不
能滲水；在圓形導(dǎo)電環(huán)2的中心線的底座1上采用螺紋或螺栓固定用導(dǎo)電金屬制作的導(dǎo)電支 桿3;在導(dǎo)電支桿3上采用限位方式連接中空方形探臂4，并能使中空方形探臂4繞著導(dǎo)電支 桿3轉(zhuǎn)動(dòng)；在中空方形探臂4的底面上加工探針槽13，在中空方形探臂4兩端的外側(cè)分別采 用螺栓或焊接方式連接驅(qū)動(dòng)電機(jī)5和探臂電機(jī)6。為了減少中空方形探臂4與圓形導(dǎo)電環(huán)2 之間的摩擦，在中空方形探臂4連接探臂電機(jī)6—端的下方采用焊接或螺栓連接滾輪25，滾 輪25與探臂電機(jī)6通過螺紋連接；滾輪25在圓形導(dǎo)電環(huán)2上運(yùn)動(dòng)。在中空方形探臂4兩端 的端頭采用螺栓連接位置傳感器7和標(biāo)桿傳感器8;將傳動(dòng)螺桿10插入中空方形探臂4兩端 加工的固定孔內(nèi)，將探針12采用焊接或螺釘相對(duì)于中空方形探臂4垂直連接在游標(biāo)11上， 探針12穿過探針槽13垂直伸入圓形導(dǎo)電環(huán)2內(nèi)的水層，再將傳動(dòng)螺桿10用螺母固定；在底 座1上采用螺紋或焊接連接1個(gè)/2個(gè)/5個(gè)角度標(biāo)桿14;探臂電機(jī)6與中空方形探臂4通過螺 紋或連軸器或減速箱連接；中空方形探臂4在圓形導(dǎo)電環(huán)2上滑動(dòng)。
電氣控制系統(tǒng)由通過導(dǎo)線分別與中央處理器15連接的顯示模塊16、數(shù)據(jù)結(jié)果存儲(chǔ)模 塊17、交流信號(hào)產(chǎn)生模塊18、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊19、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊20、用戶接口21、串口通信 模塊22及電源模塊23組成機(jī)械模擬系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)相結(jié)合的部位圓形導(dǎo)電環(huán)2及導(dǎo)電支桿3與交流信號(hào)產(chǎn)
生模塊18通過導(dǎo)線連接；驅(qū)動(dòng)電機(jī)5、探臂電機(jī)6、位置傳感器7和標(biāo)桿傳感器8分別與電 機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊19通過導(dǎo)線連接；探針12通過導(dǎo)線與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊20連接。
動(dòng)作原理
1. 將安裝有圓形導(dǎo)電環(huán)2的底座1水平放置，并往圓形導(dǎo)電環(huán)2中加入5 10毫米深的自 來水；
2. 啟動(dòng)裝置，裝置并自動(dòng)初始化位置,其過程為
a) 探臂電機(jī)6帶動(dòng)槽形或中空方形探臂4或通過滾輪25使槽形或中空方形探臂4 作逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，當(dāng)標(biāo)桿傳感器8感應(yīng)到0。角標(biāo)桿的時(shí)候，探臂電機(jī)6停止運(yùn)轉(zhuǎn)；
b) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)5運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)傳動(dòng)螺桿10轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)螺桿10的轉(zhuǎn)動(dòng)使游標(biāo)11沿著半徑 向圓心方向平移。當(dāng)位置傳感器7感應(yīng)到游標(biāo)11運(yùn)動(dòng)到可測(cè)量最小半徑位置時(shí), 驅(qū)動(dòng)電機(jī)5停止運(yùn)轉(zhuǎn),使游標(biāo)11正好停在可測(cè)量最小半徑的位置。
3. 測(cè)量數(shù)據(jù)
a) 控制半徑中央處理器15發(fā)送數(shù)據(jù)命令讓電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊19控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)5運(yùn)轉(zhuǎn)， 使游標(biāo)11沿著半徑方向平移到指定的半徑位置后停下；
b) 控制角度中央處理器15發(fā)送命令讓電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊19控制探臂電機(jī)6運(yùn)轉(zhuǎn)，槽 形或中空方形探臂4轉(zhuǎn)到指定的角度后停下；
c) 采集電壓中央處理器15發(fā)送命令給模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊20，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊20將探 針12上采集的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)后返回給中央處理器15，中央處 理器15將數(shù)據(jù)處理后存儲(chǔ)下來，并在顯示模塊16上將結(jié)果顯示出來,通過串口通 信模塊22將數(shù)據(jù)送到PC端的專用軟件來記錄處理數(shù)據(jù)。
4. 說明.)自動(dòng)測(cè)量的時(shí)候只需要通過人機(jī)接口預(yù)先設(shè)定測(cè)量半徑間隔，然后運(yùn)行即可.機(jī)
器會(huì)自動(dòng)的按照設(shè)定要求測(cè)量各個(gè)點(diǎn)的電壓； ,)手動(dòng)測(cè)量的時(shí)候是每測(cè)量一個(gè)點(diǎn)之后就停止等待用戶輸入下一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)并確認(rèn)。
權(quán)利要求
1、自動(dòng)控制的完整井抽水模擬裝置，其特征在于包括底座(1)上裝有的機(jī)械模擬系統(tǒng)及與機(jī)械模擬系統(tǒng)連接的電氣控制系統(tǒng)；其機(jī)械模擬系統(tǒng)由裝在底座(1)上的圓形導(dǎo)電環(huán)(2)、圓形導(dǎo)電環(huán)(2)中心線上的導(dǎo)電支桿(3)、導(dǎo)電支桿(3)上的槽形探臂(4)、分別裝在槽形探臂(4)兩端的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5)和探臂電機(jī)(6)以及位置傳感器(7)和標(biāo)桿傳感器(8)、槽形探臂(4)上的傳動(dòng)螺桿(10)、傳動(dòng)螺桿(10)上的游標(biāo)(11)、游標(biāo)(11)上的探針(12)、槽形探臂(4)底面上的探針槽(13)、底座(1)上的角度標(biāo)桿(14)組成；電氣控制系統(tǒng)由通過導(dǎo)線分別與中央處理器(15)連接的顯示模塊(16)、數(shù)據(jù)結(jié)果存儲(chǔ)模塊(17)、交流信號(hào)產(chǎn)生模塊(18)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(19)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(20)、用戶接口(21)、串口通信模塊(22)及電源模塊(23)組成，探臂電機(jī)(6)與槽形探臂(4)連接；槽形探臂(4)在圓形導(dǎo)電環(huán)(2)上滑動(dòng)。2、如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制的完整井抽水模擬裝置，其特征在于機(jī)械模擬系統(tǒng)與電氣控制系統(tǒng)連接，具體指圓形導(dǎo)電環(huán)(2)及導(dǎo)電支桿(3)與交流信號(hào)產(chǎn)生模塊(18)通過導(dǎo)線連接；驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5)、探臂電機(jī)(6)、位置傳感器(7)和標(biāo)桿傳感器(8)分別與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(19)通過導(dǎo)線連接；探針(12)通過導(dǎo)線與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(20)連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制的完整井抽水模擬裝置，其特征在于機(jī)械模擬系統(tǒng)與 電氣控制系統(tǒng)連接，具體指圓形導(dǎo)電環(huán)(2)及導(dǎo)電支桿(3)與交流信號(hào)產(chǎn)生模塊(18)通過導(dǎo)線連接；驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5)、探臂電機(jī)(6)、位置傳感器(7)和標(biāo)桿傳感器 (8)分別與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(19)通過導(dǎo)線連接；探針(12)通過導(dǎo)線與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 (20)連接。
3、 如權(quán)利要求l所述的自動(dòng)控制的完整井抽水模擬裝置，其特征在于在槽形探臂(4) 上裝有配重塊(24)。
4、 如權(quán)利要求l所述的自動(dòng)控制的完整井抽水模擬裝置，其特征在于在槽形探臂(4) 連接探臂電機(jī)(6) —端的下方連接有滾輪(25)，滾輪(25)與探臂電機(jī)(6)連接； 滾輪(25)在圓形導(dǎo)電環(huán)(2)上運(yùn)動(dòng)。
5、 如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制的完整井抽水模擬裝置，其特征在于探針(12)穿過探針槽(13)伸入圓形導(dǎo)電環(huán)(2)內(nèi)的水層。
6、 如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制的完整井抽水模擬裝置，其特征在于底座(1)上的角 度標(biāo)桿(14)至少為一個(gè)。
7、 如權(quán)利要求l所述的自動(dòng)控制的完整井抽水模擬裝置，其特征在于圓形導(dǎo)電環(huán)(2) 與底座(1)直接連接或?qū)A形導(dǎo)電環(huán)(2)制作為U形；圓形導(dǎo)電環(huán)(2)內(nèi)的水不 泄漏。
8、 如權(quán)利要求l所述的自動(dòng)控制的完整井抽水模擬裝置，其特征在于圓形導(dǎo)電環(huán)(2) 的底板或底座(1)為絕緣體材質(zhì)。
9、 如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制的完整井抽水模擬裝置，其特征在于槽形探臂(4) 的截面形狀還為中空方形。
全文摘要
本發(fā)明涉及教學(xué)試驗(yàn)用完整井抽水模擬裝置。其解決目前存在的體積大、實(shí)驗(yàn)操作煩瑣、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)等不足。措施自動(dòng)控制的完整井抽水模擬裝置，包括底座1上裝有的機(jī)械模擬系統(tǒng)及與機(jī)械模擬系統(tǒng)連接的電氣控制系統(tǒng)；機(jī)械模擬系統(tǒng)由圓形導(dǎo)電環(huán)2、導(dǎo)電支桿3、槽形探臂4、驅(qū)動(dòng)電機(jī)5、探臂電機(jī)6以及位置傳感器7和標(biāo)桿傳感器8、傳動(dòng)螺桿10、游標(biāo)11、探針12、探針槽13、角度標(biāo)桿14組成；電控系統(tǒng)由通過導(dǎo)線分別與中央處理器15連接的顯示模塊16、數(shù)據(jù)結(jié)果存儲(chǔ)模塊17、交流信號(hào)產(chǎn)生模塊18、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊19、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊20、用戶接口21、串口通信模塊22及電源模塊23組成。探臂電機(jī)6與槽形探臂4連接；槽形探臂4在圓形導(dǎo)電環(huán)2上滑動(dòng)。
文檔編號(hào)G09B25/00GK101533579SQ20091006160
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者葉敦范, 龍 張, 沈順明, 王西鋒 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)