專(zhuān)利名稱：地?zé)峋滤粶y(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)電一體化檢測(cè)技術(shù)，具體涉及到地?zé)峋聞?dòng)、靜水位測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
目前，地?zé)豳Y源的利用是一項(xiàng)重要節(jié)能技術(shù)。但在地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)和利用中，地?zé)峋?水位的測(cè)量方法較為落后。比如目前采用的人工測(cè)試測(cè)量方法用約8毫米的鐵棰(探 頭)， 一側(cè)由導(dǎo)線連接，沿測(cè)井管或井筒下沉接觸到水位，導(dǎo)線的另一端與電流表相接， 當(dāng)金屬探頭接觸到水位液面時(shí)電流表接通，然后通過(guò)測(cè)量導(dǎo)線長(zhǎng)度得出地?zé)崴坏纳?度。該方法操作雖然簡(jiǎn)單，但需要耗費(fèi)人力惡劣天氣無(wú)法測(cè)量，而且測(cè)試技術(shù)較為落后。 其他常用的測(cè)量方法有在井下固定壓力傳感器，將壓力信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線傳遞到地面接收 儀器，由壓力信號(hào)計(jì)算出地?zé)峋膭?dòng)、靜水位。該方法雖解決了人工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的問(wèn)題， 但由于探頭需要于長(zhǎng)期置于地?zé)崴校詫?duì)探頭的耐溫、耐腐蝕、密封、抗磁場(chǎng)干擾 等要求很高，因此價(jià)格昂貴，目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)品還不能滿足要求。還有的采用充氣測(cè)試法， 即向地?zé)峋谐淙氲獨(dú)?。該方法雖然不需要在井下放置探頭，但多數(shù)井口密封不理想， 氣體泄漏非?？?，需要經(jīng)常更換氣瓶，維護(hù)較困難。而且當(dāng)需要進(jìn)行井口設(shè)備維護(hù)時(shí)需 要拆卸充氣管，這樣將使提升、下降泵的工作時(shí)間延長(zhǎng)，使用者難以接受。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種采用機(jī)械傳動(dòng)跟蹤方式的地?zé)峋滤?位測(cè)量系統(tǒng)，可以適用于不同溫度和水質(zhì)的地?zé)峋粶y(cè)量。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)原理進(jìn)行說(shuō)明。地下井水位測(cè)量裝置具有金屬錘、 換向滑輪、繞線滑輪、測(cè)距滑輪、減速器、步進(jìn)電機(jī)、測(cè)井管、以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)等。 金屬錘用鉬絲固定，為使鉬絲由垂直方向改為水平方向裝有換向滑輪，鉬絲經(jīng)過(guò)換向滑 輪纏繞于繞線滑輪數(shù)圈后鉬絲端頭與測(cè)距滑輪固定。在測(cè)距滑輪與步進(jìn)電機(jī)之間加裝了 一個(gè)減速器，其目的是遇有斷電的情況時(shí)，金屬錘會(huì)依靠其自重而向下滑移浸入水中， 減速器與測(cè)距滑輪連接將使測(cè)距滑輪產(chǎn)生一個(gè)力矩，這樣斷電時(shí)金屬錘的位置將保持不 變。減速器與步進(jìn)電機(jī)軸連接。信號(hào)識(shí)別過(guò)程為金屬錘為一個(gè)電極，與地下水相接觸 的測(cè)井管為另一個(gè)電極，保證兩電極在安裝結(jié)構(gòu)上絕緣。兩個(gè)電極之間施加電壓和采樣 電阻，因?yàn)殂f絲與金屬錘相連接，所以當(dāng)金屬錘與水面接觸時(shí)電路接通，控制系統(tǒng)可接收到采樣電阻兩端信號(hào)，以此控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、停止及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。測(cè)距滑輪上裝有 感應(yīng)開(kāi)關(guān)，感應(yīng)開(kāi)關(guān)輸出的脈沖數(shù)量與測(cè)距滑輪的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)成正比，由測(cè)距滑輪的直徑 和感應(yīng)開(kāi)關(guān)輸出的脈沖數(shù)量可計(jì)算出鉬絲相對(duì)的位移量，由此可以準(zhǔn)確測(cè)量水位標(biāo)高。 也可以檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的步數(shù)來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量水位標(biāo)高。測(cè)量及控制儀器安裝在地面進(jìn)行 自動(dòng)控制，對(duì)設(shè)備耐溫、耐腐蝕及密封要求較低。
所示附圖為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施例方式
以下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。地下井水位測(cè)量裝置，具有金屬錘 1、換向滑輪2、繞線滑輪3、測(cè)距滑輪4、減速器5、歩進(jìn)電機(jī)6、測(cè)井管7以及相應(yīng)的 控制系統(tǒng)8等。金屬錘l用鉬絲固定。鉬絲經(jīng)過(guò)換向滑輪2纏繞于測(cè)距滑輪4數(shù)圈后鉬 絲端頭與測(cè)距滑輪4固定。測(cè)距滑輪4輪軸與減速器5連接，步進(jìn)電機(jī)6與減速器5軸 連接。金屬錘l作為一個(gè)電極，與地下水相接觸的測(cè)井管7作為另一個(gè)電極，兩個(gè)電極 之間施加電壓和采樣電阻，由控制系統(tǒng)8控制步進(jìn)電機(jī)6的啟動(dòng)、停止及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。當(dāng) 某種原因造成系統(tǒng)斷電，如果沒(méi)有保護(hù)措施，由于歩進(jìn)電機(jī)沒(méi)有鎖定功能，金屬錘自重 產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩會(huì)帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，則金屬錘會(huì)向下運(yùn)動(dòng)。造成系統(tǒng)恢復(fù)供電后無(wú)法確定 金屬錘的位置，這樣將無(wú)法恢復(fù)系統(tǒng)的測(cè)試功能。所以在測(cè)距滑輪4與步進(jìn)電機(jī)6之間 接入一個(gè)大減速比的減速器5。即使某種原因造成系統(tǒng)斷電，金屬錘自重產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不 會(huì)帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，可保證金屬錘的穩(wěn)定位置。
換向定滑論2垂直安裝在測(cè)井管7的上方。測(cè)井管是專(zhuān)門(mén)用于測(cè)試水位，并獨(dú)立安 裝到井下的一根直徑約20-25mm的金屬管。使金屬錘1上下移動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)裝置固定 在絕緣平板也安裝在地?zé)峋谏?。安裝時(shí)要準(zhǔn)確測(cè)定金屬錘1與地?zé)崴坏脑季?離，并將此數(shù)據(jù)存入控制系統(tǒng)8。金屬錘與測(cè)井管兩電極之間施加5V直流電源和500 歐姆左右采樣電阻構(gòu)成電流回路，采樣電阻兩端的電壓值將作為判斷金屬錘是否接觸水 面的信號(hào)，該信號(hào)由控制系統(tǒng)8接收?？刂葡到y(tǒng)定時(shí)檢測(cè)電流回路信號(hào)，如檢測(cè)信號(hào)判 斷為斷路，表示金屬錘未與水面接觸，控制系統(tǒng)8將啟動(dòng)電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)放下金屬錘1， 直至電流回路剛剛導(dǎo)通，表示金屬錘已與水面接觸。測(cè)距滑輪的直徑已知，金屬錘l與 地?zé)峋坏脑季嚯x已知，只要測(cè)量鉬絲纏繞到測(cè)距滑輪的長(zhǎng)度，即由感應(yīng)開(kāi)關(guān)輸出 的脈沖數(shù)量乘以測(cè)距滑輪的直徑，即可計(jì)算出鉬絲(金屬錘)從起始點(diǎn)位置到水面的相對(duì)位移量，由此準(zhǔn)確測(cè)量水位標(biāo)高。在前述條件下，也可以自電流回路剛剛導(dǎo)通時(shí)，測(cè) 定步進(jìn)電機(jī)6旋轉(zhuǎn)的步數(shù)來(lái)準(zhǔn)確測(cè)量水位標(biāo)高即步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)脈沖數(shù)量乘以測(cè)距滑輪 的直徑等于鉬絲從起始點(diǎn)位置到水面的相對(duì)位移量。由于地?zé)峋蛔兓芏喾N因素影 響，當(dāng)定時(shí)檢測(cè)信號(hào)判斷電流回路為接通時(shí)，為了準(zhǔn)確定位金屬錘與液面接觸的位置， 步進(jìn)電機(jī)將反向旋轉(zhuǎn)上提金屬錘，重復(fù)下放金屬錘步驟，多次測(cè)量結(jié)果基本一致時(shí)，確 認(rèn)出井位液面的標(biāo)高。
本發(fā)明的特點(diǎn)是由于本發(fā)明采用機(jī)械傳動(dòng)跟蹤原理，在低成本投入的前提下，解 決了人工及其它測(cè)量方法所帶來(lái)的各種問(wèn)題。首先不需要在井下安裝任何電子測(cè)試探 頭，可有效地解決由于地?zé)崴疁囟雀?、腐蝕性強(qiáng)、探頭密封不嚴(yán)所造成測(cè)試探頭易損壞 的問(wèn)題。其次，測(cè)試過(guò)程不需要消耗任何材料，如專(zhuān)用氣體等，降低維護(hù)成本。該測(cè)試 系統(tǒng)能達(dá)到自動(dòng)控制，所有測(cè)量和控制裝置均位于地上，降低了對(duì)各部件耐溫等要求， 維護(hù)方便，低成本、易安裝要求，可準(zhǔn)確測(cè)量井下水位。采用此方法對(duì)環(huán)境不會(huì)造成任 何影響，在地?zé)崂霉芾砩暇哂泻艽蟮膽?yīng)用推廣價(jià)值。
權(quán)利要求
1. 地?zé)峋滤粶y(cè)量系統(tǒng)，具有金屬錘、換向滑輪、繞線滑輪、測(cè)距滑輪、步進(jìn)電機(jī)以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)，其特征是金屬錘(1)用鉬絲固定，鉬絲經(jīng)過(guò)換向滑輪(2)纏繞于繞線滑輪(3)數(shù)圈后鉬絲端頭與測(cè)距滑輪(4)固定，測(cè)距滑輪(4)輪軸與減速器(5)連接，步進(jìn)電機(jī)(6)與減速器(5)軸連接，金屬錘(1)為一個(gè)電極，與地下水相接觸的測(cè)井管(7)為另一個(gè)電極，兩個(gè)電極之間施加電壓和采樣電阻，由控制系統(tǒng)(8)控制步進(jìn)電機(jī)(6)的啟動(dòng)、停止及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。
2. 按照權(quán)利要求1所述的地?zé)峋滤粶y(cè)量系統(tǒng)，其特征是所述測(cè)距滑輪(4)上 裝有感應(yīng)開(kāi)關(guān)，感應(yīng)開(kāi)關(guān)輸出的脈沖數(shù)量與所述測(cè)距滑輪(4)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)成正比。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的地?zé)峋滤粶y(cè)量系統(tǒng)，其特征是測(cè)定所述步進(jìn)電 機(jī)(5)旋轉(zhuǎn)的歩數(shù)來(lái)測(cè)量水位標(biāo)高。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種地?zé)峋滤粶y(cè)量系統(tǒng)。金屬錘用鉬絲固定，鉬絲經(jīng)過(guò)換向滑輪纏繞于繞線滑輪數(shù)圈后鉬絲端頭與測(cè)距滑輪固定。測(cè)距滑輪輪軸與減速器連接，步進(jìn)電機(jī)與減速器軸連接。由控制系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、停止及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。減速器與測(cè)距滑輪連接將使測(cè)距滑輪產(chǎn)生一個(gè)力矩，這樣斷電時(shí)金屬錘的位置將保持不變。金屬錘與測(cè)井管構(gòu)成兩個(gè)電極，當(dāng)金屬錘與水面接觸時(shí)電路接通，控制系統(tǒng)根據(jù)測(cè)距滑輪上感應(yīng)開(kāi)關(guān)發(fā)出的脈沖信號(hào)，即可計(jì)算鉬絲纏繞到測(cè)距滑輪的長(zhǎng)度，由此確定地下井水面位置。所有測(cè)量和控制裝置均位于地上，不需要在井下安裝任何電子測(cè)試探頭，可有效地解決由于地?zé)崴疁囟雀?、腐蝕性強(qiáng)、探頭密封不嚴(yán)所造成測(cè)試探頭易損壞的問(wèn)題。
文檔編號(hào)E21B47/04GK101440706SQ200810151829
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者劉正光, 葉劍華, 軍 張, 朱家玲, 楊正瓴, 薛俊韜 申請(qǐng)人:天津大學(xué)