一種次聲波水源井液面測(cè)試儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種次聲波水源井液面測(cè)試儀，包括金屬材質(zhì)的空腔，其特征在于，所述金屬材質(zhì)的空腔末端與次聲發(fā)生器滑動(dòng)連接，金屬材質(zhì)的空腔內(nèi)螺接有微音器，金屬材質(zhì)的空腔前端固定連接有螺紋接頭，金屬材質(zhì)的空腔上螺接有保護(hù)殼，所述保護(hù)殼上固定連接有四芯航空插座，所述四芯航空插座通過液面信號(hào)線與手持主機(jī)連接。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是利用次聲發(fā)生器產(chǎn)生的次聲波來測(cè)試液面深度，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小巧，攜帶方便，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種次聲波水源井液面測(cè)試儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種次聲波水源井液面測(cè)試儀。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)工業(yè)化的加速，對(duì)地下水的需求越來越大，目前水源井?dāng)?shù)量巨大，其中多數(shù)為小口徑的裸眼井。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，如何管理好、用好這些水源井就成為了一個(gè)新課題。水井液面變化情況是水源井的一項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是制定采水方案、水源井布局等管理工作的依據(jù)，然而這項(xiàng)基礎(chǔ)工作卻一直沒有一種很好的測(cè)試儀器。
[0003]當(dāng)前市場(chǎng)上在用的液面檢測(cè)儀器主要有以下3種:
[0004]1、繩測(cè)法:在井筒中下入通電的細(xì)電纜，水是導(dǎo)體，電纜前端接觸水面后，形成回路，電流會(huì)發(fā)生變化。檢測(cè)回路中的電流變化確定是否入水，入水時(shí)測(cè)量下入電纜的長(zhǎng)度，就能確定液面位置，相當(dāng)于拿繩子測(cè)量長(zhǎng)度。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，成本較低。缺點(diǎn)是測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)極高，測(cè)試過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，使用范圍有限，只能測(cè)量沒有投運(yùn)的空井筒。水源井一旦投運(yùn)，內(nèi)部要安裝出水管、電纜、電纜卡子等，環(huán)空就非常狹小了。如果從環(huán)空下儀器測(cè)量，這些結(jié)構(gòu)會(huì)阻礙測(cè)試電纜下入，甚至測(cè)試電纜與動(dòng)力電纜、水管纏繞，造成下不去、上不來的逾尬場(chǎng)面。
[0005]2、井下下固定傳感器法。下入的傳感器分為兩類，壓力傳感器或射頻導(dǎo)納傳感器。優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)時(shí)在線連續(xù)測(cè)量。缺點(diǎn)是這些傳感器需要電纜連接，所以安裝難度大，需要在水井安裝初期或修井時(shí)和潛水泵一同下入；儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較高；傳感器精度受水質(zhì)影響，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)變差。
[0006]3、次聲波油井液面測(cè)試儀。優(yōu)點(diǎn)是可以在經(jīng)過加裝專用螺紋接口的井口上測(cè)量。缺點(diǎn)是a、需要靠打子彈或氮?dú)鈽屪鳛槁曉?，子彈屬于爆炸危險(xiǎn)品，目前已基本不再使用，氮?dú)馄矿w積大、笨重，壓力容器還存在安全隱患山、絕大多數(shù)水源井井口沒有加裝測(cè)量所必須的專用螺紋接口，所以就無法測(cè)量。加裝專用螺紋接口需要在水井安裝初期或修井時(shí)才能進(jìn)行，后期加裝工作量大、費(fèi)用高，實(shí)時(shí)性差；C、即使在加裝了專用螺紋接口的井口上測(cè)量，由于該儀器是針對(duì)油井測(cè)量設(shè)計(jì)的，軟、硬件沒有優(yōu)化，硬件比較笨重、軟件需要設(shè)置很多參數(shù)，測(cè)量過程復(fù)雜、針對(duì)性差；d、油井的井口氣密性好，水井的井口由于有動(dòng)力電纜穿越孔、回水穿越孔，所以氣密性很差，這就要求測(cè)試儀設(shè)計(jì)時(shí)通過適當(dāng)調(diào)節(jié)傳感器靈敏度、儀表放大電路放大倍數(shù)、修改濾波電路算法等手段。進(jìn)行優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述現(xiàn)有的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型專門為測(cè)試裸眼水源井動(dòng)液面開發(fā)研制的儀器，其主要目的在于提供應(yīng)用于裸眼水源井的動(dòng)液面測(cè)量的一種實(shí)用的次聲波水源井液面測(cè)試儀。
[0008]為達(dá)成以上所述的目的，本實(shí)用新型的一種次聲波水源井液面測(cè)試儀采取如下技術(shù)方案:[0009]一種次聲波水源井液面測(cè)試儀，包括金屬材質(zhì)的空腔，其特征在于，所述金屬材質(zhì)的空腔末端與次聲發(fā)生器滑動(dòng)連接，金屬材質(zhì)的空腔內(nèi)螺接有微音器，金屬材質(zhì)的空腔前端固定連接有螺紋接頭，金屬材質(zhì)的空腔上螺接有保護(hù)殼，所述保護(hù)殼上固定連接有四芯航空插座，所述四芯航空插座通過液面信號(hào)線與手持主機(jī)連接，所述手持主機(jī)內(nèi)固定連接有CPU、微音器、溫度傳感器、電壓傳感器、信號(hào)輸入接口、RS-485通訊接口、充電器接口、Flash存儲(chǔ)器和鋰離子電池裝置，表頭裝置表面固定連接有耐低溫IXD顯示屏、鍵盤，顯示屏內(nèi)可顯示井內(nèi)回聲曲線。
[0010]進(jìn)一步的，螺紋接頭上連接橡膠套或海綿墊，橡膠套適用于平面的連接，海綿墊適用于接觸面不平整或曲面的連接。
[0011]聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)選用微音器，微音器是一種壓電陶瓷制品。
[0012]采用如上技術(shù)方案的本實(shí)用新型，具有如下有益效果:
[0013]1、采用小巧輕便的次聲發(fā)生器為發(fā)聲源，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小巧、輕便、便于攜帶，可以直接旋接到加裝專用螺紋接口的井口上測(cè)量液面深度，在沒有加裝專用螺紋接口的井上測(cè)量時(shí)，井筒上只要有直徑大于F20mm的孔，用傳感器前部墊上橡膠套或海綿墊與井筒上的孔對(duì)齊，同樣也可以測(cè)試水源井的液面深度，對(duì)于井口沒有孔的井，只需在合適位置開一個(gè)直徑大于F20mm的孔即可。
[0014]2、與以往的測(cè)試方法相比較，本實(shí)用新型具有對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、體積小、重量輕、便于攜帶、操作安全、使用方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。
[0015]3、利用小巧精致的次聲發(fā)生器作為氣體聲源，徹底解決了火藥聲彈的安全隱患，避免了充灌氮?dú)馄窟\(yùn)輸保管過程的不方便問題，避免了生產(chǎn)井繩測(cè)法無法下入的尷尬情況，也不用下傳感器，使用更靈活、成本更低、更可靠安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為圖1局部放大圖。
[0018]圖3為本實(shí)用新型手持機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]其中，1-次聲發(fā)生器，2-密封膠圈，3-微音器，4-螺紋接頭，5-橡膠套，6_保護(hù)殼，7-四芯航空插座，8-手持主機(jī),9-液面信號(hào)線。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了進(jìn)一步說明本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖進(jìn)一步進(jìn)行說明:
[0021]本實(shí)用新型的一種次聲波水源井液面測(cè)試儀，包括連接傳感器和手持主機(jī)兩大部分，連接傳感器與手持主機(jī)通過液面信號(hào)線互通。具體來說(參見圖1)，連接傳感器為金屬材質(zhì)的空腔，金屬材質(zhì)的空腔末端通過密封膠圈2滑動(dòng)連接有次聲發(fā)生器1，次聲發(fā)生器I可隨時(shí)拆卸，方便攜帶。在井口連接傳感器面向水源井套管的一端空腔內(nèi)螺接有接收聲波的微音器3。金屬材質(zhì)的空腔前端固定連接有螺紋接頭4，螺紋接頭4上根據(jù)需要可連接5橡膠套或海綿墊，通過保護(hù)殼6將連接傳感器的部分器件裝置罩起來，在保護(hù)罩殼6的外面裝有通訊接口的四芯航空插座7，液面信號(hào)線9的一頭是四芯航空插頭，另一頭是與主機(jī)連接的插頭，通過液面信號(hào)線9上的四芯航空插頭將四芯航空插座7與手持主機(jī)8連接，利用專用的手持主機(jī)8采集微音器3產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行放大、計(jì)算、存儲(chǔ)，獲取測(cè)試結(jié)果。
[0022]手持主機(jī)8內(nèi)固定連接有CPU、溫度傳感器、電壓傳感器、信號(hào)輸入接口、RS-485通訊接口、充電器接口、Flash存儲(chǔ)器和鋰離子電池裝置，表頭裝置表面固定連接有耐低溫IXD顯示屏、鍵盤，顯示屏內(nèi)可顯示井內(nèi)回聲曲線。表頭裝置:表頭采用80C51處理器，實(shí)現(xiàn)水源井液位測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄、分析。采用DC5V供電。FLASH閃存芯片存貯歷史數(shù)據(jù)，掉電永不丟失數(shù)據(jù)。240 X 320像素高亮度IXD顯示屏，最低使用溫度可達(dá)_20°C，完全滿足目前生產(chǎn)需要。顯示信息除了有井號(hào)、測(cè)試時(shí)間、測(cè)量值外還有測(cè)試曲線、井口位置、液面位置及聲速顯示，可以非常方便人工查詢及重新標(biāo)定液面位置。全中文操作菜單，直觀方便。采用RS485接口，可以與上位機(jī)軟件進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳、下載、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、打印、測(cè)試數(shù)據(jù)分析等管理功能，滿足水源井監(jiān)控、管理要求。參數(shù)修改自動(dòng)記錄，方便查詢水源井歷史液位情況。
[0023]本實(shí)用新型的微音器是一種壓電陶瓷制品，可以將次聲波轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，手持主機(jī)通過采集電壓變化繪制出曲線，通過對(duì)曲線幅值的變化確定液面位置。
[0024]本實(shí)用新型的一種次聲波水源井液面測(cè)試儀，利用次聲發(fā)生器產(chǎn)生的次聲波來測(cè)試液面深度。將次聲發(fā)生器以及各組件連接好后，利用專用的手持主機(jī)可以方便地對(duì)儀器進(jìn)行各種功能操作設(shè)置，通過快速拍打次聲發(fā)生器，將次聲發(fā)生器中的氣體突然釋放到水源井的套管環(huán)空中，此時(shí)在井口處環(huán)空中的氣體瞬間發(fā)生膨脹，產(chǎn)生膨脹沖擊波。該沖擊波沿套管環(huán)空向井下傳播，遇到氣液界面產(chǎn)生反射聲波脈沖，由微音器接收聲脈沖轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，通過液面信號(hào)線由手持主機(jī)接收，手持主機(jī)通過采集電壓變化繪制出曲線，通過對(duì)曲線幅值的變化自動(dòng)計(jì)算出液面深度并儲(chǔ)存，并且可以將測(cè)試的數(shù)據(jù)通過通訊電纜導(dǎo)入到裝有上位機(jī)軟件的電腦中進(jìn)行更全面的分析。測(cè)距的公式表示為:L = CXT/2。公式中L為測(cè)量的距離長(zhǎng)度；C為聲波在空氣中的傳播速度；T為測(cè)量距離傳播的時(shí)間差。本實(shí)用新型與水源井連接方法有2種情況:a、井口連接傳感器前部有兩寸的管螺紋接頭，可以直接旋接到加裝了專用螺紋接口的井口上測(cè)量液面深度。b、沒有加裝專用螺紋接口的井上，井筒上只要有直徑大于F20mm的孔，測(cè)量時(shí)用傳感器前部橡套上膠套或墊上海綿墊與井筒上的孔對(duì)齊，同樣也可以測(cè)試水源井的液面深度；對(duì)于井口沒有孔的井，只需在合適位置開一個(gè)直徑大于F20_的孔即可。橡膠套和海綿墊可以改善接口部分的密封性、吸收測(cè)試過程的震動(dòng)，減少外界因素對(duì)靈敏度極高的微音器的干擾。水井的井口由于有電纜穿越孔、回水穿越孔，所以氣密性很差，這就要求測(cè)試儀設(shè)計(jì)時(shí)通過適當(dāng)調(diào)節(jié)傳感器靈敏度、儀表放大電路放大倍數(shù)、修改濾波電路算法等手段，進(jìn)行優(yōu)化提高整體靈敏度、抗干擾能力。本實(shí)用新型的手持主機(jī)通過RS232接口可以與電腦中的上位機(jī)軟件通訊，將測(cè)試結(jié)果上傳到PC電腦上形成數(shù)據(jù)庫(kù)，便于生產(chǎn)管理者儲(chǔ)存、查詢、打印、分析測(cè)試結(jié)果，和聲波一樣，次聲波的傳播遵循聲波傳播的一般規(guī)律，但由于它的頻率很低，在傳播時(shí)也有自己的特殊性。次聲波在20°C的大氣中的傳播速度為334m/s。由于次聲波的頻率低，波長(zhǎng)大，容易發(fā)生衍射，在傳播過程中遇到障礙物很難被阻擋，經(jīng)常會(huì)一繞而過，在有些情況下，哪怕是巨大的山巒也無法阻擋它的傳播。另一方面，聲波在傳播過程中，頻率越高，衰減越大。次聲波由于頻率很低，在傳播過程中衰減很小。當(dāng)次聲波在大氣中傳播幾千千米時(shí)，空氣對(duì)其吸收還不到萬分之幾分貝。因此，次聲波可以在空氣、地面等介質(zhì)中傳播得很遠(yuǎn)。例如一包5kg的炸藥爆炸時(shí)，幾千米以外就聽不到爆炸聲了，但由爆炸引起的次聲波卻能傳到80km遠(yuǎn)處。[0025]本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小巧、使用方便、安全可靠的測(cè)試水源井動(dòng)液面深度的新裝置，在本裝置發(fā)明思路的前提下的任何改變和變形均在本權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種次聲波水源井液面測(cè)試儀，包括金屬材質(zhì)的空腔，其特征在于，所述金屬材質(zhì)的空腔末端與次聲發(fā)生器滑動(dòng)連接，金屬材質(zhì)的空腔內(nèi)螺接有微音器，金屬材質(zhì)的空腔前端固定連接有螺紋接頭，金屬材質(zhì)的空腔上螺接有保護(hù)殼，所述保護(hù)殼上固定連接有四芯航空插座，所述四芯航空插座通過液面信號(hào)線與手持主機(jī)連接，所述手持主機(jī)內(nèi)固定連接有CPU、微音器、溫度傳感器、電壓傳感器、信號(hào)輸入接口、RS-485通訊接口、充電器接口、Flash存儲(chǔ)器和鋰離子電池裝置，表頭裝置表面固定連接有耐低溫IXD顯示屏、鍵盤，顯示屏內(nèi)可顯示井內(nèi)回聲曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種次聲波水源井液面測(cè)試儀，其特征在于，螺紋接頭上連接橡膠套或海綿墊，橡膠套適用于平面的連接，海綿墊適用于接觸面不平整或曲面的連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種次聲波水源井液面測(cè)試儀,其特征在于，聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)選用微音器，微音器是一種壓電陶瓷制品。
【文檔編號(hào)】E21B47/14GK203716957SQ201420025171
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月13日
【發(fā)明者】白能鋒, 白小彤, 康帥, 李國(guó)營(yíng), 李斌, 黃戰(zhàn)衛(wèi), 岳琛, 李巖, 王鑫海, 羅慶梅, 侯艷敏, 李艷, 楊文 , 潘明寬 申請(qǐng)人:陜西艾梅生石油科技有限公司