本發(fā)明涉及地下水資源技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種地下水滲流速度及溫度測量裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的變化，我國水資源的利用狀況也發(fā)生了改變，地表地下水的開采逐年增加，與此同時(shí)，某些地區(qū)的地下水污染也日趨嚴(yán)峻。所以合理開采地下水資源和有效防止地下水資源污染已經(jīng)迫在眉睫。

查明地下水滲流流速、流向以及溫度的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，為確定水文地質(zhì)框架、地下水資源開發(fā)、地?zé)豳Y源的有效利用、地球結(jié)構(gòu)勘探等提供至關(guān)重要的物理依據(jù)。一些地質(zhì)災(zāi)害，如在地下礦產(chǎn)開采過程中，局部區(qū)域水害是影響安全的生產(chǎn)和建設(shè)的重大災(zāi)害之一，地下水滲流速度的動(dòng)態(tài)監(jiān)測也對減災(zāi)防災(zāi)起到關(guān)鍵作用。目前，實(shí)時(shí)測量地下水局部滲流速度的方法有對熱脈沖式地下水測速儀、膠體內(nèi)視鏡掃描流量計(jì)、以及聲學(xué)多普勒測速儀，一般要么價(jià)格昂貴，要么精度不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種簡單，廉價(jià)，不會(huì)對環(huán)境造成污染的地下水滲流速度及溫度測量裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種地下水滲流速度及溫度的微球測量裝置，包括微球探測器、標(biāo)準(zhǔn)電阻、DC/DC電源、電壓電流調(diào)節(jié)器、電流傳感器和計(jì)算機(jī)。其中，

微球探測器包括光滑外殼(1)、螺紋式內(nèi)殼(3)、纏繞鉑絲(2)、多個(gè)熱電偶和橡膠塞(4)，光滑外殼(1)與螺紋式內(nèi)殼(3)同軸，螺紋式內(nèi)殼(3)是由絕熱絕緣材料制作而成，表面設(shè)置有用來固定纏繞鉑絲(2)的緊湊螺紋，緊湊螺紋還使球面單位面上的鉑絲長度都相同，纏繞鉑絲(2)與光滑外殼(1)之間緊密貼合；螺紋式內(nèi)殼(3)內(nèi)部為空腔，其頂部開設(shè)有一通道，用來埋藏和布置導(dǎo)線，橡膠塞(4)用來封閉通道，以防止地下水進(jìn)入空腔內(nèi)部；在外殼外表面均勻布置熱電偶(0)，以獲得外表面局部溫度。

標(biāo)準(zhǔn)電阻為可調(diào)節(jié)的高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻，與纏繞鉑絲并聯(lián)，電壓電流調(diào)節(jié)器與DC/DC電源串聯(lián)，用來調(diào)節(jié)加載在纏繞鉑絲上的電流和電壓；電流傳感器用來采集纏繞鉑絲的電流變化信號，其采集的電流變化信號被送入計(jì)算機(jī)，熱電偶采集的溫度信號也被送入計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)根據(jù)所采集的纏繞鉑絲的電流變化信號以及熱電偶0采集的各處外表面局部溫度信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，獲得地下水溫度、速度、流動(dòng)方向信息。

本發(fā)明從熱平衡角度出發(fā)，通過對微球內(nèi)殼表面的覆蓋鉑絲，利用鉑絲電阻率隨溫度線性變化的原理，進(jìn)行速度與溫度的測量，這種測量方法精度高，實(shí)時(shí)性好，方便可靠，并且材料價(jià)格低廉，長期投放不會(huì)對地下水資源污染。其原理是：利用焦耳效應(yīng)，鉑絲通電產(chǎn)生一定的熱量，通過換熱平衡最終達(dá)到測量的目的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢是：與現(xiàn)有的測量儀器以及方法相比，尺寸小，球形結(jié)構(gòu)耐壓強(qiáng)度高，對地下組織結(jié)構(gòu)影響?。徊牧蟽r(jià)格低廉；利用本發(fā)明的微球內(nèi)殼表面的覆蓋鉑絲以及置于微球外表面的熱電偶所采集的信號，再輔以計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，可以精確的得出地下水溫度、滲流速度、滲流方向，具有時(shí)效性，為高精度的地下水勘測提供了保障。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中微球形裝置紋路空心內(nèi)殼組圖(單位為mm)，其中(a)、(b)、(c)、(d)分別為裝置的主視圖，左視圖，俯視圖，局部截面圖；

圖2為本發(fā)明中微球形裝置截面圖；

圖3為本發(fā)明中內(nèi)殼纏繞鉑絲示意圖；

圖4為本發(fā)明中微球形裝置測試原理電路圖；

圖5為本發(fā)明的運(yùn)行結(jié)構(gòu)圖；

圖中：0、熱電偶 1、球形探測器外殼 2、鉑絲 3、球形探測器內(nèi)殼 4、橡膠塞 5、DC/DC電源 6、電壓電流調(diào)節(jié)器(DC/DC) 7、標(biāo)準(zhǔn)電阻 8、電流傳感器 9、PC

具體實(shí)施步驟

為了進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲列舉以下實(shí)施方案，并配合附圖詳細(xì)說明：

請參閱圖1、2，這種測量地下水滲流速度以及溫度的微球形裝置主要包括0、熱電偶、光滑外殼1、纏繞鉑絲2、螺紋式內(nèi)殼3、橡膠塞4。螺紋式內(nèi)殼3是由絕熱絕緣材料制作，減少了熱量的散失，提高測量及精度，其外表面上布滿緊湊螺紋，以固定鉑絲，又使球面單位面上的鉑絲長度都相同，也就是使球面的發(fā)熱量均勻，如圖2所示內(nèi)殼內(nèi)部空腔，頂部有一通道，用來埋藏和布置導(dǎo)線；如圖層c所示，鉑絲2按照內(nèi)殼紋路布置；如圖2所示，外殼1分為左右兩部分，內(nèi)外表面均光滑，這樣既好加工，又方便安裝，在安裝過程，外殼內(nèi)表面與鉑絲緊密貼合，減小接觸熱阻，并且進(jìn)一步使球表面發(fā)熱量均勻，外殼外表面均勻布置熱電偶0，以獲得外表面局部溫度；所述的橡膠塞4封閉導(dǎo)線通道，防止地下水進(jìn)入空腔內(nèi)部，使導(dǎo)線短路。

請參閱圖5，測量地下水滲流速度以及溫度的微球形裝置的工作結(jié)構(gòu)圖，主要包括電壓電流調(diào)節(jié)器(DC/DC)6、標(biāo)準(zhǔn)電阻7、電流傳感器8、PC 9。

本發(fā)明工作過程如下：

首先將圖2中的微球形探測器埋在所要測量的多孔介質(zhì)中(地層中)，當(dāng)電源5輸出電流，經(jīng)過電壓電流調(diào)節(jié)器(DC/DC)6將電壓穩(wěn)定在一個(gè)恒定的值，標(biāo)準(zhǔn)電阻7與微球形探測器并聯(lián)分流，使電流滿足鉑絲的額定值，鉑絲通入電流會(huì)產(chǎn)生熱量，并將熱量均勻的傳遞到外殼1上。當(dāng)?shù)叵滤疂B流過程中經(jīng)過微球形探測器時(shí)，會(huì)與外殼1進(jìn)行換熱，當(dāng)達(dá)到熱平衡時(shí)，小球的溫度既是地下水的溫度，由于鉑絲的電阻率隨溫度的變化而線性變化和溫度、電阻、電流的對應(yīng)關(guān)系，小球的溫度是由電流的形式表現(xiàn)出來的，輸出的電流經(jīng)過電流傳感器8轉(zhuǎn)換信號，同時(shí)外殼固定位置均勻嵌入的熱電偶0，得到小球外表面的局部電信號(局部溫度)，兩個(gè)信號最后進(jìn)入PC 9，對輸出電流、球表面局部熱量，電阻率等信息進(jìn)行匹配，修正，分析等步驟，最后的得到地下水溫度、速度、流動(dòng)方向。

利用本發(fā)明的測量裝置，對鉑絲通電加熱，溫度最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，通過對鉑絲電阻與溫度的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行溫度的測量，通過利用混合非線性流動(dòng)問題的反方法，對小球與周圍介質(zhì)換熱過程的溫度分布進(jìn)行分析，獲得邊界條件和初始條件，已達(dá)到速度測量，通過對小球表面局部換熱量的分布進(jìn)行速度方向的測量。

盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。