專利名稱：智能化單井地下水動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬水文地質(zhì)測(cè)井領(lǐng)域，涉及一種利用測(cè)量單井中同位素示蹤劑量來(lái)顯示地下水流速流向動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量?jī)x器。
利用放射性指示劑在單井中測(cè)定地下水流速流向的方法是Moser(1957)和Maither(1963)分別提出的。于是有多種見諸面世的測(cè)定地下水流速流向的裝置。最早的有接桿式定向探頭；后來(lái)有波蘭I.B.Hazza發(fā)明的P-32吸附與X膠片定向測(cè)速裝置；日本落合敏郎的三層同位素稀釋室定向測(cè)速裝置；W.Drost和Kiotz等設(shè)計(jì)的棉紗網(wǎng)吸附測(cè)向、活性炭吸附測(cè)向裝置；美國(guó)專利4051368、英國(guó)專利2009921和1598837介紹的中子活化測(cè)向測(cè)速裝置；德國(guó)慕尼黑水文地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室W.Drost1982年測(cè)定地下水流速流向的新式示蹤探頭；中國(guó)專利85107160、86104175介紹的熱釋光和電離室同位素示蹤測(cè)量裝置等。上述發(fā)明雖達(dá)到了測(cè)量地下水流速流向的要求，但在實(shí)際應(yīng)用中，它們都存在測(cè)量精度不高的缺陷，而且接桿式只適用于淺井測(cè)量，且操作麻煩；各種吸附式易造成污染，對(duì)深井及井徑有一定要求；中子活化，成本高，且存在防護(hù)問(wèn)題；德國(guó)的新式探頭，工藝復(fù)雜，造價(jià)昂貴，推廣使用受到限制；熱釋光、電離室雖工藝簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，卻測(cè)量數(shù)據(jù)少，周期長(zhǎng)。而且，上述傳統(tǒng)的各測(cè)試裝置均只能測(cè)定地下水含水層均勻的孔隙流的水流方向，對(duì)于非均勻流的裂隙流水流方向卻無(wú)法測(cè)定，這已成為目前世界上地下水動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)定的一大難題。
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問(wèn)題，提出一種可測(cè)量地下含水層裂隙流水流方向且測(cè)量精度高，自動(dòng)化程度好，測(cè)量項(xiàng)目齊全，工藝簡(jiǎn)便，成本低廉，使用安全可靠方便的智能化單井地下水動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種智能化單井地下水動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀，它由整體式罩體、信號(hào)處理電路、放射性探測(cè)體及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)、磁探測(cè)器及壓力傳感器組成，其特征在于放射性探測(cè)體由可轉(zhuǎn)動(dòng)的柱體和至少三個(gè)的放射性探測(cè)器組成，各放射性探測(cè)器豎直位于柱體邊緣內(nèi)，且柱體和驅(qū)動(dòng)電機(jī)及信號(hào)處理電路一同位于整體式罩體內(nèi)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主軸伸入柱體中心使它們連為一體，柱體一端設(shè)有磁探測(cè)器，其另一端設(shè)有壓力傳感器，且磁探測(cè)器的基準(zhǔn)線始終指向被設(shè)定為零位的放射性探測(cè)器，該零位探測(cè)器根據(jù)柱體內(nèi)多個(gè)放射性探測(cè)器初次測(cè)量到的地下水流方向的最大計(jì)算值，這時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)柱體只作正負(fù)180度的轉(zhuǎn)動(dòng)，就可使該零位探測(cè)器轉(zhuǎn)至到地下水流方向的最大值處，作更進(jìn)一步精細(xì)的調(diào)整，直至到零位探測(cè)器探測(cè)到地下水流真實(shí)的最大值方向止。各放射性探測(cè)器的輸出及磁探測(cè)器和壓力傳感器的輸出均與信號(hào)處理電路的輸入相連，信號(hào)處理電路的輸出通過(guò)導(dǎo)線接至地面計(jì)算機(jī)。
本發(fā)明首次將放射性探測(cè)器與磁探測(cè)器有機(jī)地結(jié)合在一起，利用放射性探測(cè)器確定地下水流向，并由計(jì)算機(jī)控制放射性探測(cè)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使放射性探測(cè)器始終動(dòng)態(tài)處于測(cè)量最大值位置，故可精確地測(cè)出地下含水層裂隙流水流方向，解決了世界上至今未能解決的難題。同時(shí)本發(fā)明利用磁探測(cè)器確定所測(cè)出的地下水流向(不清楚)與大地北極之間的夾角，故探測(cè)精度大大提高。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，投源采用電動(dòng)活塞注入，流速采用計(jì)數(shù)管測(cè)量，定向采用弱磁元件探測(cè)，動(dòng)水壓力采用壓力傳感器，所有探測(cè)器通過(guò)信號(hào)處理電路與地面計(jì)算機(jī)相連，并由其控制，故自動(dòng)化程度高，測(cè)量項(xiàng)目齊全，測(cè)量速度快，且工藝簡(jiǎn)單，使用方便。另外，由于采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，使放射性同位素的投源量降低，故減少了環(huán)境污染，安全性高，可靠性好，可在水文地質(zhì)領(lǐng)域廣泛地推廣應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的信號(hào)處理電路原理示意圖。
圖3是本發(fā)明中放射性探測(cè)器的柱體斷面示意圖。
圖4是本發(fā)明中放射性探測(cè)器的另一結(jié)構(gòu)柱體的斷面示意圖。
如圖1，本發(fā)明由整體式罩體1、信號(hào)處理電路2、放射性探測(cè)體3及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)4、磁探測(cè)器5及壓力傳感器6組成，本發(fā)明的特點(diǎn)是放射性探測(cè)體3由可轉(zhuǎn)動(dòng)的柱體7和至少三個(gè)的放射性探測(cè)器8組成，放射性探測(cè)器8豎直位于柱體7邊緣內(nèi)，且柱體7和驅(qū)動(dòng)電機(jī)4及信號(hào)處理電路2一同位于整體式罩體1內(nèi)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)4的主軸9伸入柱體7中心使它們連為一體，柱體7一端設(shè)有磁探測(cè)器5，其另一端設(shè)有壓力傳感器6，且磁探測(cè)器5的基準(zhǔn)線始終指向被設(shè)定為零位的放射性探測(cè)器8，該零位放射器8根據(jù)柱體7內(nèi)多個(gè)放射性探測(cè)器8初次測(cè)量到的地下水流方向的最大計(jì)算值，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)4帶動(dòng)柱體7只作正負(fù)180度內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，即可使該零位探測(cè)器8轉(zhuǎn)至地下水流的最大值處，使零位探測(cè)器8探測(cè)到地下水流真實(shí)的最大值，從而確定實(shí)際地下水流的方向。各放射性探測(cè)器8的輸出及磁探測(cè)器5和壓力傳感器6的輸出均與信號(hào)處理電路2的輸入相連，信號(hào)處理電路2的輸出通過(guò)導(dǎo)線10接至地面計(jì)算機(jī)11(如筆記本電腦)。上述放射性探測(cè)器8可選用蓋革計(jì)數(shù)管，如型號(hào)為J404βγ、J402βγ、J304βγ等的計(jì)數(shù)管，也可選用閃爍計(jì)數(shù)管，如碘化鈉、碘化銫、碘化鉀等閃爍計(jì)數(shù)管。上述磁探測(cè)器5可選用弱磁探測(cè)器，如型號(hào)為MX100、MX1001、MX1002等弱磁探測(cè)器，也可選用磁通門式磁探測(cè)器，如高斯計(jì)、磁場(chǎng)探頭、磁力計(jì)等，還可選用霍爾探磁元件作為磁探測(cè)器。上述壓力傳感器6可采用硅壓阻式壓力傳感器，也可采用石英壓力傳感器或振動(dòng)筒式壓力傳感器。
本發(fā)明的信號(hào)處理電路2如圖2，它由串行A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)理器、F/D變換器及中央處理器CPU組成，磁探測(cè)器5的輸出通過(guò)串行A/D轉(zhuǎn)換器接至CPU，壓力傳感器6的輸出通過(guò)信號(hào)調(diào)理器和F/D變換器接至CPU，放射性探測(cè)器8的輸出也通過(guò)串行A/D轉(zhuǎn)換器接至CPU，放射性探測(cè)體3的驅(qū)動(dòng)電機(jī)4也與CPU相連，CPU的輸出通過(guò)串行接口及導(dǎo)線10接至地面筆記本電腦11。
本發(fā)明放射性探測(cè)體3中，其柱體7與放射性探測(cè)器8的連接可采用下述兩種結(jié)構(gòu)1、如圖3，可在柱體7側(cè)壁上豎直向內(nèi)開有凹槽12，該凹槽12的內(nèi)徑和長(zhǎng)度與放射性探測(cè)器8的直徑和長(zhǎng)度相吻合，該凹槽12的開口13大小，根據(jù)放射性探測(cè)器的型號(hào)，可在7-9毫米范圍內(nèi)選定。使得放射性探測(cè)器能準(zhǔn)確地探測(cè)到裂隙滲流的確切位置。
2、如圖4，也可在柱體7邊緣豎直開有多個(gè)直徑和深度與放射性探測(cè)器8直徑及長(zhǎng)度相吻合的安裝孔14，一般為3-10個(gè)，它們均勻分布，用于放置多個(gè)放射性探測(cè)器8，其工作原理與前述相同。
本發(fā)明中，磁探測(cè)器5可水平安置在放射性探測(cè)體3的柱體7上端，壓力探測(cè)器6可安置在柱體7的下端。
在放射性探測(cè)體3下端可連有投源器15，該投源器15由電機(jī)16、同位素容器17和活塞18組成，電機(jī)16上面與柱體7下端的放射性探測(cè)體驅(qū)動(dòng)電機(jī)4相連，它們一同位于整體式罩體1內(nèi)，罩體1下端與同位素容器17相連，電機(jī)16位于容器17上口，其電機(jī)軸21伸入容器17內(nèi)位于其中心，電機(jī)軸21上螺紋連有活塞18，容器17內(nèi)設(shè)有同位素溶液19，其下部側(cè)壁開有多個(gè)微孔20。
本發(fā)明工作時(shí)，將本發(fā)明的測(cè)試儀放入打好的井孔水中，其井中所處位置應(yīng)位于被測(cè)層的位置，其信號(hào)處理電路2引出的導(dǎo)線10連至井外的筆記本電腦11或其它測(cè)量?jī)x器，當(dāng)安置完畢后，可通過(guò)地面筆記本電腦11控制信號(hào)處理電路2使投源器15的電機(jī)16工作，電機(jī)軸21轉(zhuǎn)動(dòng)，其螺紋結(jié)構(gòu)使活塞18向下移動(dòng)，將容器17內(nèi)的放射性同位素溶液19從容器17下部的微孔20擠出，使井中的水均勻地標(biāo)記上同位素。投源結(jié)束后，信號(hào)處理電路2就控制各探測(cè)器通電工作，壓力傳感器6將測(cè)得的信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理電路2處理后送至電腦11，顯示出本發(fā)明裝置所處的位置深度。同時(shí)放射性探測(cè)器8(如蓋革計(jì)數(shù)管)開始計(jì)數(shù)。對(duì)于地下水含水層為孔隙流時(shí)，由于孔隙流是對(duì)稱性分布的，則當(dāng)投源器15投出的同位素溶液19均勻標(biāo)記在井中水時(shí)，如果井中水是靜止的，則各計(jì)數(shù)管8測(cè)量的計(jì)數(shù)是相同的，并從地面電腦11中顯示出來(lái)，如果井中水流動(dòng)，則流動(dòng)水體的放射性同位素標(biāo)記呈不均勻分布，即靠近含水層流入井內(nèi)方向的計(jì)數(shù)管8測(cè)量的同位素計(jì)數(shù)就小，而靠近井內(nèi)流出含水層方向的計(jì)數(shù)管8測(cè)量的同位素計(jì)數(shù)就大，這樣各計(jì)數(shù)管8將測(cè)量的計(jì)數(shù)通過(guò)電腦11處理后就能將水流的方向顯示出來(lái)。但該水流顯示的流動(dòng)方向是相對(duì)于零位計(jì)數(shù)管8的水流方向，工作人員由于在地面無(wú)法知道零位計(jì)數(shù)管8與大地磁極的相對(duì)方位，所以仍不能得知水流的實(shí)際方向，故本發(fā)明接入了高精度磁探測(cè)器5(如高精度弱磁探測(cè)器)，該磁探測(cè)器5的基準(zhǔn)線由于始終指向零位計(jì)數(shù)管8，故磁探測(cè)器5就始終指示出零位計(jì)數(shù)管8與大地北極之間的夾角，該夾角與零位計(jì)數(shù)管8和水流之間的夾角進(jìn)行疊加計(jì)算處理后，就能在電腦11中顯示出孔隙水流與大地北極之間的實(shí)際流向。對(duì)于地下水含水層為裂隙流時(shí)，由于裂隙流是非對(duì)稱性分布的，則放射探測(cè)器8所探測(cè)的放射性同位素最大值的位置誤差較大，此時(shí)啟動(dòng)放射性探測(cè)體3的驅(qū)動(dòng)電機(jī)4，并在地面電腦11的控制下帶動(dòng)柱體7作正負(fù)180度內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)(解決動(dòng)傳遞問(wèn)題)，使被設(shè)定為零位的放射性探測(cè)器8準(zhǔn)確找到裂隙滲流的具體位置，因?yàn)?，裂隙發(fā)生滲流的具體位置就是最大值計(jì)數(shù)管被設(shè)定為零位的放射性探測(cè)器8的位置，此位置就是磁探測(cè)器5探測(cè)到的與大地北極的實(shí)際方位。這樣就無(wú)需計(jì)算磁探測(cè)器5與零位放射性探測(cè)器8之間的夾角，零位放射性探測(cè)器8探測(cè)的水流方向就是磁探測(cè)器5探測(cè)到的方向，再通過(guò)信號(hào)處理電路2送至電腦11處理，就能在電腦11中顯示出裂隙水流與大地北極之間的實(shí)際流向。同理可找到二級(jí)裂隙和三級(jí)裂隙，再配合磁探測(cè)器5定位，這樣可確定裂隙水滲流的準(zhǔn)確流向，精度更高。
測(cè)流速時(shí)，根據(jù)流速的大小來(lái)確定測(cè)量的次數(shù)和時(shí)間，此時(shí)各計(jì)數(shù)管8測(cè)得的計(jì)數(shù)疊加在一起作為一個(gè)計(jì)數(shù)管8的計(jì)數(shù)，由于地下水流動(dòng)的速度與井內(nèi)同位素溶液19的稀釋速度有對(duì)應(yīng)關(guān)系，故只要測(cè)得每次計(jì)數(shù)管8的計(jì)數(shù)大小和時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系就可經(jīng)過(guò)電腦11處理顯示出水流速度。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案中，若本發(fā)明測(cè)試儀投入井中的深度用其它方法或儀器確定，如電纜長(zhǎng)度標(biāo)記法，或長(zhǎng)度記數(shù)儀等，則本發(fā)明測(cè)試儀中的壓力傳感器6可省略。
權(quán)利要求
1.一種智能化單井地下水動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀，它由整體式罩體、信號(hào)處理電路、放射性探測(cè)體及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)、磁探測(cè)器及壓力傳感器組成，其特征在于放射性探測(cè)體由可轉(zhuǎn)動(dòng)的柱體和至少三個(gè)的放射性探測(cè)器組成，各放射性探測(cè)器豎直位于柱體邊緣內(nèi)，且柱體和驅(qū)動(dòng)電機(jī)及信號(hào)處理電路一同位于整體式罩體內(nèi)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主軸伸入柱體中心使它們連為一體，柱體一端設(shè)有磁探測(cè)器，其另一端設(shè)有壓力傳感器，且磁探測(cè)器的基準(zhǔn)線始終指向被設(shè)定為零位的放射性探測(cè)器，各放射性探測(cè)器的輸出及磁探測(cè)器和壓力傳感器的輸出均與信號(hào)處理電路的輸入相連，信號(hào)處理電路的輸出通過(guò)導(dǎo)線接至地面計(jì)算機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化單井地下水動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀，其特征在于放射性探測(cè)器可選用蓋革計(jì)數(shù)管，也可選用閃爍計(jì)數(shù)管；磁探測(cè)器可選用弱磁探測(cè)器，也可選用磁通門式磁探測(cè)器，還可選用霍爾探磁元件作為磁探測(cè)器；壓力傳感器可采用硅壓阻式壓力傳感器，也可采用石英壓力傳感器或振動(dòng)筒式壓力傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化單井地下水動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀，其特征在于所述放射性探測(cè)體中，可在柱體側(cè)壁上豎直向內(nèi)開有凹槽，該凹槽的內(nèi)徑和長(zhǎng)度與放射性探測(cè)器的直徑和長(zhǎng)度相吻合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能化單井地下水動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀，其特征在于所述凹槽的開口大小，根據(jù)放射性探測(cè)器的型號(hào)，可在7-9毫米范圍內(nèi)選定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化單井地下水動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀，其特征在于所述放射性探測(cè)體中，也可在柱體邊緣豎直開有多個(gè)直徑和深度與放射性探測(cè)器直徑及長(zhǎng)度相吻合的安裝孔，一般為3-10個(gè)，它們均勻分布，用于放置多個(gè)放射性探測(cè)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化單井地下水動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀，其特征在于所述磁探測(cè)器可水平安置在放射性探測(cè)體的柱體上端，壓力探測(cè)器可安置在柱體的下端；在放射性探測(cè)體下端可連有投源器，該投源器由電機(jī)、同位素容器和活塞組成，電機(jī)上面與柱體下端的放射性探測(cè)體驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連，它們一同位于整體式罩體內(nèi)，罩體下端與同位素容器相連，電機(jī)位于容器上口，其電機(jī)軸伸入容器內(nèi)位于其中心，電機(jī)軸上螺紋連有活塞，容器內(nèi)設(shè)有同位素溶液，其下部側(cè)壁開有多個(gè)微孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能化單井地下水動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀,它由整體式罩體、信號(hào)處理電路、放射性探測(cè)體及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)、磁探測(cè)器及壓力傳感器組成,放射性探測(cè)體由可轉(zhuǎn)動(dòng)的柱體和至少三個(gè)的放射性探測(cè)器組成,驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主軸伸入柱體使它們連為一體,柱體一端設(shè)有磁探測(cè)器,其另一端設(shè)有壓力傳感器,且磁探測(cè)器的基準(zhǔn)線指向零位放射性探測(cè)器,放射性探測(cè)器的輸出及磁探測(cè)器和壓力傳感器的輸出均與信號(hào)處理電路的輸入相連,信號(hào)處理電路的輸出接至地面計(jì)算機(jī)。
文檔編號(hào)G01V11/00GK1210272SQ98111509
公開日1999年3月10日 申請(qǐng)日期1998年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月28日
發(fā)明者杜國(guó)平, 汪力, 蔡鶴琴 申請(qǐng)人:江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能農(nóng)業(yè)利用研究所