专利名称：自动控制的完整井抽水模拟装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及教学试验用模拟装置，具体讲属于能自动控制的完整井抽水模拟装置。
背景技术：
在目前的研究地下水的运动时，往往采用水模拟原理的机械模拟装置且依靠手动操作而 完成，如传统的沙槽模拟装置，其虽然解决了采用数学方法的抽象问题，使实习者较直观的 理解地下水的运动状况，但由于体积大、实验操作烦琐、所获得的实验数据不准确，故很难 以推而广之，而且制作成本大。在沙槽模拟装置的基础上改进的模拟装置，即中国专利公告 号为CN100446052C专利文献，其包括带水泵的储水箱、底板保持水平的模拟箱，模拟箱内 有供水腔、有含水层的模拟腔、抽水井，在含水层顶面有与底板平行的隔水顶板，模拟腔的 横截面形状为扇形，模拟腔与供水腔、模拟腔与抽水井之间有透水网孔板，位于上游端的定 水头溢流箱中的溢流回水腔与储水箱相通而溢流槽分别与储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与储水箱相通而溢流槽与抽水井中连通，至少三组测压玻 璃管竖直装在模拟腔壁上，分别与测压管底部连通的测压软管的一端穿过模拟腔壁插入含水 层中。其存在的不足基本同于沙槽模拟装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种体积小、结构简单、模拟实验基于水电比拟原理且实现自动 控制、操作简便、获得的实验数据准确的用于教学及研究地下潜水时向完整井稳定渗流的模 拟装置。
实现目的的技术措施
自动控制的完整井抽水模拟装置，其在于包括底座上装有的机械模拟系统及与机械模 拟系统连接的电气控制系统；其机械模拟系统由装在底座上的圆形导电环、圆形导电环中心线上的导电支杆、导电支杆上的槽形探臂、分别装在槽形探臂两端的驱动电机和探臂电机 以及位置传感器和标杆传感器、槽形探臂上的传动螺杆、传动螺杆上的游标、游标上的探针、 槽形探臂底面上的探针槽、底座上的角度标杆组成；电气控制系统由通过导线分别与中央 处理器连接的显示模块、数据结果存储模块、交流信号产生模块、电机驱动模块、模数转换 模块、用户接口、串口通信模块及电源模块组成，探臂电机与槽形探臂连接；槽形探臂在圆 形导电环上滑动。
其在于机械模拟系统与电气控制系统连接，具体指圆形导电环及导电支杆与交流信 号产生模块通过导线连接；驱动电机、探臂电机、位置传感器和标杆传感器分别与电机驱动 模块通过导线连接；探针通过导线与模数转换模块连接。
其在于在槽形探臂上装有配重块。
其在于在槽形探臂连接探臂电机一端的下方连接有滚轮，滚轮与探臂电机连接；滚轮 在圆形导电环上运动。
其在于探针穿过探针槽伸入圆形导电环内的水层。
其在于底座上的角度标杆至少为一个。
其在于圆形导电环与底座直接连接或将圆形导电环制作为U形；圆形导电环内的水不 泄漏。
其在于圆形导电环的底板或底座为绝缘体材质。 其在于槽形探臂的截面形状还为中空方形。
本发明与现有技术相比，体积小、结构简单，模拟实验基于水电比拟原理且实现自动控 制测量，实验结果较传统手动测量获得的数据精确，并容易实施。
图1为自动控制的完整井抽水模拟装置结构示意2为机械模拟系统结构示意图
图3为图2的A向示意图
图4为为图中槽形探臂的结构示意图
具体实施例方式
下面结合附图作进一步描述 实施例1
结合图l、图2、图3及图5描述
自动控制的完整井抽水模拟装置包括底座1及在其上安装的机械模拟系统及与机械模 拟系统连接的电气控制系统；在底座1上粘接橡胶材质层，并在其上加工与圆形导电环2的
底面直径相配合的槽。
其机械模拟系统由在底座1上加工的槽内嵌入圆形导电环2，不能有缝隙，不能渗水； 在圆形导电环2的中心线的底座1上采用螺纹或螺栓固定用导电金属制作的导电支杆3;在
导电支杆3上采用限位方式连接槽形探臂4，并能使槽形探臂4绕着导电支杆3转动；在槽 形探臂4的底面上加工探针槽13，在槽形探臂4两端的外侧分别采用螺栓或焊接方式连接驱 动电机5和探臂电机6，并在连接驱动电机5的对称的外侧焊接或螺栓或通过支架固定配重 块24;在槽形探臂4两端的端头采用螺栓连接位置传感器7和标杆传感器8;将传动螺杆10 插入槽形探臂4两端加工的固定孔内，将探针12采用焊接或螺钉相对于槽形探臂4垂直连接 在游标11上，探针12穿过探针槽13垂直伸入圆形导电环2内的水层，再将传动螺杆10用 螺母固定；在底座l上采用螺纹或焊接连接l个/2个/5个角度标杆14;探臂电机6与槽形探 臂4通过螺纹或连轴器或减縮箱连接；槽形探臂4在圆形导电环2上滑动。
电气控制系统由通过导线分别与中央处理器15连接的显示模块16、数据结果存储模
块17、交流信号产生模块18、电机驱动模块19、模数转换模块20、用户接口21、串口通信模块22及电源模块23组成。
机械模拟系统与电气控制系统相结合的部位圆形导电环2及导电支杆3与交流信号产 生模块18通过导线连接；驱动电机5、探臂电机6、位置传感器7和标杆传感器8分别与电 机驱动模块19通过导线连接；探针12通过导线与模数转换模块20连接。
实施例2
结合图l、图2、图3、图4及图5描述
自动控制的完整井抽水模拟装置包括底座1及在其上安装的机械模拟系统及与机械模
拟系统连接的电气控制系统。
其机械模拟系统由在底座1上固定带塑料材质底板的圆形导电环2，不能有缝隙，不
能渗水；在圆形导电环2的中心线的底座1上采用螺纹或螺栓固定用导电金属制作的导电支 杆3;在导电支杆3上采用限位方式连接中空方形探臂4，并能使中空方形探臂4绕着导电支 杆3转动；在中空方形探臂4的底面上加工探针槽13，在中空方形探臂4两端的外侧分别采 用螺栓或焊接方式连接驱动电机5和探臂电机6。为了减少中空方形探臂4与圆形导电环2 之间的摩擦，在中空方形探臂4连接探臂电机6—端的下方采用焊接或螺栓连接滚轮25，滚 轮25与探臂电机6通过螺纹连接；滚轮25在圆形导电环2上运动。在中空方形探臂4两端 的端头采用螺栓连接位置传感器7和标杆传感器8;将传动螺杆10插入中空方形探臂4两端 加工的固定孔内，将探针12采用焊接或螺钉相对于中空方形探臂4垂直连接在游标11上， 探针12穿过探针槽13垂直伸入圆形导电环2内的水层，再将传动螺杆10用螺母固定；在底 座1上采用螺纹或焊接连接1个/2个/5个角度标杆14;探臂电机6与中空方形探臂4通过螺 纹或连轴器或减速箱连接；中空方形探臂4在圆形导电环2上滑动。
电气控制系统由通过导线分别与中央处理器15连接的显示模块16、数据结果存储模 块17、交流信号产生模块18、电机驱动模块19、模数转换模块20、用户接口21、串口通信 模块22及电源模块23组成机械模拟系统与电气控制系统相结合的部位圆形导电环2及导电支杆3与交流信号产
生模块18通过导线连接；驱动电机5、探臂电机6、位置传感器7和标杆传感器8分别与电 机驱动模块19通过导线连接；探针12通过导线与模数转换模块20连接。
动作原理
1. 将安装有圆形导电环2的底座1水平放置，并往圆形导电环2中加入5 10毫米深的自 来水；
2. 启动装置，装置并自动初始化位置,其过程为
a) 探臂电机6带动槽形或中空方形探臂4或通过滚轮25使槽形或中空方形探臂4 作逆时针运动，当标杆传感器8感应到0。角标杆的时候，探臂电机6停止运转；
b) 驱动电机5运转带动传动螺杆10转动，传动螺杆10的转动使游标11沿着半径 向圆心方向平移。当位置传感器7感应到游标11运动到可测量最小半径位置时, 驱动电机5停止运转,使游标11正好停在可测量最小半径的位置。
3. 测量数据
a) 控制半径中央处理器15发送数据命令让电机驱动模块19控制驱动电机5运转， 使游标11沿着半径方向平移到指定的半径位置后停下；
b) 控制角度中央处理器15发送命令让电机驱动模块19控制探臂电机6运转，槽 形或中空方形探臂4转到指定的角度后停下；
c) 采集电压中央处理器15发送命令给模数转换模块20，模数转换模块20将探 针12上采集的电压信号转换成相应的数字信号后返回给中央处理器15，中央处 理器15将数据处理后存储下来，并在显示模块16上将结果显示出来,通过串口通 信模块22将数据送到PC端的专用软件来记录处理数据。
4. 说明.)自动测量的时候只需要通过人机接口预先设定测量半径间隔，然后运行即可.机
器会自动的按照设定要求测量各个点的电压； ,)手动测量的时候是每测量一个点之后就停止等待用户输入下一个点坐标并确认。
权利要求
1、自动控制的完整井抽水模拟装置，其特征在于包括底座(1)上装有的机械模拟系统及与机械模拟系统连接的电气控制系统；其机械模拟系统由装在底座(1)上的圆形导电环(2)、圆形导电环(2)中心线上的导电支杆(3)、导电支杆(3)上的槽形探臂(4)、分别装在槽形探臂(4)两端的驱动电机(5)和探臂电机(6)以及位置传感器(7)和标杆传感器(8)、槽形探臂(4)上的传动螺杆(10)、传动螺杆(10)上的游标(11)、游标(11)上的探针(12)、槽形探臂(4)底面上的探针槽(13)、底座(1)上的角度标杆(14)组成；电气控制系统由通过导线分别与中央处理器(15)连接的显示模块(16)、数据结果存储模块(17)、交流信号产生模块(18)、电机驱动模块(19)、模数转换模块(20)、用户接口(21)、串口通信模块(22)及电源模块(23)组成，探臂电机(6)与槽形探臂(4)连接；槽形探臂(4)在圆形导电环(2)上滑动。2、如权利要求1所述的自动控制的完整井抽水模拟装置，其特征在于机械模拟系统与电气控制系统连接，具体指圆形导电环(2)及导电支杆(3)与交流信号产生模块(18)通过导线连接；驱动电机(5)、探臂电机(6)、位置传感器(7)和标杆传感器(8)分别与电机驱动模块(19)通过导线连接；探针(12)通过导线与模数转换模块(20)连接。
2、 如权利要求1所述的自动控制的完整井抽水模拟装置，其特征在于机械模拟系统与 电气控制系统连接，具体指圆形导电环(2)及导电支杆(3)与交流信号产生模块(18)通过导线连接；驱动电机(5)、探臂电机(6)、位置传感器(7)和标杆传感器 (8)分别与电机驱动模块(19)通过导线连接；探针(12)通过导线与模数转换模块 (20)连接。
3、 如权利要求l所述的自动控制的完整井抽水模拟装置，其特征在于在槽形探臂(4) 上装有配重块(24)。
4、 如权利要求l所述的自动控制的完整井抽水模拟装置，其特征在于在槽形探臂(4) 连接探臂电机(6) —端的下方连接有滚轮(25)，滚轮(25)与探臂电机(6)连接； 滚轮(25)在圆形导电环(2)上运动。
5、 如权利要求1所述的自动控制的完整井抽水模拟装置，其特征在于探针(12)穿过探针槽(13)伸入圆形导电环(2)内的水层。
6、 如权利要求1所述的自动控制的完整井抽水模拟装置，其特征在于底座(1)上的角 度标杆(14)至少为一个。
7、 如权利要求l所述的自动控制的完整井抽水模拟装置，其特征在于圆形导电环(2) 与底座(1)直接连接或将圆形导电环(2)制作为U形；圆形导电环(2)内的水不 泄漏。
8、 如权利要求l所述的自动控制的完整井抽水模拟装置，其特征在于圆形导电环(2) 的底板或底座(1)为绝缘体材质。
9、 如权利要求1所述的自动控制的完整井抽水模拟装置，其特征在于槽形探臂(4) 的截面形状还为中空方形。
全文摘要
本发明涉及教学试验用完整井抽水模拟装置。其解决目前存在的体积大、实验操作烦琐、实验数据不准等不足。措施自动控制的完整井抽水模拟装置，包括底座1上装有的机械模拟系统及与机械模拟系统连接的电气控制系统；机械模拟系统由圆形导电环2、导电支杆3、槽形探臂4、驱动电机5、探臂电机6以及位置传感器7和标杆传感器8、传动螺杆10、游标11、探针12、探针槽13、角度标杆14组成；电控系统由通过导线分别与中央处理器15连接的显示模块16、数据结果存储模块17、交流信号产生模块18、电机驱动模块19、模数转换模块20、用户接口21、串口通信模块22及电源模块23组成。探臂电机6与槽形探臂4连接；槽形探臂4在圆形导电环2上滑动。
文档编号G09B25/00GK101533579SQ20091006160
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月14日 优先权日2009年4月14日
发明者叶敦范, 龙 张, 沈顺明, 王西锋 申请人:中国地质大学(武汉)