多含水层深孔分层抽水试验自动测量系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多含水层深孔分层抽水试验自动测量系统及方法，适用于多个含水层钻孔抽水试验过程中水文地质参数的自动测量。
【背景技术】
[0002]目前，钻孔抽水试验过程中水文地质参数的获取主要分为人工手动测量和自动测量两种，人工手动测量方法是指:抽水试验过程中，工作人员使用尺子、温度计等工具，按照抽水试验监测要求以不同频率进行测量并填表记录，这种方法耗时耗力且测量精度不高；随着自动化测量技术的进步，出现了水文地质参数的自动测量仪器，将测量仪器安装在水下，设置好采样时间，启动后仪器自动将地下水参数存储在仪器中，大大提高了工作效率和测量精度。
[0003]然而，针对于具有多个含水层钻孔的分层抽水试验，现有的测量仪器存在一定的局限性，主要表现在:整个抽水试验过程中，采样频率不可调整且采样频率较低，无法满足抽水试验的采样要求；量程较小，一般在几十米左右，不能应用于深层监测孔中；结构复杂，不便于与其他设备组装配合使用；无法实时显示监测数据。
【发明内容】
[0004]鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种多含水层深孔分层抽水试验自动测量系统及方法，利用该系统及方法能够将多个含水层彼此隔离，并分别测量各含水层的水文地质参数并实时显示出来，且量程宽，采样频率可调，能够满足现代化分层抽水实验的要求。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]—种多含水层深孔分层抽水试验自动测量系统，包括
[0007]含水层封隔器，用于将多个含水层相互隔离，
[0008]数据采集及处理装置，包括井下数据采集单元、井上数据处理及显示单元，
[0009]该井下数据采集单元的通讯线缆穿过该含水层封隔器伸入井下的含水层，用于采集含水层的动态信息，
[0010]该井上数据处理及显示单元用于接收该动态信息并对其进行处理以生成水文地质参数数据。
[0011]进一步的，
[0012]所述含水层封隔器包括高压氮气瓶、胶桶，该高压氮气瓶与胶桶密封连通，该胶桶与一栗送管道相连接。
[0013]所述井上数据处理及显示单元包括主处理器、时钟电路、存储器、显示屏、数字压力传感器，该时钟电路、存储器均与主处理器的I/o端口相连接，该显示屏与主处理器的数据输出端相连接，该数字压力传感器与主处理器的数据输入端相连接；所述井下数据采集单元包括压力温度传感器、信号调理电路、模数转换电路，该压力温度传感器经该信号调理电路、模数转换电路与主处理器相连接。
[0014]系统的供电电路包括第一电源电路和第二电源电路，该第一电源电路用于为所述主处理器和时钟电路稳定供电，该第二电源电路通过一开关电路与电源相连接，该第二电源电路用于为所述存储器、数字压力传感器及一接口电路供电，该接口电路用于电性连接所述井下数据采集单元。
[0015]所述时钟电路用于采样时间点的计时，当所述时钟电路计时未到达采样时间点时，所述主处理器断开所述开关电路，当所述时钟电路计时到达采样时间点时，所述主处理器接通开关电路。
[0016]系统的采样频率按照预设的对数函数规律变化，或是，所述采样频率通过一输入单元设置，该输入单元与所述主处理器的I/O端相连接。
[0017]所述主处理器的I/O端口还与一无线传输模块相连接。
[0018]所述胶桶上开有用于穿设所述井下数据采集单元的通讯线缆的贯穿孔，所述井下数据采集单元与胶桶密封连接；所述井上数据处理及显示单元、井下数据采集单元分别封装于密封壳体中。
[0019]基于上述的多含水层深孔分层抽水试验自动测量系统实现的测量方法，包括以下步骤:
[0020]S1:通过所述栗送管道将所述含水层封隔器、井下数据采集单元下到井下两含水层的分界位置，通过所述高压氮气瓶对胶桶充气，使得上、下两含水层互相隔离；
[0021]S2:所述井下数据采集单元采集含水层的温度、压力数据；
[0022]S3:所述井上数据处理及显示单元按照预设或是输入设置的采样频率，接收所述井下数据采集单元采集的含水层的温度、压力数据，并对采集的数据进行处理，生成水文地质参数数据。
[0023]所述水文地质参数数据包括水温、水位数据，将采集的压力数据处理生成水位数据的方法是，
[0024]h = (P1-P2) /Pg (I)
[0025]其中，h表示水位，？1表示所述井下数据采集单元采集的水压值，P 2表示所述数字压力传感器采集的大气压力值，P表示水的密度，g表示重力加速度。
[0026]本发明的优点在于:
[0027]I)本发明能够将多个含水层彼此隔离，并分别测量各含水层的水文地质参数，有利于对含水层进行独立的分析研究；
[0028]2)本发明可通过输入单元设置采样频率，也可设置采样频率，使之按照一定规律调整，能够满足抽水试验的采样要求；
[0029]3)本发明的测量量程宽，井下数据采集单元可下到百米甚至千米的监测井下实现数据采集，能够满足深水作业；
[0030]4)本发明结构较为简单，体积较小，便于与现场其他设备组装配合使用；
[0031]5)本发明可以实时采集、显示、存储动态的水文地质参数数据，并可将采集、存储的数据传输至上位机进行进一步处理，能够满足现代化分层抽水实验的要求。
【附图说明】
[0032]图1是本发明的数据采集及处理装置的组成结构框图。
[0033]图2是本发明的优选实施例的数据采集及处理装置的组成结构框图。
[0034]图3是本发明的又一优选实施例的数据采集及处理装置的组成结构框图。
[0035]图4是本发明的含水层封隔器的组成结构示意图。
[0036]图5是本发明的具体实施例的信号调理电路的电路原理图。
[0037]图6是本发明的具体实施例的时钟电路的电路原理图。
[0038]图7是本发明的具体实施例的数字压力传感器及其外围电路原理图。
[0039]图8是本发明的具体实施例的存储器及其外围电路原理图。
【具体实施方式】
[0040]以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
[0041]如图1、4所示，本发明公开的多含水层深孔分层抽水试验自动测量系统，包括用于将多个含水层相互隔离的含水层封隔器1，及用于测量不同含水层的水文地质参数的数据采集及处理装置2，该数据采集及处理装置2包括分别设置于密封壳体中的井上数据处理及显示单元21、井下数据采集单元22，井下数据采集单元22经通讯线缆与井上数据处理及显示单元21电性连接，井下数据采集单元22的通讯线缆穿过含水层封隔器I伸入井下的含水层，采集含水层的水文地质参数信息。
[0042]如图1所示，井上数据处理及显示单元21包括主处理器、时钟电路、存储器、显示屏、数字压力传感器，时钟电路与主处理器的I/o端口相连接，用于为装置提供基准的时钟信号，存储器与主处理器的I/o端口相连接，用于存储采集的水文地质参数数据，显示屏与主处理器的数据输出端相连接，用于显示处理后的水文地质参数信息，数字压力传感器与主处理器的数据输入端相连接，用于压力补偿处理；井下数据采集单元22包括压力温度传感器、信号调理电路、模数转换电路，压力温度传感器采集的水下的温度、压力数据经过信号调理电路进行滤波、放大处理后，经模数转换电路转换为数字信号后传输给主处理器，由井上数据处理及显示单元21对采集的温度、压力数据进行处理后生成水文地质参数数据，并进行显示、存储。
[0043]如图2、3所示，于优选的实施例中，本发明的多含水层深孔分层抽水试验自动测量系统具有低功耗、采样频率可调、远程传输等功能特点，具体的说，
[0044]系统由电池供电，供电电路分为第一电源电路和第二电源电路，第一电源电路用于为主处理器和时钟信号稳定供电，第二电源电路通过一开关电路与电池相连接，主处理器通过控制开关电路的通断，控制第二电源电路是否为存储器、数字压力传感器、接口电路供电，当系统不工作或是未到采样时间点时，主处理器断开第二电源电路的电源，系统处于低功耗的待机模式，当到达采样时间点需要采集含水层的动态信息时，主处理器接通第二电源电路的电源，井下数据采集单元22采集的水下温度、压力数据传输给主处理器。
[0045]时钟电路不仅可为系统提供基准的时钟信号，还具有采样的计时功能，当时钟电路计时未到达采样时间点时，主处理器断开开关电路，系统处于低功耗状态，当时钟电路计时到达采样时间点时，主处理器接通开关电路，井下数据采集单元22采集的水下温度、压力数据传输给主处理器，实现采样过程；上述的采样时间点，即采样频率可以预先设定按照一定的规律进行调整，例如，预设采样频率按照对数函数的规律进行变化，采样频率也可以通过一输入单元进行设置，该输入单元可以是触摸显示屏、计算机等输入设备。
[0046]主处理器的I/O端口与一无线传输模块相连接，可通过该无线传输模块与上位机实现数据的交互，包括设置采样频率、校准时钟、上传采样数据等。
[0047]本发明测量量程宽，井下数据采集单元22可下到百米甚至千米的监测井下实现数据采集，具体的说，
[0048]如图4所示，含水层封隔器I包括高压氮气瓶10、胶桶11，高压氮气瓶10与胶桶11通过导气管12密封连通，胶桶11与潜水栗的栗送管道3相连接，栗送管道3将胶桶11下到井下两含水层的分界位置后，通过高压氮气瓶10对胶桶11充气，胶桶11膨胀与井壁紧贴，将两含水层上、下隔离；
[0049]胶桶11上开有用于穿设井下数据采集单元22的通讯线缆的贯穿孔，当有多个含水层时，两两含水层之间设置含