专利名称：地下水动态自动监测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种监测设备，尤其涉及一种地下水动态自动监测仪。
背景技术：
随着自动化技术的不断发展以及水资源环境的不断恶化，以传感器为核 心技术的地下水水位监测设备也在不断发展。地下水水位监测设备能够通过 传感器获取地下水的水位信息，从而使人们能够准确掌握地下水资源的变化 情况。
在现有技术中，以压力传感器为水位观测探头的地下水水位监测设备发 展较快。图1为现有技术中地下水水位监测设备的结构示意图。如图1所示，
该地下水水位监测设备包括压力传感器7、外设主机8以及连接压力传感器7 和外设主机8的电缆3，其中压力传感器7放置于测量井中并置于水下，外 设主机8放置于测量井口外。在进行测量工作时，压力传感器7测量当前的 水压，并将该水压信息通过电缆3传送给外设主机8，外设主机8将接收到 的水压信息与当前外部大气压进行平衡计算，通过计算结果即可获知当前地 下水的水位情况。
实际使用中发现，现有技术这种结构具有一定缺陷。首先，现有地下水 水位监测设备的体积较大，且外设主机需要放置在测量井外，现场必须要有 对外设主机的保护措施，因此增加了该地下水水位监测设备的安装和使用成
该压力传回给外设主机，通过外设主机将该压力和外部大气压进行平衡运算 才能获取地下水水位信息，因此还需要配备另一个测量外部大气压的压力传 感器，增加了系统复杂度；再有，现有地下水水位监测设备采用数字显示， 人工读取记录，不具备全自动无人值守的功能；最后，该地下水水位监测设
备的整机功耗较大，且没有密封防潮，因此不适合在野外没有交流电的长期 观测中使用。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种地下水动态自动监测仪，有效解决现有地 下水动态自动监测仪安装和使用成本高、系统复杂、整机功耗较大等技术缺 陷。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种地下水动态自动监测仪，包括 位于水面下方的复合式探头，所述复合式探头包括测量水压的压力传感器和 测量水温的温度传感器，所述复合式探头通过电缆与位于水面上方的主机连 接，所述主机包括一封闭壳体，所述封闭壳体内设置有向所述压力传感器提 供大气压力的气压平衡装置和接收所述压力传感器和温度传感器发送的测量 信号并进行处理的数据处理装置。
所述数据处理装置包括从所述压力传感器和温度传感器接收测量信号的 信号接收模块、对所述测量信号进行处理获得水位数据和水温数据的数据处 理模块、存储所述水位数据和水温数据的数据存储模块、与外部计算机进行 数据通信的通信接口模块、提供电源的电池模块和控制上述模块工作的自动 控制模块，所述信号接收模块与所述复合式探头中的压力传感器和温度传感 器连接，所述数据处理模块与所述信号接收模块连接，所述数据存储模块与 所述数据处理模块连接，所述通信接口模块与所述数据存储模块连接，所述 电池模块和所述自动控制模块分别与上述模块连接，所述电池模块与所述自 动控制一莫块连4妄。
所述自动控制模块包括进行定时设置的定时单元和对所述信号接收模 块、数据处理模块、数据存储模块、通信接口模块以及电池模块进行定时控 制的控制单元，所述定时单元与所述控制单元连接。
所述数据处理模块包括对所述测量信号进行放大处理的放大单元和将放
大后的测量信号处理为水温数据和水位数据的数据处理单元，所述放大单元 与所述信号接收模块连接。
所述气压平衡装置包括设置于所述电缆中的导气管和用于感应大气压力 的气嚢，所述导气管的一端与所述复合式探头中的压力传感器连接，另一端 与所述气嚢连接，所述气嚢为半充气状态，内充有干燥空气。
所述气嚢密封套4妄在所述气嚢座上，所述导气管也固定在所述气嚢座上， 其端部插入所述气嚢中。
所述气嚢座还连接有用于保护所述气嚢的气嚢护套。
所述封闭壳体包括护筒、接头和外筒，所述护筒套设在气压平衡装置外 侧，所述外筒套设在所述主机外侧，所述接头连接在护筒和外筒之间。
本实用新型提供了一种地下水动态自动监测仪，由于采用将主机设置 在水面上方且体积较小，因此不需要对主机采取额外的保护措施，降低了 地下水动态自动监测仪的安装和使用成本。由于采用了气压平衡装置，因 此不需要再配备额外的测量外部大气压的压力传感器，降低了地下水动态 自动监测仪的复杂度。由于采用了自动控制模块对水温和水压的测量操作 进行自动控制，因此该地下水动态自动监测仪还具备全自动无人值守功 能。由于主机采用了定时单元和控制单元对电池模块进行定时和控制，只 在监测周期内为主机和其它部件提供电源，因此降低了该地下水动态自动 监测仪的整机功耗。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为现有技术中地下水动态自动监测仪的结构示意图； 图2为本实用新型地下水动态自动监测仪的结构示意图； 图3为本实用新型数据处理装置的结构示意图； 图4为本实用新型数据处理装置具体实施例的结构示意图5为本实用新型气压平衡装置的结构示意图6为本实用新型地下水动态自动监测仪主机部分的具体结构图。
附图标记说明
l一探头；2 —主机；3—电缆；
4一测量井；5 —水面；7 —压力传感器；
8 —外设主机；21 —气压平衡装置；22 —数据处理装置；
24 —硬件电路；25—电池；26 —护筒；
27—接头；28 —外筒；31 —导气管
211 —气嚢；212 —气嚢护套；213—气嚢座
222 —数据处理模块；223—数据存储模块；224 —通信接口模块;
225—电池模块；226—自动控制模块；2221 —放大单元；
2222 —数据处理单元；2261 —定时单元；2262—控制单元。
具体实施方式
图2为本实用新型地下水动态自动监测yf义的结构示意图。如图2所示， 该监测设备包括复合式探头1和主机2,复合式探头1与主机2之间通过电 缆3连接。该复合式探头1包括温度传感器和压力传感器，位于测量井4中 的水面5的下方，可以在主机2的控制下获取测量信号，测量信号包括水压 信号和水温信号；主机2为封闭壳体结构，在封闭壳体结构内设置有气压平 衡装置21和数据处理装置22。气压平衡装置21向压力传感器"t是供大气压力， 数据处理装置22接收压力传感器和温度传感器发送的测量信号并进行处理。
具体地，复合式探头1中的压力传感器和温度传感器能够测得当前的水 压和水温，该水压为当前水位压力与外部大气压共同形成的压力，通过主机 2中的气压平衡装置21与复合式探头1中的压力传感器连接，气压平衡装置 21可以向复合式探头1中的压力传感器提供大气压，使得压力传感器可以得 到消除了大气压影响的水压信号。数据处理装置22能够获取水温信号以及该
水压信号，并对该水压信号和水温信号进行处理，获得相应的水位数据和水 温数据，该水位数据与地下水水位值——对应，乂人而达到对地下水的水位和
水温进行监测的目的。本实用新型的主机2为封闭壳体结构，能够密封防潮， 而且体积较小，能够直接放置在测量井中，而不需要使用额外的保护措施对 测量现场进行保护，降低了设备安装成本；通过采用气压平衡装置21使复合 式探头1中的压力传感器直接获得与地下水水位有关的水压数据，而不需要 额外的压力传感器去测量当前的大气压，因此还降低了整个地下水动态自动 监测仪的复杂度。
综上可知，本实用新型地下水动态自动监测仪能够具有体积小、安装成 本低等优点，且能够密封防潮，具有广泛的应用前景。
图3为本实用新型数据处理装置的结构示意图。如图3所示，该数据处 理装置22包括信号接收模块221、数据处理模块222、数据存储模块223、 通信接口模块224、电池模块225以及自动控制模块226。具体地，信号接收 模块221与复合式探头1中的压力传感器和温度传感器连接，用于采集压力 传感器和温度传感器测得的水压信号和水温信号。数据处理模块222与信号 接收模块221连接，可以对该水压信号和水温信号进行处理获得水位数据和 水温数据，数据存储模块223与数据处理模块222连接，用于将这些水位数 据和水温数据存储起来，以备后续的数据统计和分析处理。通信接口模块224 与数据存储模块223连接，用于与外部计算机进行数据通信，将存储的水温 数据和水位数据传送给外部计算机进行统计分析处理，并根据需要调整有关 参数。电池模块225以及自动控制模块226均与上述各模块连接，同时电池 模块225还与自动控制模块226连接。自动控制模块226对信号接收模块221 、 数据处理模块222、数据存储模块223、通信接口模块224以及电池模块225 进行自动控制，对监测周期进行定时控制，电池模块225可以在自动控制模 块226的控制下动态地为这些模块提供电源。对需要长期供电的部分如自动 控制模块226中的时钟和定时部分采用长期供电，而对于复合式探头1中的 传感器、信号接收模块221、数据处理模块222、数据存储模块223以及通信
接口模块224都可以采用只在监测周期内进行供电的方式，以此来节约功耗。 在实际应用中可以采用+4.5V对自动控制模块226中的时钟和定时部分进行 长期供电，而对其它功耗较大的部件只在监测周期内供电。例如，假设监测 周期为50秒，则在工作50秒后电池将部分供电电源切断。
综上可知，本实用新型通过对电池模块的控制，使电池模块只在监测周 期内为信号接收模块、数据处理模块、数据存储模块以及通信接口模块提供 电源，而在非监测周期内切断电源，因此降低了地下水动态自动监测仪的功 耗，使本实用新型便于在野外没有长期供电电源的情况下使用；通过自动控 制模块对上述各个模块的自动控制，能够达到监测过程无人值守的效果，而 且通过通信接口模块还能够根据需要自行调整监测周期以及向外部计算机传 送测量数据，因此，使该地下水动态自动监测仪的操作十分方便。
图4为本实用新型数据处理装置具体实施例的结构示意图。如图4所示， 该数据处理模块222可以包括放大单元2221和数据处理单元2222,自动控 制模块226可以包括定时单元2261和控制单元2262。具体地，自动控制模 块226中的定时单元2261能够进行定时设置，当定时时间到时，控制单元 2262控制信号接收模块221、数据处理模块222和数据存储模块223工作， 信号接收模块221接收复合式探头1发送的水压信号和水温信号，并发送给 数据处理模块222中的放大单元2221;放大单元2221对水温信号和水压信 号进行放大处理，然后数据处理单元2222将放大处理后的水温信号和水压信 号进行处理计算，生成水温数据和水位数据。获得水温数据和水位数据之后， 数据存储模块223在控制单元2262的控制下可以存储该水温数据和水位数 据。同时，根据定时单元2261的时钟还可以获得本次测量的日期和时间数据， 这些日期和时间数据也可以一并存入数据存储模块223中。如果此时数据存 储模块223正在进行其它操作，则控制单元2262可以先将这些数据进行緩存， 在收到可以进行存储的信号时，控制单元2262再将其緩存的测量数据存入数 据存储模块223中。控制单元2262在定时单元2261发出监测周期结束的指 令之后，即可控制各个功能模块停止工作，主机2进入休眠状态，等待下一
次监测周期的到来。
通信接口模块224提供了主机2与外部计算机进行数据交互的接口 ，在 监测周期内，主机2和外部计算机可以通过通信接口模块224进行数据通信。 该通信接口模块224可以使用RS232串口将数据存储模块223与外部计算机 连接起来。当该串口没有接入外部计算机时，通信接口模块224中将输出低 电平，此时，数据存储模块223不与外部进行数据交互；当通信接口模块224 与外部计算机连接时，其输出将变为高电平，这个高电平将引起自动控制模 块224复位，使主机2进入与外部计算机进行数据交互的过程。此时，数据 存储模块223就可以把存储好的水温数据、水位数据以及测量日期和时间数 据全都传输给外部计算机，以方便对采集到的数据进行分析和统计。同时， 外部计算机也可以才艮据需要对定时单元2261的监测周期进行重新设置，以方 便获取更好的监测效果。在与外部计算机完成通信之后，主机2进入休眠状 态，等待下 一次地下水水位测量操作。
综上可知，该数据处理装置中的定时单元能够根据需要进行监测周期的 定时，控制单元能够对数据处理装置中各模块的操作进行自动控制，通过对 电池模块的控制，还能够使电池模块只在监测周期内为信号接收模块、数据 处理模块以及通信接口模块提供电源，因此降低了该地下水动态自动监测仪 的功耗，便于在野外没有长期供电电源的情况下使用；通过控制单元对上述 各个模块的自动控制，能够达到监测过程无人值守的效果，而且通过通信接 口模块还能够与外部计算机进行数据交互，方便对采集到的水温数据和水位 数据进行统计分析处理，同时还可以根据需要自行调整定时模块中的监测周 期，使该地下水动态自动监测仪的操作十分方便。
图5为本实用新型气压平衡装置的结构示意图。如图5所示，该气压平 衡装置21包括导气管31、气嚢211、气嚢护套212和气嚢座213。气嚢211 可以用来感应大气压力，气嚢护套212设置在气嚢211外部，可以对气嚢211 起到保护作用。气嚢211和气嚢护套212都固定在气嚢座213上，导气管31 设置于电缆3中，导气管31的一端与复合式探头中压力传感器的气压端连通，
另一端固定在气嚢座213上并插入气嚢211中。气嚢211为半充气状态，内 部半有干燥空气。
具体地，导气管31使压力传感器内气压端的气压和气嚢2U内的气压连 通，从而使得外部大气压通过气嚢211作用于压力传感器的气压端上，使压 力传感器气压端的气压和大气压一致。由于气嚢211内充的是干燥空气，所 以外面的气体不会进入气嚢内部，外面的潮气也不会通过导气管31进入压力 传感器内部，从而消除了影响压力测量准确性的因素。无论外部大气压变大 还是变小，都可以通过气嚢211传给里面的干燥空气，干燥空气通过导气管 31传给压力传感器的气压端，因此压力传感器所测量的水压信号中排除了大 气压的影响。
与现有技术需要增加额外的测量大气压的压力传感器以及用软件校正压 力传感器所采集的凄t据来消除大气压的方法相比，本实用新型地下水动态自 动监测仪中的气压平衡装置具有结构简单，安装方便的特点。该气压平衡装 置结构简单，无需价格较高的电子器件，所需制作原材料普遍，所以价格低 廉。
图6为本实用新型地下水动态自动监测仪主机部分的具体结构图。本实 用新型主机包括气压平衡装置21和数据处理装置，该数据处理装置中包括硬 件电路24和电池25。
气压平衡装置21向复合式探头1中的压力传感器提供大气压，使得压力 传感器直接获得去除了大气压影响的水压信号。数据处理装置22能够获取水 温信号以及水压信号，并对该水压信号和水温信号进行处理，获取水温数据 和水位数据，该水位凄t据与地下水水位值——对应，/人而达到对地下水水位 和水温进行监测的目的。硬件电路24包括信号接收电路、数据处理电路、数 据存储电路、通信接口电路以及自动控制电路，整个电路是通过单片机实现 的。信号接收电路、数据处理电路、数据存储电路、通信接口电路以及自动 控制电路的结构同前所述。该主机2为封闭壳体结构，包括护筒26、接头27 和外筒28，护筒26套设在气压平衡装置21的外侧，因此可以封闭保护气压
平衡装置21,外筒28套设在主机2的外侧，因此可以保证整个主机2为封 闭结构，使得主机2能够达到密封防潮的效果，接头27连接在护筒26和外 筒28之间，因此能够固定护筒26和外筒28的相对位置。
本实用新型地下水动态自动监测仪的主机能够通过硬件电路的控制功能 实现监测过程的无人值守功能，而且体积较小，能够密封防潮，功耗和安装 成本低，能够直接放置在测量井中，可以满足野外长期观测地下水水位和水 温的需要。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对 其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域 的普通技术人员应当理解其依然可以对本实用新型的技术方案进行修改或 者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实 用新型技术方案的精神和范围。
权利要求1、一种地下水动态自动监测仪，包括位于水面下方的复合式探头，所述复合式探头包括测量水压的压力传感器和测量水温的温度传感器，其特征在于，所述复合式探头通过电缆与位于水面上方的主机连接，所述主机包括一封闭壳体，所述封闭壳体内设置有向所述压力传感器提供大气压力的气压平衡装置和接收所述压力传感器和温度传感器发送的测量信号并进行处理的数据处理装置。
2、 根据权利要求1所述的地下水动态自动监测仪，其特征在于，所述数 据处理装置包括从所述压力传感器和温度传感器接收测量信号的信号接收模 块、对所述测量信号进行处理获得水位数据和水温数据的数据处理模块、存 储所述水位数据和水温数据的数据存储模块、与外部计算机进行数据通信的 通信接口模块、提供电源的电池模块和控制上述模块工作的自动控制模块，所述信号接收模块与所述复合式探头中的压力传感器和温度传感器连接，所 述数据处理模块与所述信号接收模块连接，所述数据存储模块与所述数据处 理模块连接，所述通信接口模块与所述数据存储模块连接，所述电池模块和 所述自动控制模块分别与上述模块连接，所述电池模块与所述自动控制模块 连接。
3、 根据权利要求2所述的地下水动态自动监测仪，其特征在于，所述自 动控制模块包括进行定时设置的定时单元和对所述信号接收模块、数据处理 模块、数据存储模块、通信接口模块以及电池模块进行定时控制的控制单元， 所述定时单元与所述控制单元连接。
4、 根据权利要求2所述的地下水动态自动监测仪，其特征在于，所述数 据处理模块包括对所述测量信号进行放大处理的放大单元和将放大后的测量 信号处理为水温l史据和水位凄t据的数据处理单元，所述^:大单元与所述信号 接收模块连接。
5、 根据权利要求l所述的地下水动态自动监测仪，其特征在于，所述气压平衡装置包括设置于所述电缆中的导气管和用于感应大气压力的气嚢，所 述导气管的 一端与所述复合式探头中的压力传感器连接，另 一端与所述气嚢 连接，所述气嚢为半充气状态，内充有干燥空气。
6、 根据权利要求5所述的地下水动态自动监测仪，其特征在于，所述气 嚢密封套接在所述气嚢座上，所述导气管也固定在所述气嚢座上，其端部插 入所述气嚢中。
7、 根据权利要求6所述的地下水动态自动监测仪，其特征在于，所述气 嚢座还连接有用于保护所述气嚢的气嚢护套。
8、 根据权利要求1~7中任一权利要求所述的地下水动态自动监测仪， 其特征在于，所述封闭壳体包括护筒、接头和外筒，所述护筒套设在气压平 衡装置外侧，所述外筒套设在所述主机外侧，所述接头连接在护筒和外筒之 间。
专利摘要本实用新型公开了一种地下水动态自动监测仪，包括位于水面下方的复合式探头，所述复合式探头包括测量水压的压力传感器和测量水温的温度传感器，所述复合式探头通过电缆与位于水面上方的主机连接，所述主机包括一封闭壳体，所述封闭壳体内设置有向所述压力传感器提供大气压力的气压平衡装置和接收所述压力传感器和温度传感器发送的测量信号并进行处理的数据处理装置。本实用新型地下水动态自动监测仪通过主机的自动控制能够实现测量过程的无人值守功能，体积小，功耗和安装成本低，能够密封防潮，因此满足了在野外长期观测地下水水位和水温的需要。
文档编号G01F23/14GK201203456SQ20082010867
公开日2009年3月4日 申请日期2008年6月6日 优先权日2008年6月6日
发明者冯建华, 冯苍旭, 云 史, 磊 张, 张京城, 袁爱军, 实 陈 申请人:中国地质调查局水文地质环境地质调查中心