Tdr原理的深井水位传感器及其水位测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于检测技术领域，具体涉及了一种TDR原理的深井水位传感器及其水位测量方法，可用于的深井下的水位测量。
【背景技术】
[0002]目前水位测量中，浮球式水位传感器只能通过开关量测量水的有无，分级式浮球水位传感器虽然可以测量多个深度的水位，但每级浮球开关都需要两根引出线，级数越多，引线越多;现有的超声波是水位变送器虽然使用方便精度较高，但在有变频水栗工作，密布电缆线，且有变径的深井中，根本无法使用，发射信号会被扬程管缠绕的电缆线阻断。
[0003]投入式压力变送器虽然可以高精度用于有变频水栗工作的深井中进行水位测量，但随着水位的加深，压力变送器的压力敏感部分封装要求很高，在500米以上的深水中，敏感元件极易被压破而进水，且投入式压力变送器一旦损坏，维修需要和水栗的扬程管一起提起，修好再安装回去，但500米以上扬程管的水栗提起再重新安装一次的人工成本远远大于一个投入式液位变送器。
[0004]现有的TDR原理的水位传感器和电容原理的水位传感器，在没有变频水栗工作的空井中可以用来水位测量，但当有变频水栗工作时，TDR的传输线或者电容传感器的极板需要和变频水栗的电缆线平行安装，当井深有几百米时，平行的部分也有几百米，当变频器工作时，水栗电缆线所辐射的变频干扰，远远大于有用信号，造成TDR的传输线或者电容传感器根本无法正常工作。
【发明内容】
[0005]为了解决【背景技术】中存在的问题，本发明提出了一种TDR原理的深井水位传感器及其水位测量方法，克服了现有技术中在水栗在有变频器使用情况下TDR测量仪测量干扰的问题。本发明的传感器用于TDR测量的传输线套在由不锈钢软管和接头组成的抗干扰护套内，井口的不锈钢管连接水栗变频器的零线，该方法大大提高了信噪比，可克服变频水栗的干扰，实现深井动态水位测量。
[0006]本发明采用的技术方案是:
[0007]一、一种TDR原理的深井水位传感器:
[0008]水栗置于水面下，水栗经水栗电缆与地面的水栗变频器连接，水栗经水栗扬程管排水，其特征在于:所述水位传感器包括TDR测量仪、两芯线和抗干扰护套，抗干扰护套通过扎带捆绑在水栗扬程管上，两芯线从水栗到地面沿水栗扬程管轴向布置，整根两芯线套在主要由不锈钢软管和接头组成的抗干扰护套内，TDR测量仪置于地面，TDR测量仪与两芯线的上端连接，两芯线下端伸出到抗干扰护套下端外，井口处的不锈钢软管需要连接水栗变频器的零线。
[0009]所述的抗干扰护套有多节不锈钢软管串联接而成，相邻不锈钢软管之间通过接头连接，抗干扰护套侧壁设有用于进出水的通孔，通孔和抗干扰护套下端口均包裹有一层不锈钢滤网。
[0010]所述的两芯线是两芯双绞线或者两芯平行线，优选两芯双绞线。
[0011]所述的不锈钢软管采用不锈钢中空软管，两端设有用于连接接头的螺母。
[0012]所述的不锈钢接头为一侧壁带有通孔的不锈钢直接头、两侧对称侧壁带通孔的不锈钢直接头或者为不锈钢三通接头，优选一侧壁带通孔和两侧壁带通孔的不锈钢直接头，孔用于进出水，当水杂质较多时，通孔包裹一层不锈钢滤网。
[0013]所述的两芯线的长度大于自身盲区的长度。所述的两芯线做TDR测量传感器有测量盲区，实际测量时，预留出的两芯线长度需要大于盲区的长度。
[0014]所述的不锈钢接头的通孔处安装有沿接头径向布置的螺杆，两芯线在螺杆附近上方通过扎带连接，扎带受重力悬挂在螺杆上，以避免两芯线太长受重力作用而拉断。
[0015]二、一种TDR原理的深井水位测量方法:
[0016]将所述传感器竖直安装在深井中时，TDR测量仪置于地面，两芯线即是传输线又是传感线，动态水位变化时，会引起两芯线相应位置的阻抗变化，对动态测量返回的TDR数据，找到两芯线的下端点所在的TDR数据点和在下端点之前小于频率变频干扰阈值的TDR数据的最小值点，将该两点之间的TDR数据间隔乘以通过标定获得的两芯线单位长度，作为两芯线在水中的长度，两芯线的总长减去在水中的长度获得水面到井口的距离。
[0017]所述的频率变频干扰阈值用于屏蔽变频器干扰，与变频器的类型和测量总深度有关系，根据现场实际测量情况设定。
[0018]安装所述传感器前采用以下方式进行标定:把套好护套的两芯线放入一段到已知的井水中，记录下入水的两芯线长度，用TDR测量仪测量两芯线，对采样数据进行分析，找到反射最强的两个点所对应的TDR数据间隔，采样数据中除盲区以外的第一个最大值点作为两芯线伸入水下的最下端点，采样数据中的最小值点作为水面位置;水下的最下端点与水面位置之间的距离为水柱高度，将该水柱高度除以该两点之间的TDR数据间隔的间隔数获得该类型水的深井中每一个TDR数据间隔代表两芯线单位长度。
[0019 ]若在下端点之前小于频率变频干扰阈值的TDR数据的最小值点存在多个，则其中间采样点位作为最小值点。
[0020]目前现有的线都是100米或者200米一卷，具体实施为了实现用500米或者更长长度的两芯线的话，需要有接头，没有通孔螺杆固定，线自重会把接头拉开。因此本发明采用在螺杆处打结通过扎带悬挂的方式在各个中间节点处固定线减轻重力受力。
[0021]两芯双绞线在无水情况下，有水剂附着情况下，完全浸水的情况下，TDR脉冲信号在其内部传输速度不同，在有水剂扶着情况下每个TDR采样间隔对应的两芯线长度是不确定的，所以用总长减去在水中的长度来计算水面到井口的距离
[0022]本发明水位传感器可实现水位的连续测量，最小分别率是TDR测量仪的分辨率。
[0023]本发明的特点和有益效果是:
[0024]本发明的信号线即是传输线又是传感线，实现水位连续测量，抗变频器干扰能力强。
[0025]本发明传感器实现了在只有两根信号线的情况的实现了深井动态水位高精度测量;相较于目前的投入式压力式水位传感器，其变送器在水下，维修需要连水栗一起提起，维修极其麻烦，本传感器的测量主机TDR测量仪在井口，维修更换都比较方便；
[0026]本测量方法可以克服水位快速下降时，两芯线上附着的水剂对测量结果的影响。
[0027]相较于目前的同类型的TDR测量原理的水位传感器，本传感器通过不锈钢软管和接头组成的抗干扰护套屏蔽变频器的干扰，提高信噪比，可以实现在有变频水栗工作的深井中高精度测量。
【附图说明】
[0028]图1是本发明专利的结构示意图。
[0029]图中:I为水栗变频器，2为水栗电缆，3为TDR测量仪，4为水位传感器，5为水栗扬程管，6为水面，7为水栗，8、扎带，9，水栗变频器的零线。
[0030]图2是水位传感器的示意图。
[0031]图中:41为两芯线，42为不锈钢软管和接头组成的抗干扰护套。
[0032]图3为不锈钢软管示意图。
[0033]图中:421是带内螺纹接头的不锈钢软管，422是中孔。
[0034]图4为不锈钢直接头示意图。
[0035]图中:4231是带单孔的不锈钢直接头，4232是带通孔的不锈钢直接头。
[0036]图5为带通孔不锈钢直接头用于固定两芯线示意图。
[0037]图中:4232是带通孔的不锈钢直接头，4233为不锈钢螺杆，8为扎带，41为两芯双绞线。
[0038]图6是实施例的TDR测量仪在有变频水栗工作的深井中测量水位结果图。
【具体实施方式】
[0039]以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0040]如图1所示，水栗7置于水面6下，水栗7经水栗电缆2与地面的水栗变频器I连接，水栗7经水栗扬程管5排水，本发明的水位传感器4包括TDR测量仪3、两芯线41和抗干扰护套42，抗干扰护套42和水栗电缆2通过扎带8捆绑在水栗扬程管5上，两芯线41从水栗7到地面沿水栗扬程管5轴向布置，整根两芯线41套在主要由不锈钢软管422和接头423组成的抗干扰护套42内，TDR测量仪3置于地面，TDR测量仪3与两芯线4的上端连接，两芯线41下端伸出到抗干扰护套42下端外，井口处的不锈钢软管需要连接水栗变频器的零线9，TDR测量仪3通过两芯线41测量水位。
[0041]抗干扰护套42有多节不锈钢软管422串联接而成，具体实施中可采用不锈钢直接头无限长度连接，相邻不锈钢软管422之间通过接头423连接，抗干扰护套42侧壁设有用于进出水的通孔，通孔和