中深层地热井自动监测系统和方法与流程

本申请涉及地热井监测设备的领域，尤其是涉及一种中深层地热井自动监测系统和方法。

背景技术：

地热是重要的可再生能源资源，在温泉旅游开发、建筑集中供暖、生态建设等方面可以发挥重要作用，中深层地岩热热量储存丰富，开发潜力大，开发利用地热资源是推动城市高质量发展的重要内容之一，也是人们对美好生活的追求和地方建设发展的需要，可为城市发展、生态改善、休闲疗养等提供资源支撑。

地热井是人工开采地热资源的主要方式，地热能作为一种很好的新能源，可广泛应用于洗浴、医疗保健、供暖、发电、种植与养殖、矿泉饮用等领域，具有良好的社会效益，经济效益和环境效益；但要想在冬季供暖中长期稳定的开发利用地热能，对了解地下温度的变化及分布规律是非常有必要的；因此可通过设置中深层地热井自动监测系统，及时掌握地热井内水位、水温和水质的动态变化。

针对上述中的相关技术，发明人认为现有的中深层地热井自动监测系统中地热井内水位水温的监测与地热井内水质的监测为分开测量，无法实现对地热井内水位、水温和水质的同步监测。

技术实现要素：

为了改善对地热井内水位、水温和水质同步监测的问题，本申请提供一种中深层地热井自动监测系统和方法。

第一方面，本申请提供一种中深层地热井自动监测系统，采用如下的技术方案：

一种中深层地热井自动监测系统，包括与井口固定的固定座、以及位于所述固定座上的显示器，所述固定座内升降设置有测量箱，所述测量箱上设置有用于测量水位的测量装置；所述测量箱上设置有用于测温的温度传感器，所述温度传感器与所述显示器电性连接；所述测量箱内设置有用于检测水质的检测件，所述检测件与所述显示器电性连接。

通过采用上述技术方案，测量箱用于承载温度传感器和检测件，温度传感器用于检测水温，检测件用于检测水质，测量装置用于检测水位，测量箱通过测量装置吊设在固定座上，固定座将测量箱吊设在井口处，显示器用于提供电源同时也用于显示水位、水温和水质情况，上述结构设计的中深层地热井自动监测系统集水位、水温和水质的检测装置于一体，操作便捷，可实现对地热井内井水的水位、水温和水质的同步检测。

可选的，所述测量装置包括测绳、距离传感器、拉力传感器、收卷机构、以及用于监测所述测绳升降距离的数显机构，所述收卷机构与所述数显机构均设置在所述固定座内，所述数显机构位于所述收卷机构下方，所述测绳的一端穿设所述数显机构收卷设置在所述收卷机构上，所述测绳的另一端与所述拉力传感器固接，所述拉力传感器远离所述测绳的一端与所述测量箱固接，所述距离传感器位于所述测量箱远离所述拉力传感器一侧的端面上，且所述距离传感器和所述拉力传感器均与所述收卷机构电性连接。

通过采用上述技术方案，在对地热井内井水的水位进行检测时，启动收卷机构，测量箱在测绳的吊设下缓慢朝向靠近井水的方向下降，数显机构可对测绳的升降高度进行显示，当距离传感器检测到测量箱下端面与水面接触时，将信号电性传输至收卷机构处，收卷机构停止工作，当拉力传感器检测到所受到的拉力小于测量箱整体的重量时，拉力传感器将信号电性传输至收卷机构处，收卷机构反向启动收卷测绳，调节测量箱的高度，使得测量箱下端面仅仅与水面接触且不受水的浮力作用，此时测量箱的下端面的高度即为地热井内井水的水位；在距离传感器和拉力传感器的相互作用下驱动收卷机构调节测量箱在地热井内的高度，提高了对地热井内井水水位的测量精度。

可选的，所述数显机构包括机架、计米轮、压轮和旋转编码器，所述机架固接在所述固定座内，所述计米轮和所述压轮均转动连接在所述机架上，所述测绳抵接设置在所述计米轮与所述压轮之间，所述旋转编码器与所述计米轮同轴固接，所述旋转编码器位于所述机架上，且所述旋转编码器与所述显示器电性连接。

通过采用上述技术方案，机架用于将计米轮、压轮和旋转编码器固定在固定座内，测绳在压轮的作用下紧密抵接在计米轮上，测绳在测量箱的牵引下处于张紧状态，收卷机构对测绳进行收放时，测绳通过摩擦带动计米轮转动，旋转编码器将计米轮的转动情况进行记录，并换算为测量箱的升降距离电性传输至显示器，显示器可以显示当前地热井内井水的水位情况。

可选的，所述测量箱底壁贯穿开设有进水孔，位于所述进水孔上方的所述测量箱内升降滑移设置有抽水板，所述检测件嵌设于所述抽水板靠近所述进水孔的端面上，所述抽水板周壁与所述测量箱内壁紧密抵接，位于所述抽水板远离所述进水孔一侧的所述测量箱内壁上设置有用于驱动所述抽水板升降滑移的驱动件，所述驱动件与所述显示器电性连接，所述抽水板上设置有用于填塞所述抽水板周壁与所述测量箱内壁之间间隙的密封件，所述测量箱内设置有便于调控所述测量箱内温度的调节件。

通过采用上述技术方案，在对地热井内井水的水温和水质进行检测时，启动驱动件，驱动件驱动抽水板朝向远离进水孔方向滑移，井水从进水孔进入到测量箱内，检测件可对测量箱内的井水进行水质检测，此时测量箱的整体重量增大，同步启动收卷机构，此时测绳处于松弛状态，测量箱下沉，驱动件和收卷机构间断性地启动，使得测量箱可沉降至不同深度，实现对不同深度处的水温以及水质进行检测，提高对地热井内井水水温和水质的测量精度。

可选的，所述调节件设置为电热片，所述电热片位于所述抽水板远离所述进水孔一侧的所述测量箱内壁上，所述测量箱内壁上设置有与所述电热片电性连接的开关，所述开关远离所述电热片的一端与所述显示器电性连接，所述测量箱内设置有控制所述开关启闭的控制件。

通过采用上述技术方案，由于驱动件驱动抽水板朝向远离进水孔的方向滑移时，抽水板远离进水孔一侧的空气被压缩，导致抽水板与测量箱远离进水孔一端内壁之间的气压变大，使得驱动件难以驱动抽水板朝向远离进水孔方向滑移，通过控制件控制开关闭合，此时电热片得电并产生热量，抽水板与测量箱远离进水孔一端内壁之间的空气受热，使得抽水板远离进水孔一侧的气压变小，此时驱动件可以继续驱动抽水板朝向远离进水孔方向滑移，实现稳定地增大测量箱的整体重量。

可选的，所述控制件设置为压力表，所述压力表位于所述抽水板远离所述进水孔一侧的所述测量箱内壁上，且所述压力表与所述开关电性连接。

通过采用上述技术方案，压力表可以通过监测抽水板与测量箱远离进水孔一端内壁之间的气压大小，实现控制开关的启闭，进而控制电热片内电流的通断，调节测量箱内空气的温度和压强，便于驱动件可以稳定驱动抽水板进行滑移。

可选的，所述收卷机构包括支架和收卷辊，所述支架固接在所述固定座内，所述收卷辊转动连接在所述支架上，所述测绳与所述收卷辊固接，且所述测绳收卷在所述收卷辊上，所述支架上设置有用于驱动所述收卷辊转动的电机。

通过采用上述技术方案，支架将收卷辊稳定架设固定在固定座内，在调节测量箱在地热井内的高度时，只需启动电机，电机带动收卷辊转动，转动的收卷辊可对测绳进行收放，进而实现对测量箱在地热井内的高度进行调节。

可选的，所述计米轮与所述测绳抵接的周壁上均布有多个用于增大所述计米轮与所述测绳之间摩擦的凸块。

通过采用上述技术方案，凸块可以增大测绳与计米轮之间的摩擦，使得测绳可以通过摩擦带动计米轮进行稳定转动，避免测绳与计米轮之间产生打滑现象，进而实现对测量箱在地热井内的高度进行准确测量，提高对地热井内井水水位的测量精度。

可选的，所述密封件设置为密封套圈，所述密封套圈包覆于所述抽水板周壁上。

通过采用上述技术方案，密封套圈可以对抽水板与测量箱内壁之间的间隙进行填塞，使得抽水板与测量箱远离进水孔一端内壁之间形成密闭空腔，可以通过驱动抽水板在测量箱内的滑移，控制井水进入到测量箱内的流量，使得测量箱可以在地热井内进行间断性的沉降。

第二方面，本申请提供一种中深层地热井自动监测方法，采用如下的技术方案：

一种中深层地热井自动监测方法，包括以下步骤：

步骤一，通过测绳将测量箱吊挂放入到地热井内并与水面接触，通过数显机构检测出此时地热井内水位的高度并将信号传输至显示器处；

步骤二，启动驱动件，驱动件带动抽水板滑移，井水进入到测量箱内使得测量箱重量增加，同步通过测绳调节测量箱在地热井内的高度，并通过温度传感器和检测件检测地热井内不同高度处的水温和水质情况；

步骤三，启动驱动件，驱动件驱动抽水板滑移，使得井水快速从测量箱内排出，启动收卷机构，通过测绳将测量箱从地热井的井水中拉出。

通过采用上述技术方案，通过测绳调节测量箱在地热井内的高度，使得测量箱下端面仅仅与水面接触且不受水的浮力作用时，此时测量箱的下端面的高度即为地热井内井水的水位，数显机构可以将此时水位高度的信号传输至显示器处进行显示；驱动件驱动抽水板滑移，使得井水定量进入到测量箱内，实现对测量箱整体重量的增加，使得测量箱在井水中稳定下沉，实现对井内不同深度处的水温和水质进行检测。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.距离传感器和拉力传感器的相互作用下驱动收卷机构调节测量箱在地热井内的高度，使得测量箱下端面仅仅与水面接触且不受水的浮力作用，此时测量箱的下端面的高度即为地热井内井水的水位，提高了对地热井内井水水位的测量精度；

2.驱动件和收卷机构间断性地启动，使得井水定量进入到测量箱内，实现对测量箱整体重量的增加，使得测量箱可沉降至不同深度，实现对不同深度处的水温以及水质进行检测，提高对地热井内井水水温和水质的测量精度；

3.通过压力表监测测量箱内的气压，控制开关的启闭，进而控制电热片内电流的通断，调节测量箱内空气的温度和压强，便于驱动件可以稳定驱动抽水板进行滑移，进而调节测量箱的整体重量。

附图说明

图1是本申请实施例中整体的结构示意图；

图2是本申请实施例中固定座、显示器、测量箱、测量装置、抽水板和电机的剖视图；

图3是本申请实施例中测量装置、温度传感器和凸块的结构示意图；

图4是本申请实施例中测量箱、距离传感器、温度传感器、检测件、抽水板、驱动件、电热片、开关和压力表的剖视图；

图5是本申请实施例中中深层地热井自动监测方法的流程示意图。

附图标记：1、固定座；2、显示器；3、测量箱；4、测量装置；41、测绳；42、距离传感器；43、拉力传感器；44、收卷机构；441、支架；442、收卷辊；45、数显机构；451、机架；452、计米轮；453、压轮；454、旋转编码器；5、温度传感器；6、检测件；7、进水孔；8、抽水板；9、驱动件；10、电热片；11、开关；12、压力表；13、电机；14、凸块；15、密封套圈。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种中深层地热井自动监测系统。

参照图1和图2，中深层地热井自动监测系统包括固定座1、显示器2和测量箱3。

参照图1和图2，固定座1通过螺钉竖直固定连接在井口处，固定座1为空心设置，固定座1靠近井口的一端为开口设置，固定座1远离井口的一端上通过合页连接盖合有盖板，显示器2通过螺钉固定连接在固定座1的盖板上。

参照图2和图3，测量箱3由低密度保温材质制成，测量箱3为空心设置，本申请实施例中，测量箱3设置为圆柱筒状，测量箱3升降设置在固定座1内，测量箱3上设置有用于测量水位的测量装置4，测量装置4包括测绳41、距离传感器42、拉力传感器43、收卷机构44和数显机构45；

参照图2和图3，收卷机构44包括支架441和收卷辊442，支架441水平焊接固定在固定座1内壁上，收卷辊442通过转动轴承水平转动连接在支架441上，支架441上开设有用于测绳41穿设的孔洞，测绳41的一端固定连接在收卷辊442上，收卷辊442对测绳41进行收卷，测绳41的另一端穿设孔洞位于支架441下方；支架441上通过螺钉固定连接有电机13，电机13的输出轴通过联轴器与收卷辊442的一端同轴固定连接；电机13带动收卷辊442转动，转动的收卷辊442可对测绳41进行收放。

参照图2和图3，拉力传感器43通过挂钩固定连接在测绳41远离收卷辊442的一端上，拉力传感器43远离测绳41的一端与测量箱3通过螺钉固定连接，拉力传感器43与电机13电性连接，拉力传感器43可以检测测量箱3对测绳41的作用力大小。

参照图2和图3，距离传感器42位于测量箱3远离拉力传感器43一侧的端面上，距离传感器42通过螺钉固定连接在测量箱3上，距离传感器42与电机13电性连接；在对地热井内井水的水位进行检测时，启动电机13，测量箱3在测绳41的吊设下缓慢朝向靠近井水的方向下降，当距离传感器42检测到测量箱3下端面与水面接触时，将信号电性传输至电机13处，电机13停止工作，当拉力传感器43检测到所受到的拉力小于测量箱3整体的重量时，拉力传感器43将信号电性传输至电机13处，电机13反向启动收卷测绳41，调节测量箱3的高度，使得测量箱3下端面仅仅与水面接触且不受水的浮力作用，此时测量箱3的下端面的高度即为地热井内井水的水位。

参照图2和图3，数显机构45位于支架441下方，数显机构45包括机架451、计米轮452、压轮453和旋转编码器454，机架451通过螺钉固接在固定座1内壁上，计米轮452和压轮453均通过转轴转动连接在机架451上，且计米轮452上的转轴与压轮453上的转轴平行设置，两个转轴的连线与测绳41垂直设置，测绳41位于计米轮452与压轮453之间，压轮453将测绳41紧密抵接在计米轮452上，计米轮452周壁上均布有多个用于增大计米轮452与测绳41之间摩擦的凸块14；旋转编码器454通过连接壳体固定连接在机架451上，旋转编码器454通过连接件与计米轮452的转轴同轴连接；旋转编码器454与显示器2电性连接，旋转编码器454可以检测到计米轮452转动圈数，进而将测量箱3的升降距离传输至显示器2上进行显示。

参照图3和图4，测量箱3底壁贯穿开设有进水孔7，本申请实施例中，进水孔7设置有多个，多个进水孔7均布在测量箱3的底壁上，位于进水孔7上方的测量箱3内升降滑移设置有抽水板8，抽水板8由保温材质支撑，抽水板8设置为与测量箱3内壁滑移适配的圆盘状，抽水板8周壁与测量箱3内壁紧密抵接；位于抽水板8远离进水孔7一侧的测量箱3内壁上设置有用于驱动抽水板8升降滑移的驱动件9，驱动件9与显示器2电性连接，本申请实施例中驱动件9设置为气缸，气缸的缸体部分通过螺钉固定连接在测量箱3顶壁上，气缸的活塞杆通过螺钉固定连接在抽水板8上。

参照图3和图4，抽水板8上设置有用于填塞抽水板8周壁与测量箱3内壁之间间隙的密封件，密封件设置为密封套圈15，密封套圈15通过防水胶粘接包覆于抽水板8周壁上；密封套圈15、抽水板8和测量箱3内壁的组合使得抽水板8与测量箱3远离进水孔7一端内壁之间形成密闭空腔，通过驱动抽水板8在测量箱3内的滑移，控制井水进入到测量箱3内的流量。

参照图3和图4，测量箱3上设置有用于测温的温度传感器5，温度传感器5通过螺钉固定连接在测量箱3底壁上，温度传感器5与显示器2电性连接，温度传感器5在测量箱3的带动下可对地热井内的井水进行水温检测。

参照图3和图4，测量箱3内设置有用于检测水质的检测件6，在本申请实施例中，检测件6可以为用于检测地热井中井水ph值的ph计、还可以为用于检测地热井中井水内微量元素含量的分光光度计，检测件6嵌设于抽水板8靠近进水孔7的端面上，检测件6未突出抽水板8端面设置，检测件6通过螺钉固定连接在抽水板8上，检测件6与显示器2电性连接，检测件6可对进入到测量箱3内的井水进行水质检测；通过控制井水进入到测量箱3内的流量，使得测量箱3的整体重量增大，间断性地启动驱动件9和电机13，使得测量箱3可沉降至不同深度，实现对不同深度处的水温以及水质进行检测。

参照图3和图4，测量箱3内设置有便于调控测量箱3内温度的调节件，调节件设置为电热片10，电热片10通过螺钉固定连接在抽水板8远离进水孔7一侧的测量箱3内壁上，电热片10通入电流后可产生热量，测量箱3内壁上设置有与电热片10电性连接的开关11，开关11通过螺钉固定连接在测量箱3的内壁上，开关11的一端通过预埋导向与电热片10连通，开关11的另一端与显示器2电性连接，显示器2通过开关11为电热片10提供电流。

参照图3和图4，测量箱3内设置有控制开关11启闭的控制件，控制件设置为压力表12，压力表12通过螺钉固定连接在抽水板8远离进水孔7一侧的测量箱3内壁上，压力表12由耐高温材质支撑，压力表12可对抽水板8与测量箱3远离进水孔7一端内壁之间形成密闭空腔内的气压进行监测，压力表12与开关11电性连接；当压力表12监测到气压大于设定值时，压力表12驱动开关11进行闭合，进而对电热片10进行通电，电热片10产生热量，使得密闭空腔内的压强降低，便于驱动件9可以稳定驱动抽水板8进行滑移。

本申请实施例一种中深层地热井自动监测系统的实施原理为：在对地热井内井水的水位进行检测时，启动电机13，测量箱3在测绳41的吊设下缓慢朝向靠近井水的方向下降，当距离传感器42检测到测量箱3下端面与水面接触时，将信号电性传输至电机13处，电机13停止工作，当拉力传感器43检测到所受到的拉力小于测量箱3整体的重量时，拉力传感器43将信号电性传输至电机13处，电机13反向启动收卷测绳41，调节测量箱3的高度，使得测量箱3下端面仅仅与水面接触且不受水的浮力作用，此时测量箱3的下端面的高度即为地热井内井水的水位；

测绳41在测量箱3的牵引下处于张紧状态，收卷机构44对测绳41进行收放时，测绳41通过摩擦带动计米轮452转动，旋转编码器454将计米轮452的转动情况进行记录，并换算为测量箱3的升降距离电性传输至显示器2，显示器2可以显示当前地热井内井水的水位情况。

在对地热井内井水的水温和水质进行检测时，启动驱动件9，驱动件9驱动抽水板8朝向远离进水孔7方向滑移，井水从进水孔7进入到测量箱3内，检测件6可对测量箱3内的井水进行水质检测，此时测量箱3的整体重量增大，同步启动收卷机构44，此时测绳41处于松弛状态，测量箱3下沉，驱动件9和收卷机构44间断性地启动，使得测量箱3可沉降至不同深度，实现对不同深度处的水温以及水质进行检测，提高对地热井内井水水温和水质的测量精度。

本申请实施例还公开一种中深层地热井自动监测方法。

参照图5，基于上述的中深层地热井自动监测系统，该中深层地热井自动监测方法包括以下步骤：

s1，通过测绳41调节测量箱3在地热井内的高度，使得测量箱3下端面仅仅与水面接触且不受水的浮力作用时，此时测量箱3的下端面的高度即为地热井内井水的水位，数显机构45可以将此时水位高度的信号传输至显示器2处进行显示；

s2，启动驱动件9，驱动件9带动抽水板8朝向远离进水孔7的方向滑移，井水定量进入到测量箱3内使得测量箱3重量增加，同步通过测绳41调节测量箱3在地热井内的高度，并通过温度传感器5和检测件6检测地热井内不同高度处的水温和水质情况；

s3，启动驱动件9，驱动件9驱动抽水板8朝向靠近进水孔7的方向滑移，使得井水快速从测量箱3内排出，启动收卷机构44，通过测绳41将测量箱3从地热井的井水中拉出，等待下一次检测。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。