煤层气井液位检测实验教学装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种煤层气井液位检测实验教学装置，包括反射声波模拟模块和声波检测模块，反射声波模拟模块包括用于外接节箍反射声波模拟信号源的第一信号输入接口，用于外接液面反射声波模拟信号源的第二信号输入接口，以及与第一信号输入接口和第二信号输入接口均相接的加法器，加法器的输出端接有声波发射驱动电路，声波发射驱动电路的输出端接有声波发射器；声波检测模块由依次相接的用于接收声波发射器发射的声波信号的声波接收器、阻抗匹配电路、带通滤波电路、放大电路和用于连接示波器的信号输出接口组成。本实用新型设计新颖合理，将实际工程实验应用到学生的专业课实验中，有助于学生更好地将理论知识与实践结合起来，实用性强。
【专利说明】煤层气井液位检测实验教学装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于实验教学装置【技术领域】，具体涉及一种煤层气井液位检测实验教学装置。
【背景技术】
[0002]随着高等教育人才培养目标及人才需求的转变，要求当代大学生要有较强的适应性和创新能力。实验教学是培养学生综合素质的重要手段，实验教学只有随着社会的进步不断发展、完善，才能使学生获得较强的综合实践能力，为社会培养出符合要求的高素质人才。现有技术中的专业实验课还存在以下缺陷和不足:
[0003](I)综合实验与工程实际脱节:现有技术中的专业实验课，实验内容多为课本中基本原理的实验，实验教学装置简单，学生通过动手操作实验，能够更好地理解课本中的基本原理，但是，缺乏综合性强的实验装置，即使有综合性较强的实验装置，也是专业课基本实验的组合，缺少实际工程背景，因此，学生在学完专业知识后，虽然具有一定的理论知识，但是要满足工作岗位的要求还有一定的过程，致使学生毕业后的用人单位反映毕业生掌握的知识和工作需要的知识之间有很大的鸿沟。
[0004](2)完整的系统性实验缺乏:现有技术中的专业实验内容都被孤立地分散在各门专业课中，互不发生联系，系统性的实验缺乏，致使学生在掌握了专业课的知识后，对知识的应用缺乏一条主线，不知道如何把知识和实践结合起来。
实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤层气井液位检测实验教学装置，其设计新颖合理，将实际工程实验应用到学生的专业课实验中，有助于学生更好地将理论知识与实践结合起来，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种煤层气井液位检测实验教学装置，其特征在于:包括反射声波模拟模块和声波检测模块，所述反射声波模拟模块包括用于外接用于产生频率为20Hz输入信号的节箍反射声波模拟信号源的第一信号输入接口，用于外接用于产生频率为5Hz且猝发周期为5s的连续猝发信号的液面反射声波模拟信号源的第二信号输入接口，以及与第一信号输入接口和第二信号输入接口均相接的加法器，所述加法器的输出端接有声波发射驱动电路，所述声波发射驱动电路的输出端接有声波发射器；所述声波检测模块由依次相接的用于接收声波发射器发射的声波信号的声波接收器、阻抗匹配电路、带通滤波电路、放大电路和用于连接示波器的信号输出接口组成。
[0007]上述的煤层气井液位检测实验教学装置，其特征在于:所述声波发射驱动电路主要由芯片LM48560构成。
[0008]上述的煤层气井液位检测实验教学装置，其特征在于:所述阻抗匹配电路包括芯片 TL084, 二极管 Dl 和 D2,电容 C5、C6、C7、C8、C9、C15 和 C16,以及电阻 R5、R6、R7、R8、R9、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29和R30 ;所述电阻R8的一端为阻抗匹配电路的输入端INl且与声波接收器的输出端相接，所述电阻R8的另一端与二极管Dl的阳极、二极管D2的阴极、电阻R5的一端、电阻R6的一端和电阻R7的一端相接，所述二极管Dl的阴极与+5V电源的输出端相接，所述二极管D2的阳极与-5V电源的输出端相接，所述电阻R5的另一端和电阻R6的另一端均接地,所述电阻R7的另一端与电容C5的一端、电容C6的一端和芯片TL084的第5引脚相接，所述电容C5的另一端和电容C6的另一端均接地，所述芯片TL084的第6引脚与电阻R9的一端、电容C15的一端、电容C16的一端和电阻R28的一端相接，所述电阻R9的另一端与电容C7的一端、电容C8的一端和电容C9的一端相接，所述电容C7的另一端、电容C8的另一端和电容C9的另一端均接地，所述电容C15的另一端、电容C16的另一端和电阻R28的另一端均与电阻R23的一端、电阻R24的一端、电阻R25的一端、电阻R26的一端、电阻R27的一端和电阻R29的一端相接，所述电阻R23的另一端、电阻R24的另一端、电阻R25的另一端、电阻R26的另一端和电阻R27的另一端均接地，所述芯片TL084的第7引脚与电阻R30的一端相接，所述电阻R30的另一端与电阻R29的另一端相接且为阻抗匹配电路的输出端0UT1，且与带通滤波电路的输入端相接。
[0009]上述的煤层气井液位检测实验教学装置，其特征在于:所述带通滤波电路包括芯片 TL084,电容 C12、C13、C19 和 C20,以及电阻 R14、R15、R16、R17、R33 和 R34 ;所述电容 C12的一端为带通滤波电路的输入端IN2且与阻抗匹配电路的输出端相接，所述电容C12的另一端与电阻R14的一端和电阻R17的一端相接，所述电阻R14的另一端与电阻R15的一端和电容C13的一端相接，所述电阻R15的另一端与电阻R16的一端和电容C19的一端相接，所述电阻R16的另一端和电容C20的一端均与芯片TL084的第12引脚相接，所述电阻R17的另一端、电容Cl3的另一端、电容C20的另一端和电阻R34的一端均接地，所述芯片TL084的第13引脚与电阻34的另一端和电阻R33的一端相接，所述芯片TL084的第14引脚为带通滤波电路的输出端0UT2，且与电容C19的另一端和电阻R33的另一端相接。
[0010]上述的煤层气井液位检测实验教学装置，其特征在于:所述放大电路包括芯片TL084，以及电阻R19、R20、R35、R36和R37，所述芯片TL084的第10引脚为放大电路的输入端IN3，所述芯片TL084的第9引脚与电阻R19的一端和电阻R20的一端相接，所述电阻R19的另一端接地，所述芯片TL084的第8引脚与电阻R20的另一端和电阻R35的一端相接，所述电阻R35的另一端为放大电路的输出端0UT3,且与电阻R36的一端和电阻R37的一端相接，所述电阻R36的另一端与+5V电源的输出端相接，所述电阻R37的另一端接地。
[0011]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0012]1、本实用新型主要针对现有技术中专业实验课缺乏综合性强的实验装置、缺少具有实际工程背景的实验装置、缺乏系统性的实验装置的问题而提出，设计新颖合理，能够将煤层气井液位检测的实际工程实验应用到学生的专业课实验中，让学生尽早地进行理论与工程实践的结合，有助于学生尽早地满足工作岗位的需求。
[0013]2、本实用新型是一套完整的检测系统，学生在实验教学完成后，能够了解一个完整的检测系统的构成，包括传感器(声波发射器和声波接收器)、各种信号调理电路(阻抗匹配电路、带通滤波电路和放大电路)、理论分析和工程计算等，有助于学生在掌握了专业课的知识后，对知识的应用形成一条主线，更好地将理论知识与实践结合起来。
[0014]3、学生使用本实用新型进行煤层气井液位检测实验时，可以采用以下形式:教师首先分发煤层气井液位检测实验教学装置电子元器件散件和印制电路板给学生，并提供焊接工具、两个信号源(一个节箍反射声波模拟信号源和一个液面反射声波模拟信号源)和一台示波器给学生，学生采用本实用新型进行实验，不仅能够了解专业课理论知识在煤层气井液位检测的具体工程应用，还能够进行焊接练习、电路调试练习、信号源使用和示波器使用，实验内容丰富，与现有技术中简单的实验课内容相比，一堂实验室能够让学生学习到更多的知识，能够更好地培养学生的动手能力。
[0015]4、本实用新型的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0016]综上所述，本实用新型的设计新颖合理，将实际工程实验应用到学生的专业课实验中，有助于学生更好地将理论知识与实践结合起来，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0017]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。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的电路原理框图。
[0019]图2为本实用新型阻抗匹配电路的电路原理图。
[0020]图3为本实用新型带通滤波电路的电路原理图。
[0021]图4为本实用新型放大电路的电路原理图。
[0022]附图标记说明: [0023]I一反射声波模拟模块；2—声波检测模块；3—第一信号输入接口；
[0024]4 一第二信号输入接口； 5—加法器；6—声波发射驱动电路；
[0025]7—声波发射器；8—声波接收器；9 一阻抗匹配电路；
[0026]10—带通滤波电路； 11 一放大电路； 12—信号输出接口。
【具体实施方式】
[0027]如图1所示，本实用新型包括反射声波模拟模块I和声波检测模块2，所述反射声波模拟模块I包括用于外接用于产生频率为20Hz输入信号的节箍反射声波模拟信号源的第一信号输入接口 3，用于外接用于产生频率为5Hz且猝发周期为5s的连续猝发信号的液面反射声波模拟信号源的第二信号输入接口 4，以及与第一信号输入接口 3和第二信号输入接口 4均相接的加法器5，所述加法器5的输出端接有声波发射驱动电路6，所述声波发射驱动电路6的输出端接有声波发射器7 ;所述声波检测模块2由依次相接的用于接收声波发射器7发射的声波信号的声波接收器8、阻抗匹配电路9、带通滤波电路10、放大电路11和用于连接示波器的信号输出接口 12组成。
[0028]本实施例中，所述声波发射驱动电路6主要由芯片LM48560构成。
[0029]如图2所示，本实施例中，所述阻抗匹配电路9包括芯片TL084，二极管Dl和D2，电容 C5、C6、C7、C8、C9、C15 和 C16,以及电阻 R5、R6、R7、R8、R9、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29和R30 ;所述电阻R8的一端为阻抗匹配电路9的输入端INl且与声波接收器8的输出端相接，所述电阻R8的另一端与二极管Dl的阳极、二极管D2的阴极、电阻R5的一端、电阻R6的一端和电阻R7的一端相接，所述二极管Dl的阴极与+5V电源的输出端相接，所述二极管D2的阳极与-5V电源的输出端相接，所述电阻R5的另一端和电阻R6的另一端均接地，所述电阻R7的另一端与电容C5的一端、电容C6的一端和芯片TL084的第5引脚相接，所述电容C5的另一端和电容C6的另一端均接地，所述芯片TL084的第6引脚与电阻R9的一端、电容C15的一端、电容C16的一端和电阻R28的一端相接，所述电阻R9的另一端与电容C7的一端、电容C8的一端和电容C9的一端相接，所述电容C7的另一端、电容C8的另一端和电容C9的另一端均接地，所述电容C15的另一端、电容C16的另一端和电阻R28的另一端均与电阻R23的一端、电阻R24的一端、电阻R25的一端、电阻R26的一端、电阻R27的一端和电阻R29的一端相接，所述电阻R23的另一端、电阻R24的另一端、电阻R25的另一端、电阻R26的另一端和电阻R27的另一端均接地，所述芯片TL084的第7引脚与电阻R30的一端相接，所述电阻R30的另一端与电阻R29的另一端相接且为阻抗匹配电路9的输出端0UT1，且与带通滤波电路10的输入端相接。
[0030]如图3所示，本实施例中，所述带通滤波电路10包括芯片TL084，电容C12、C13、C19和C20,以及电阻町4、1?15、1?16、1?17、1?33和R34 ;所述电容C12的一端为带通滤波电路10的输入端IN2且与阻抗匹配电路9的输出端相接，所述电容C12的另一端与电阻R14的一端和电阻R17的一端相接，所述电阻R14的另一端与电阻R15的一端和电容C13的一端相接，所述电阻R15的另一端与电阻R16的一端和电容C19的一端相接，所述电阻R16的另一端和电容C20的一端均与芯片TL084的第12引脚相接，所述电阻R17的另一端、电容C13的另一端、电容C20的另一端和电阻R34的一端均接地，所述芯片TL084的第13引脚与电阻34的另一端和电阻R33的一端相接，所述芯片TL084的第14引脚为带通滤波电路10的输出端0UT2，且与电容C19的另一端和电阻R33的另一端相接。
[0031]如图4所示，本实施例中，所述放大电路11包括芯片TL084，以及电阻R19、R20、R35、R36和R37，所述芯片TL084的第10引脚为放大电路11的输入端IN3，所述芯片TL084的第9引脚与电阻R19的一端和电阻R20的一端相接，所述电阻R19的另一端接地，所述芯片TL084的第8引脚与电阻R20的另一端和电阻R35的一端相接，所述电阻R35的另一端为放大电路11的输出端0UT3，且与电阻R36的一端和电阻R37的一端相接，所述电阻R36的另一端与+5V电源的输 出端相接，所述电阻R37的另一端接地。
[0032]本实用新型能够用于综合性的实验教学，学生使用本实用新型进行煤层气井液位检测实验时，教师首先分发煤层气井液位检测实验教学装置电子元器件散件和印制电路板给学生，并提供焊接工具、两个信号源(一个节箍反射声波模拟信号源和一个液面反射声波模拟信号源)和一台示波器给学生，学生手工焊接、调试完成煤层气井液位检测实验教学装置后，在反射声波模拟模块I的第一信号输入接口 3上外接用于产生频率为20Hz输入信号的节箍反射声波模拟信号源，在反射声波模拟模块I的第二信号输入接口 4上外接用于产生频率为5Hz且猝发周期为5s的连续猝发信号的液面反射声波模拟信号源，并在信号输出接口 12上外接示波器；所述节箍反射声波模拟信号源产生的信号与所述液面反射声波模拟信号源产生的信号经加法器5叠加后输出复合信号，复合信号经过声波发射驱动电路6进行功率放大后用于驱动声波发射器7，构成声波发射器7的压电陶瓷材料在接收到驱动声波发射器7输出的信号后，内部正负电荷极化引起相对位移，交变电场引起机械变形，产生振动，振动在空气中传播，产生声波信号，声波信号中包含有节箍反射声波模拟信号和液面反射声波模拟信号，能够真实地模拟煤层气井液位检测时的反射声波信号。声波检测模块2的声波接收器8接收空气介质中声波信号的机械振动，受到外力的作用而产生变形，内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，将声波信号转换成电信号；阻抗匹配电路9实现带通滤波电路10和声波接收器8的阻抗匹配，保证声波接收器8输出最大功率的电信号给带通滤波电路10，用于提高电路的信噪比；电信号经过带通滤波电路10滤波，并经过放大电路11放大后经信号输出接口 12输出到外接示波器上，学生对示波器上显示的信号进行测量读数并记录，后期通过对记录的液位检测资料的解释得到煤层气井液位。
[0033]综上所述，煤层气井液位检测实验教学装置是一套完整的检测系统，学生在实验教学完成后，能够了解一个完整的检测系统的构成，包括传感器(声波发射器7和声波接收器8)、各种信号调理电路(阻抗匹配电路9、带通滤波电路10和放大电路11)、理论分析和
工程计算等。
[0034]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种煤层气井液位检测实验教学装置，其特征在于:包括反射声波模拟模块(I)和声波检测模块(2)，所述反射声波模拟模块(I)包括用于外接用于产生频率为20Hz输入信号的节箍反射声波模拟信号源的第一信号输入接口(3)，用于外接用于产生频率为5Hz且猝发周期为5s的连续猝发信号的液面反射声波模拟信号源的第二信号输入接口(4)，以及与第一信号输入接口(3)和第二信号输入接口(4)均相接的加法器(5),所述加法器(5)的输出端接有声波发射驱动电路出)，所述声波发射驱动电路出)的输出端接有声波发射器(7);所述声波检测模块(2)由依次相接的用于接收声波发射器(7)发射的声波信号的声波接收器(8)、阻抗匹配电路(9)、带通滤波电路(10)、放大电路(11)和用于连接示波器的信号输出接口(12)组成。
2.按照权利要求1所述的煤层气井液位检测实验教学装置，其特征在于:所述声波发射驱动电路(6)主要由芯片LM48560构成。
3.按照权利要求1所述的煤层气井液位检测实验教学装置，其特征在于:所述阻抗匹配电路(9)包括芯片TL084, 二极管Dl和D2，电容C5、C6、C7、C8、C9、C15和C16，以及电阻R5、R6、R7、R8、R9、R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29 和 R30 ;所述电阻 R8 的一端为阻抗匹配电路(9)的输入端INl且与声波接收器(8)的输出端相接，所述电阻R8的另一端与二极管Dl的阳极、二极管D2的阴极、电阻R5的一端、电阻R6的一端和电阻R7的一端相接，所述二极管Dl的阴极与+5V电源的输出端相接，所述二极管D2的阳极与-5V电源的输出端相接，所述电阻R5的另一端和电阻R6的另一端均接地，所述电阻R7的另一端与电容C5的一端、电容C6的一端和芯片TL084的第5引脚相接，所述电容C5的另一端和电容C6的另一端均接地，所述芯片TL084的第6引脚与电阻R9的一端、电容C15的一端、电容C16的一端和电阻R28的一端相接，所述电阻R9的另一端与电容C7的一端、电容C8的一端和电容C9的一端相接，所述电容C7的另一端、电容C8的另一端和电容C9的另一端均接地，所述电容C15的另一端、电容C16的另一端和电阻R28的另一端均与电阻R23的一端、电阻R24的一端、电阻R25的一端、电阻R26的一端、电阻R27的一端和电阻R29的一端相接，所述电阻R23的另一端、电阻R24的另一端、电阻R25的另一端、电阻R26的另一端和电阻R27的另一端均接地，所述芯片TL084的第7引脚与电阻R30的一端相接，所述电阻R30的另一端与电阻R29的另一端相接且为阻抗匹配电路(9)的输出端OUT1，且与带通滤波电路(10)的输入端相接。
4.按照权利要求1所述的煤层气井液位检测实验教学装置，其特征在于:所述带通滤波电路(10)包括芯片TL084,电容C12、C13、C19和C20,以及电阻R14、R15、R16、R17、R33和R34 ;所述电容C12的一端为带通滤波电路(10)的输入端IN2且与阻抗匹配电路(9)的输出端相接，所述电容C12的另一端与电阻R14的一端和电阻R17的一端相接，所述电阻R14的另一端与电阻R15的一端和电容C13的一端相接，所述电阻R15的另一端与电阻R16的一端和电容C19的一端相接，所述电阻R16的另一端和电容C20的一端均与芯片TL084的第12引脚相接，所述电阻R17的另一端、电容C13的另一端、电容C20的另一端和电阻R34的一端均接地，所述芯片TL084的第13引脚与电阻34的另一端和电阻R33的一端相接，所述芯片TL084的第14引脚为带通滤波电路(10)的输出端OUT2，且与电容C19的另一端和电阻R33的另一端相接。
5.按照权利要求1所述的煤层气井液位检测实验教学装置，其特征在于:所述放大电路(11)包括芯片TL084，以及电阻R19、R20、R35、R36和R37，所述芯片TL084的第10引脚为放大电路(11)的输入端IN3，所述芯片TL084的第9引脚与电阻R19的一端和电阻R20的一端相接，所述电阻R19的另一端接地，所述芯片TL084的第8引脚与电阻R20的另一端和电阻R35的一端相接，所述电阻R35的另一端为放大电路(11)的输出端OUT3，且与电阻R36的一端和电阻R37的一端相接，所述电阻R36的另一端与+5V电源的输出端相接，所述电阻R37的另一端接 地。
【文档编号】G01F23/296GK203812445SQ201420216192
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】景宁波 申请人:西安科技大学