一种地震流体井下水位校测装置的制作方法

本实用新型属于地下流体观测领域，具体涉及一种地震流体井下水位校测装置。

背景技术：

水位测量在石油化工、水利工程、环保和工业自动化控制等领域应用研究广泛，如农村灌区、水库大坝、江河提防、电站等地下水位和水井水位的测量。由于不同领域对水位观测目的和需求的不同，水位测量的仪器种类较多，仪器测量精度也存在差异。

在地震地下水观测领域，数字水位仪具有较高的测量分辨率、良好的动态响应特性，获得广泛的应用，然而零漂问题一直是影响仪器长期稳定工作的技术难点之一。为克服该不足，技术人员需根据行业规范要求，定期校测水位并对观测数据进行校正，确保观测数据真实有效。水位校测对提高流体观测网的运行质量与监测效能具有重要的意义，是规范井水位观测技术的关键环节。

测钟法和电极法是目前用于井下静水位观测仪器校测精度的传统方法，满足在地震流体观测领域的需求。其中，电极法相比测钟法在测量精度上有了较大的提高且简单便携、易于操作，近年来得到了较多的应用。但是，基于电极法的钢尺水位计在测量时电极测头的触点接触到水面时，需要缓慢仔细地寻找到校测装置蜂鸣器发音或其指示灯瞬间的确切位置后再进行人工读数，因此对使用者的熟练程度有较高的要求，水位校测结果的准确度难以保证。

此外，传统的钢尺水位计通过塑胶工艺将刻度尺和长导线连接到水位探头，存在的问题有：一方面钢尺电缆的刻度尺两侧绕有导电线，水位计的量程越大，绕线盘体积就越大，线缆重量也随之加大，操作使用时不方便；另一方便钢尺电缆外侧为透明塑料软胶加工而成，使用时间变长时，钢尺电缆不可避免地存在变形(如拉伸)，对测量精度产生影响，并且不便于维护。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种地震流体井下水位校测装置，采集多电极探针的探头设计，通过无线传输将电极接触水面的电信号传输到地面，触发蜂鸣器报警和指示灯显示，设计读数接收器，提高水位校测的准确度，适合地震流体井下静水位的校测。

本实用新型包括探头、钢卷尺和读数接收器。所述的探头包括探头壳体、电极探针、发射电路模块和电池。所述的探头壳体包括由下至上的壳体一、壳体二和壳体三；壳体二顶端和底端均开放，底端与壳体一固定，顶端与壳体三固定；所述的壳体二中部设有一体成型的分隔板；n个电极探针等距排布，n取值为3或4，每个电极探针的尾部穿过分隔板对应的一个探针安装孔并固定在探针安装孔内，电极探针的头部朝向壳体二底端；壳体一顶端开放，底端开设有流体通孔；第1个电极探针作为公共电极，第2个电极探针与公共电极的长度相等，第3个电极探针的长度比公共电极的长度小1mm；n＝4时，第4个电极探针的长度比第3个电极探针的长度小1mm。壳体二位于分隔板顶部设有发射电路模块，各电极探针均通过导线一连接到发射电路模块。所述的电池设置在壳体三内；导线二穿过壳体三的底板，导线二两端分别连接电池的负极和发射电路模块；壳体三顶端开放，探头顶盖固定在壳体三顶部；探头顶盖的外侧面通过螺钉连接钢卷尺的尺条；钢卷尺的尺条零刻度基准线设定在最长的电极探针头部尖点处。探头顶盖内侧面固定设有导电铜环，导电铜环与电池的正极接触；铜导线设置在壳体三的竖直侧部槽内，一端连接电池的正极，另一端穿过壳体三的底板连接发射电路模块。发射电路模块的编码芯片U1将编码后的各电极探针间的通断信号传给发射电路模块的无线发射模块U2。

所述的读数接收器包括测量底座、L型直角配件、信号接收盒、钢卷尺、游标副尺和高度尺。所述的L型直角配件与测量底座固定。钢卷尺的外壳固定在L型直角配件的长臂自由端开孔处，短臂固定设有游标副尺。L型直角配件的长臂两端均铰接压紧轮，钢卷尺穿过两个压紧轮与L型直角配件之间的间隙。所述的游标副尺设置10、20或50个分格。所述的信号接收盒内部设有接收电路模块；接收电路模块的无线接收模块U4接收发射电路模块的无线发射模块U2的编码信号，并将编码信号传给接收电路模块的译码芯片U3；译码芯片U3通过译码后的信号控制蜂鸣器和发光二极管。

所述的壳体一、壳体二和壳体三均采用聚四氟乙烯材料。

所述的电池由三节锂电池串联组成。

所述钢卷尺的刻度精度为1mm，量程为100m。

所述的L型直角配件采用不锈钢材质。

所述的发射电路模块包括编码芯片U1、无线发射模块U2和接线端子J1；编码芯片U1的型号为PT2262；无线发射模块U2采用TX系列无线发射模块；编码芯片U1的引脚9接电池负极，引脚15接电阻一R1的一端，引脚16接电阻一R1的另一端，引脚13接电阻二R2的一端，引脚12接电阻三R3的一端，引脚11接电阻四R4的一端；电阻二R2的另一端与接线端子J1的引脚2连接，电阻三R3的另一端与接线端子J1的引脚3连接，电阻四R4的另一端与接线端子J1的引脚4连接；编码芯片U1的引脚18、无线发射模块U2的引脚1和接线端子J1的引脚1均接电池正极V1；无线发射模块U2的引脚2接编码芯片U1的引脚17；无线发射模块U2的引脚3接电池负极；编码芯片U1的其余引脚均悬空。公共电极的尾部与接线端子J1的引脚1连接，其余电极探针的尾部分别与接线端子J1除引脚1外的一个引脚连接。

所述的接收电路模块包括译码芯片U3、无线接收模块U4和电源稳压芯片U5；译码芯片U3的型号为PT2272_M4；无线接收模块U4采用RX系列无线接收模块；电源稳压芯片U5的型号为78L05；译码芯片U3的引脚15接电阻五R5的一端，引脚16接电阻五R5的另一端，引脚14接无线接收模块U4的引脚2及引脚3，引脚13接电阻六R6的一端及发光二极管一LED1的正极，引脚12接发光二极管二LED2的正极，引脚11接发光二极管三LED3的正极，引脚18接无线接收模块U4的引脚1、蜂鸣器F1的一个引脚、电源稳压芯片U5的引脚3及电容C1的一端，引脚9接地；电阻六R6的另一端接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接蜂鸣器F1的另一个引脚；发光二极管一LED1的负极接电阻七R7的一端，发光二极管二LED2的负极接电阻八R8的一端，发光二极管三LED3的负极接电阻九R9的一端；无线接收模块U4的引脚4、电源稳压芯片U5的引脚2、电容C1的另一端、电阻七R7的另一端、电阻八R8的另一端、电阻九R9的另一端及三极管Q1的集电极均接地；电源稳压芯片U5的引脚1接供电电压V2；译码芯片U3的其余引脚均悬空。

无线发射模块U2的工作频率为315MHz或433MHz。

本实用新型的有益效果是：

1、设计多电极触点的水位探头和基于错位放大原理的读数装置，实现地震流体井地下水位的高精度校测，保证地震水位观测数据的准确可靠，为研究高精度大量程的水位测量方法提供参考借鉴。

2、通过多电极探针的结构设计，不仅有利于判断探头接触水面的准确位置，还可避免由于杂质等粘附电极导致的误导通问题。

3、通过发射、接收电路模块，避免使用绕制在钢尺两侧的长导线，减小体积和重量，将探头探针与井下水面接触的通断信号传到地面，可及时接收报警和指示灯情况，提高测量精度。

4、使用通用的钢卷尺连接水位探头，既能保证测量精度，又便于维护，一旦钢卷尺损坏时，仅需更换钢卷尺，不必更换水位探头，降低使用成本。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型中探头的结构剖视图；

图3为本实用新型中发射电路模块的原理图；

图4为本实用新型中L型直角配件的结构立体图；

图5为本实用新型中接收电路模块的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型设计的一种地震流体井下水位校测装置，包括探头1、钢卷尺2和读数接收器3；通过钢卷尺2连接探头1，测量时探头1缓慢从流体井口下放直至接触水面，通过读数接收器3的报警和指示，并对钢卷尺2进行读数，从而判断井下水位埋深。

如图2所示，探头1包括探头壳体、电极探针4、发射电路模块5和电池6。探头壳体包括由下至上的壳体一、壳体二和壳体三，壳体一、壳体二和壳体三均采用聚四氟乙烯材料；壳体二顶端和底端均开放，底端与壳体一固定，顶端与壳体三固定；壳体二中部设有一体成型的分隔板；多个电极探针4等距排布，每个电极探针4的尾部穿过分隔板对应的一个探针安装孔并固定在探针安装孔内，电极探针4的头部朝向壳体二底端；壳体一顶端开放，底端开设有流体通孔；本实施例以4个电极探针为例，分别定义为电极探针A、B、C和D，电极探针A是公共电极，电极探针B与A长度相同，电极探针C比B短1mm，电极探针D比C短1mm。壳体二位于分隔板顶部设有发射电路模块5，各电极探针均通过导线一连接到发射电路模块5。电池6设置在壳体三内，由三节锂电池串联组成；导线二穿过壳体三的底板，导线二两端分别连接电池6的负极与发射电路模块5；壳体三顶端开放，探头顶盖7固定在壳体三顶部；探头顶盖7的外侧面通过螺钉连接钢卷尺2的尺条；钢卷尺2的尺条零刻度基准线设定在最长的电极探针(电极探针A或B)头部尖点处。探头顶盖7内侧面固定设有导电铜环8，导电铜环8与电池6的正极接触；铜导线9设置在壳体三的竖直侧部槽内，一端连接电池的正极，另一端穿过壳体三的底板连接发射电路模块5；电池6为发射电路模块5提供供电电压。

如图3所示，发射电路模块5包括编码芯片U1、无线发射模块U2和接线端子J1；编码芯片U1的型号为PT2262；无线发射模块U2采用TX系列无线发射模块，工作频率为315MHz或433MHz；编码芯片U1的引脚9接电池6负极(即接地)，引脚15接电阻一R1的一端，引脚16接电阻一R1的另一端，引脚13接电阻二R2的一端，引脚12接电阻三R3的一端，引脚11接电阻四R4的一端；电阻二R2的另一端与接线端子J1的引脚2连接，电阻三R3的另一端与接线端子J1的引脚3连接，电阻四R4的另一端与接线端子J1的引脚4连接；编码芯片U1的引脚18、无线发射模块U2的引脚1和接线端子J1的引脚1均接电池6正极V1；无线发射模块U2的引脚2接编码芯片U1的引脚17；无线发射模块U2的引脚3接电池6负极；编码芯片U1的其余引脚均悬空。电极探针A、B、C和D的尾部分别与接线端子J1的引脚1、2、3和4连接。编码芯片U1对各电极探针间的通断信号进行编码，并通过无线发射模块U2发射。

钢卷尺2为市场通用量具，选用的刻度精度为1mm，量程为100m。

如图4所示，读数接收器3包括测量底座、L型直角配件10、信号接收盒、钢卷尺、游标副尺11和高度尺。测量底座选用市场通用的三脚架，测量时固定在井口合适区域，以方便测量；L型直角配件10与测量底座固定，L型直角配件采用不锈钢材质。如图4所示，钢卷尺的外壳固定在L型直角配件的长臂自由端开孔处，短臂固定设有游标副尺11。L型直角配件的长臂两端(自由端和与短臂的连接端)均铰接压紧轮，两个压紧轮保证钢卷尺在收放的过程中能贴合L型直角配件表面。高度尺自由放置。钢卷尺作为主尺，游标副尺可以设置为10、20或50个分格，基于错位放大的原理，对应的读数精度不同。当电极探针B恰好接触到水面(电极探针C和D均不接触水面)时，读取该位置游标副尺零刻度基准线对应的钢卷尺的刻度值h1。高度尺用于测量游标副尺零刻度基准线到井口的距离h2。因此，地震流体井下静水位校测的埋深值h＝h1-h2。

信号接收盒便携可移动，信号接收盒内部设有接收电路模块；如图5所示，接收电路模块包括译码芯片U3、无线接收模块U4和电源稳压芯片U5；译码芯片U3的型号为PT2272_M4；无线接收模块U4采用RX系列无线接收模块，工作频率选用315MHz或433MHz，且与无线发射模块U2的工作频率相等；电源稳压芯片U5的型号为78L05；译码芯片U3的引脚15接电阻五R5的一端，引脚16接电阻五R5的另一端，引脚14接无线接收模块U4的引脚2及引脚3，引脚13接电阻六R6的一端及发光二极管一LED1的正极，引脚12接发光二极管二LED2的正极，引脚11接发光二极管三LED3的正极，引脚18接无线接收模块U4的引脚1、蜂鸣器F1的一个引脚、电源稳压芯片U5的引脚3及电容C1的一端，引脚9接地；电阻六R6的另一端接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接蜂鸣器F1的另一个引脚；发光二极管一LED1的负极接电阻七R7的一端，发光二极管二LED2的负极接电阻八R8的一端，发光二极管三LED3的负极接电阻九R9的一端；无线接收模块U4的引脚4、电源稳压芯片U5的引脚2、电容C1的另一端、电阻七R7的另一端、电阻八R8的另一端、电阻九R9的另一端及三极管Q1的集电极均接地；电源稳压芯片U5的引脚1接供电电压V2；译码芯片U3的其余引脚均悬空。无线接收模块U4接收无线发射模块U2发射的编码信号，译码芯片U3对编码信号进行译码，并控制蜂鸣器、发光二极管一LED1、发光二极管二LED2和发光二极管三LED3；本实施例中发光二极管一LED1、发光二极管二LED2和发光二极管三LED3显示以及蜂鸣器报警的方案设计如下(也可选择其它设计方案，这些设计方案都是常规技术)：没有电极探针接触到水面时，发光二极管一LED1、发光二极管二LED2和发光二极管三LED3均不亮，蜂鸣器F1不报警；当电极探针A和B接触到水面时，发光二极管一LED1亮，且蜂鸣器F1报警；当电极探针C接触到水面时，发光二极管一LED1和发光二极管二LED2亮，且蜂鸣器F1报警；当电极探针D接触到水面时，发光二极管一LED1、发光二极管二LED2和发光二极管三LED3亮，且蜂鸣器F1报警。

本实用新型测量时探头缓慢从流体井口下放直至接触水面，通过读数接收器的报警和指示，对探头下放高度进行微调，并对钢卷尺进行读数，从而准确判断井下水位埋深。本实用新型设计多电极触点的水位探头和基于错位放大原理的读数装置，实现地震流体井地下水位的高精度校测，保证地震水位观测数据的准确可靠，为研究高精度大量程的水位测量方法提供参考借鉴；通过多电极探针的结构设计，不仅有利于判断探头接触水面的准确位置，还可避免由于杂质等粘附电极导致的误导通问题；通过发射、接收电路模块，避免使用绕制在钢卷尺两侧的长导线，从而减小体积和重量，将探头探针与井下水面接触的通断信号传到地面，可及时接收报警和指示灯情况，提高测量精度。使用通用的钢卷尺连接水位探头，既能保证测量精度，又便于维护，一旦钢卷尺损坏时，仅需更换钢卷尺，不必更换水位探头，降低使用成本。