[发明专利]地下水位面及地下水电导率自动测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及利用电磁波反射的检测装置，尤其是涉及一种地下水位面及地下水电导率自动测试装置。

背景技术

工程上对于地下水位面的测试主要采用的是接电式水位计，它利用测试探头和可导电的液面接触形成通路时会发出蜂鸣声的原理来确定液面的位置。该方法使用过程中存在两方面的不足：第一、测试费时费力，不能实现动态实时测试；第二、测试结果易受水位管中气泡影响，不能用于填埋场中渗滤液面的测试。工程上对于液体电导率的测试通常使用电导率仪，该方法需要对液体进行取样且不能实现液体电导率的现场动态监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地下水位面及地下水电导率自动测试装置，尤其是适用于卫生填埋场中高温、高腐蚀条件下对于渗滤液面及渗滤液电导率的自动测试。

本发明采用的技术方案如下：

高强度的钢丝装在镀锌的铁管内，同轴电缆外导体与镀锌铁管上端连接，同轴电缆内导体与高强度钢丝上端相连，连接点均置于环氧树脂盒内，镀锌铁管的下端开有便于测试液体进入铁管内四个透水孔，镀锌铁管的下端面紧贴绝缘板，高强钢丝的下端穿过绝缘板，利用固定螺栓拉紧并固定在绝缘板上，组成一个传感器，传感器上端的同轴电缆通过BNC接头与电磁波激发、接受器相连，电磁波激发接受器再与PC机相连。

本发明具有的有益效果是：

能够实现地下水位面与地下水电导率的同时测量，并能够实现现场即时监测、使用方便，尤其是能够在卫生填埋场中高腐蚀条件下实现长时间监测，并能够排除测试液体上方大量气泡对测量结果的影响。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图；

图2是现场测试装置原理图；

图3地下水位面变化时测试波形的一次求导图；

图4典型TDR测试波形波形。

图中：1、镀锌铁管，2、高强度钢丝，3、绝缘板，4、固定螺栓，5、环氧树脂盒，6、同轴电缆内导体，7、同轴电缆外导体，8、透水孔，9、电磁波激发接受器，10、PC机，11、PVC管，12、地面，13、地下水位面，A、TDR波形中传感器的第一个反射点，B、TDR波形中传感器的第二个反射点。

具体实施方式

如图1所示，本发明的高强度的钢丝2装在镀锌的铁管1内，同轴电缆外导体7与镀锌铁管1上端连接，同轴电缆内导体6与高强度钢丝2上端相连，连接点均置于环氧树脂盒5内，镀锌铁管1的下端开有便于测试液体进入铁管内四个透水孔8，镀锌铁管的下端面紧贴绝缘板3，高强钢丝2的下端穿过绝缘板3，利用固定螺栓4拉紧并固定在绝缘板3上，组成一个传感器，传感器上端的同轴电缆通过BNC接头与电磁波激发、接受器相连，电磁波激发接受器再与PC机相连。

所述的高强度的钢丝2直径为0.8～1.2mm。所述的透水孔8的直径为10～20mm。

所述的电磁波激发、接受器为美国Campbell Scientific公司的产品TDR100。

所述的同轴电缆为型号RG58A/U的同轴电缆。

所述的电磁波激发、接受器由用户提供的深充电池供电，也可以采用交流电源供电；

数据采集及处理采用专门开发的地下水位及其电导率分析软件(TDR-WT&EC)，该软件界面友好、功能强大，能够实现水位及电导率的定时监测并对监测数据进行快速自动分析，用户可以直接得到监测时间内的水位及电导率随时间变化的曲线。

如图2所示，通过标准尺标定同轴电缆上相关地方离环氧树脂盒顶端的距离L₁，用于水位面的计算。

现场测试时，把传感器放入现场用于测量地下水位面及地下水电导率而预先打设的PVC管9中，所测水位面应在探头范围内；通过三脚架固定测试装置，读出PVC管9管口至环氧树脂盒5顶端的距离L₁；设定软件中采集频率与测试起始点，采集TDR波形，那么环氧树脂盒顶端距水面的距离L₂为

L₂＝s×(T_AB-Δt_h)

其中T_AB是波形中特征点的间隔时间，A表示TDR波形中传感器的第一个反射点，B表示TDR波形中传感器的第二个反射点，如图3所示；s是电磁波在传感器空气段的传播速度，Δt_h为电磁波在环氧树脂盒段传播的时间，都是由室内利用去离子水标定得到的参数，对于同一个传感器，标定常数相同。

水位面高度就是管口至测试液面的距离L＝L₁+L₂＝L₁+s×(T_AB-Δt_h)。测试液体的电导率可由以下的公式获得：σ=M1d(1-ρ∞1+ρ∞)K,]]>其中传感器电导率测试常数M=ϵ0czgRs]]>(ε_n为真空介电常数，c为电磁波在真空中的传播速度，z_g为探头间介质为空气时的探头的特征阻抗，R_s为源头阻抗50Ω)，传输线电阻修正系数K=11-(RcableRs×1-ρ∞1+ρ∞)]]>(R_cable为传输线电阻，ρ_∞为采集波形稳定处的电压反射系数，如图4所示)，d为传感器浸没在测试液体中的长度。在室内利用一根导线将探头短路时，试样电阻R＝0，则Rcable=Rs(1-ρ∞,sc1+ρ∞,sc)]]>(ρ_∞，sc为将探头短路后无穷远处相对电压)；对于特定的传感器，M为定值，所以利用已知电导率的溶液可求出传感器常数M；而探头浸没在水中的长度d＝L₃-L₂(L₃为探头的总长度，L₂为先前测得环氧树脂盒顶端距水面的距离)；综上，M、R_cable为室内标定获得，R_s为已知仪器参数50Ω，ρ_∞通过现场测试到的波形可以得到，d可以通过地下水位面的测试结果计算得到，因此利用σ=M1d(1-ρ∞1+ρ∞)K]]>得到溶液的电导率σ。