Tdr原理的深井水位傳感器及其水位測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及了一種TDR原理的深井水位傳感器及其水位測(cè)量方法，可用于的深井下的水位測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0002]目前水位測(cè)量中，浮球式水位傳感器只能通過開關(guān)量測(cè)量水的有無，分級(jí)式浮球水位傳感器雖然可以測(cè)量多個(gè)深度的水位，但每級(jí)浮球開關(guān)都需要兩根引出線，級(jí)數(shù)越多，引線越多;現(xiàn)有的超聲波是水位變送器雖然使用方便精度較高，但在有變頻水栗工作，密布電纜線，且有變徑的深井中，根本無法使用，發(fā)射信號(hào)會(huì)被揚(yáng)程管纏繞的電纜線阻斷。
[0003]投入式壓力變送器雖然可以高精度用于有變頻水栗工作的深井中進(jìn)行水位測(cè)量，但隨著水位的加深，壓力變送器的壓力敏感部分封裝要求很高，在500米以上的深水中，敏感元件極易被壓破而進(jìn)水，且投入式壓力變送器一旦損壞，維修需要和水栗的揚(yáng)程管一起提起，修好再安裝回去，但500米以上揚(yáng)程管的水栗提起再重新安裝一次的人工成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一個(gè)投入式液位變送器。
[0004]現(xiàn)有的TDR原理的水位傳感器和電容原理的水位傳感器，在沒有變頻水栗工作的空井中可以用來水位測(cè)量，但當(dāng)有變頻水栗工作時(shí)，TDR的傳輸線或者電容傳感器的極板需要和變頻水栗的電纜線平行安裝，當(dāng)井深有幾百米時(shí)，平行的部分也有幾百米，當(dāng)變頻器工作時(shí)，水栗電纜線所輻射的變頻干擾，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有用信號(hào)，造成TDR的傳輸線或者電容傳感器根本無法正常工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明提出了一種TDR原理的深井水位傳感器及其水位測(cè)量方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)中在水栗在有變頻器使用情況下TDR測(cè)量?jī)x測(cè)量干擾的問題。本發(fā)明的傳感器用于TDR測(cè)量的傳輸線套在由不銹鋼軟管和接頭組成的抗干擾護(hù)套內(nèi)，井口的不銹鋼管連接水栗變頻器的零線，該方法大大提高了信噪比，可克服變頻水栗的干擾，實(shí)現(xiàn)深井動(dòng)態(tài)水位測(cè)量。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]一、一種TDR原理的深井水位傳感器:
[0008]水栗置于水面下，水栗經(jīng)水栗電纜與地面的水栗變頻器連接，水栗經(jīng)水栗揚(yáng)程管排水，其特征在于:所述水位傳感器包括TDR測(cè)量?jī)x、兩芯線和抗干擾護(hù)套，抗干擾護(hù)套通過扎帶捆綁在水栗揚(yáng)程管上，兩芯線從水栗到地面沿水栗揚(yáng)程管軸向布置，整根兩芯線套在主要由不銹鋼軟管和接頭組成的抗干擾護(hù)套內(nèi)，TDR測(cè)量?jī)x置于地面，TDR測(cè)量?jī)x與兩芯線的上端連接，兩芯線下端伸出到抗干擾護(hù)套下端外，井口處的不銹鋼軟管需要連接水栗變頻器的零線。
[0009]所述的抗干擾護(hù)套有多節(jié)不銹鋼軟管串聯(lián)接而成，相鄰不銹鋼軟管之間通過接頭連接，抗干擾護(hù)套側(cè)壁設(shè)有用于進(jìn)出水的通孔，通孔和抗干擾護(hù)套下端口均包裹有一層不銹鋼濾網(wǎng)。
[0010]所述的兩芯線是兩芯雙絞線或者兩芯平行線，優(yōu)選兩芯雙絞線。
[0011]所述的不銹鋼軟管采用不銹鋼中空軟管，兩端設(shè)有用于連接接頭的螺母。
[0012]所述的不銹鋼接頭為一側(cè)壁帶有通孔的不銹鋼直接頭、兩側(cè)對(duì)稱側(cè)壁帶通孔的不銹鋼直接頭或者為不銹鋼三通接頭，優(yōu)選一側(cè)壁帶通孔和兩側(cè)壁帶通孔的不銹鋼直接頭，孔用于進(jìn)出水，當(dāng)水雜質(zhì)較多時(shí)，通孔包裹一層不銹鋼濾網(wǎng)。
[0013]所述的兩芯線的長(zhǎng)度大于自身盲區(qū)的長(zhǎng)度。所述的兩芯線做TDR測(cè)量傳感器有測(cè)量盲區(qū)，實(shí)際測(cè)量時(shí)，預(yù)留出的兩芯線長(zhǎng)度需要大于盲區(qū)的長(zhǎng)度。
[0014]所述的不銹鋼接頭的通孔處安裝有沿接頭徑向布置的螺桿，兩芯線在螺桿附近上方通過扎帶連接，扎帶受重力懸掛在螺桿上，以避免兩芯線太長(zhǎng)受重力作用而拉斷。
[0015]二、一種TDR原理的深井水位測(cè)量方法:
[0016]將所述傳感器豎直安裝在深井中時(shí)，TDR測(cè)量?jī)x置于地面，兩芯線即是傳輸線又是傳感線，動(dòng)態(tài)水位變化時(shí)，會(huì)引起兩芯線相應(yīng)位置的阻抗變化，對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)量返回的TDR數(shù)據(jù)，找到兩芯線的下端點(diǎn)所在的TDR數(shù)據(jù)點(diǎn)和在下端點(diǎn)之前小于頻率變頻干擾閾值的TDR數(shù)據(jù)的最小值點(diǎn)，將該兩點(diǎn)之間的TDR數(shù)據(jù)間隔乘以通過標(biāo)定獲得的兩芯線單位長(zhǎng)度，作為兩芯線在水中的長(zhǎng)度，兩芯線的總長(zhǎng)減去在水中的長(zhǎng)度獲得水面到井口的距離。
[0017]所述的頻率變頻干擾閾值用于屏蔽變頻器干擾，與變頻器的類型和測(cè)量總深度有關(guān)系，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量情況設(shè)定。
[0018]安裝所述傳感器前采用以下方式進(jìn)行標(biāo)定:把套好護(hù)套的兩芯線放入一段到已知的井水中，記錄下入水的兩芯線長(zhǎng)度，用TDR測(cè)量?jī)x測(cè)量?jī)尚揪€，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找到反射最強(qiáng)的兩個(gè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的TDR數(shù)據(jù)間隔，采樣數(shù)據(jù)中除盲區(qū)以外的第一個(gè)最大值點(diǎn)作為兩芯線伸入水下的最下端點(diǎn)，采樣數(shù)據(jù)中的最小值點(diǎn)作為水面位置;水下的最下端點(diǎn)與水面位置之間的距離為水柱高度，將該水柱高度除以該兩點(diǎn)之間的TDR數(shù)據(jù)間隔的間隔數(shù)獲得該類型水的深井中每一個(gè)TDR數(shù)據(jù)間隔代表兩芯線單位長(zhǎng)度。
[0019 ]若在下端點(diǎn)之前小于頻率變頻干擾閾值的TDR數(shù)據(jù)的最小值點(diǎn)存在多個(gè)，則其中間采樣點(diǎn)位作為最小值點(diǎn)。
[0020]目前現(xiàn)有的線都是100米或者200米一卷，具體實(shí)施為了實(shí)現(xiàn)用500米或者更長(zhǎng)長(zhǎng)度的兩芯線的話，需要有接頭，沒有通孔螺桿固定，線自重會(huì)把接頭拉開。因此本發(fā)明采用在螺桿處打結(jié)通過扎帶懸掛的方式在各個(gè)中間節(jié)點(diǎn)處固定線減輕重力受力。
[0021]兩芯雙絞線在無水情況下，有水劑附著情況下，完全浸水的情況下，TDR脈沖信號(hào)在其內(nèi)部傳輸速度不同，在有水劑扶著情況下每個(gè)TDR采樣間隔對(duì)應(yīng)的兩芯線長(zhǎng)度是不確定的，所以用總長(zhǎng)減去在水中的長(zhǎng)度來計(jì)算水面到井口的距離
[0022]本發(fā)明水位傳感器可實(shí)現(xiàn)水位的連續(xù)測(cè)量，最小分別率是TDR測(cè)量?jī)x的分辨率。
[0023]本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是:
[0024]本發(fā)明的信號(hào)線即是傳輸線又是傳感線，實(shí)現(xiàn)水位連續(xù)測(cè)量，抗變頻器干擾能力強(qiáng)。
[0025]本發(fā)明傳感器實(shí)現(xiàn)了在只有兩根信號(hào)線的情況的實(shí)現(xiàn)了深井動(dòng)態(tài)水位高精度測(cè)量;相較于目前的投入式壓力式水位傳感器，其變送器在水下，維修需要連水栗一起提起，維修極其麻煩，本傳感器的測(cè)量主機(jī)TDR測(cè)量?jī)x在井口，維修更換都比較方便；
[0026]本測(cè)量方法可以克服水位快速下降時(shí)，兩芯線上附著的水劑對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
[0027]相較于目前的同類型的TDR測(cè)量原理的水位傳感器，本傳感器通過不銹鋼軟管和接頭組成的抗干擾護(hù)套屏蔽變頻器的干擾，提高信噪比，可以實(shí)現(xiàn)在有變頻水栗工作的深井中高精度測(cè)量。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明專利的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖中:I為水栗變頻器，2為水栗電纜，3為TDR測(cè)量?jī)x，4為水位傳感器，5為水栗揚(yáng)程管，6為水面，7為水栗，8、扎帶，9，水栗變頻器的零線。
[0030]圖2是水位傳感器的示意圖。
[0031]圖中:41為兩芯線，42為不銹鋼軟管和接頭組成的抗干擾護(hù)套。
[0032]圖3為不銹鋼軟管示意圖。
[0033]圖中:421是帶內(nèi)螺紋接頭的不銹鋼軟管，422是中孔。
[0034]圖4為不銹鋼直接頭示意圖。
[0035]圖中:4231是帶單孔的不銹鋼直接頭，4232是帶通孔的不銹鋼直接頭。
[0036]圖5為帶通孔不銹鋼直接頭用于固定兩芯線示意圖。
[0037]圖中:4232是帶通孔的不銹鋼直接頭，4233為不銹鋼螺桿，8為扎帶，41為兩芯雙絞線。
[0038]圖6是實(shí)施例的TDR測(cè)量?jī)x在有變頻水栗工作的深井中測(cè)量水位結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0040]如圖1所示，水栗7置于水面6下，水栗7經(jīng)水栗電纜2與地面的水栗變頻器I連接，水栗7經(jīng)水栗揚(yáng)程管5排水，本發(fā)明的水位傳感器4包括TDR測(cè)量?jī)x3、兩芯線41和抗干擾護(hù)套42，抗干擾護(hù)套42和水栗電纜2通過扎帶8捆綁在水栗揚(yáng)程管5上，兩芯線41從水栗7到地面沿水栗揚(yáng)程管5軸向布置，整根兩芯線41套在主要由不銹鋼軟管422和接頭423組成的抗干擾護(hù)套42內(nèi)，TDR測(cè)量?jī)x3置于地面，TDR測(cè)量?jī)x3與兩芯線4的上端連接，兩芯線41下端伸出到抗干擾護(hù)套42下端外，井口處的不銹鋼軟管需要連接水栗變頻器的零線9，TDR測(cè)量?jī)x3通過兩芯線41測(cè)量水位。
[0041]抗干擾護(hù)套42有多節(jié)不銹鋼軟管422串聯(lián)接而成，具體實(shí)施中可采用不銹鋼直接頭無限長(zhǎng)度連接，相鄰不銹鋼軟管422之間通過接頭423連接，抗干擾護(hù)套42側(cè)壁設(shè)有用于進(jìn)出水的通孔，通孔和