[发明专利]一种渗流流速的测量装置与方法

说明书

本发明公开了一种渗流流速的测量装置与方法，装置包括传感器、激励源、采样电阻、信号调制模块、模数变换模块、单片机、计时器、显示与通讯模块、双路开关和电解电源，传感器包括电导电极和电解电极。方法包括如下步骤：1)安装传感器；2)向单片机发送测量指令；3)设置测量参数；4)启动计时器计时；5)电导测量，显示和传输数据；6)开启双路开关，到达设置通电时间后关闭双路开关；7)到达间隔时间时关闭模数变换模块，停止计时；8)滤波后寻峰求得出峰时间，计算测定流速；9)计算实际流速；10)显示测量结果。本发明通过电解极化产生离子脉冲示踪方法测量地下水运动，无需投药装置，相比于光纤式测温渗流监测系统成本低廉。

技术领域

本发明属于渗流和地下水运动观测领域，具体涉及一种渗流流速的测量装置与方法。

背景技术

渗流流向、流速是岩土工程、水文地质领域非常重要的参数，对于污染物运移、油气开发、水土流失等相关问题的研究也具有重大意义。传统示踪法，由于示踪剂多为染料或电解质溶液，需要专门的投药装置，且投药点与测量位置必须间隔较长距离，难以成设计成一体化传感器实现连续监测；热示踪通过测量温度场变化，确定渗流流速、流向，光纤式测温渗流监测系统属于该种类型的其典型代表，由于光纤式测温渗流监测系统需要在监测范围内铺设光纤，故成本较高。因此，渗流监测迫切需要一种成本低廉的测量装置与方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有渗流监测存在的上述不足，提供一种无投药装置的利用电解极化产生离子脉冲示踪的渗流流速的测量装置与方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种渗流流速的测量装置，包括传感器、激励源、采样电阻、信号调制模块、模数变换模块、单片机、计时器、显示与通讯模块、双路开关和电解电源，传感器包括电导电极和电解电极，激励源接采样电阻后与电导电极及信号调制模块的输入端连接，信号调制模块的输出端与模数变换模块连接，单片机与模数变换模块、计时器、显示与通讯模块以及双路开关连接，电解电源经双路开关与电解电极连接。

按上述方案，所述电导电极用于感知溶液电导变化，电解电极用于在溶液中产生电解极化，电导电极和电解电极均由两根间距0.1～10mm的排针组成。

按上述方案，所述激励源用于在电导测量过程中提供双极性方波电源，所述采样电阻用于电导测量过程中将电导电极感知的溶液电导变化转换为双极性电压信号，所述信号调制模块用于将采样电阻获取的双极性电压信号转换为直流电压信号，所述模数变换模块用于电导测量时，将信号调制模块输出的直流电压信号转换为数字信号，所述计时器用于电导测量时计时以及电解电极电解过程中控制电解时间，所述单片机用于控制和协调整个电导测量过程，所述电解电源用于在电解过程中提供稳定的直流电源，所述双路开关用于控制电解过程的开始和结束，所述显示与通讯模块，用于显示接收单片机指令，将电导测量数据进行显示和发送至上位机。

按上述方案，所述激励源包括两片电压基准模块、模拟开关和运放，两片电压基准模块提供+2.5V、-2.5V的幅值稳定的标准电压，经模拟开关交替选通形成方波信号，最终由运放输出。

按上述方案，所述采样电阻由模拟开关控制的500Ω、1kΩ、2kΩ、5kΩ、10kΩ、20kΩ、50kΩ、100kΩ电阻组成8档可调采样电阻。

按上述方案，所述信号调制模块包括绝对值电路和RC滤波电路，绝对值电路将双极性信号转变为单极性信号，经RC滤波电路后输出为直流电压信号。

按上述方案，所述单片机采用8位以上单片机，所述模数变换模块采用12位以上ADC模块，所述计时器采用16位单片机内部计时器。

按上述方案，所述显示与通讯模块包括显示单元和通讯单元，显示单元采用显示驱动模块驱动数码管实现数据显示，通讯单元采用串口通讯模块实现RS232通讯。