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我国是个淡水资源相对缺乏的国家,合理地开发与利用地下水资源,对促进我国缺水地区工农业的发展和人民生活水平的提高有着十分重要的意义。在地下水资源勘察和供水水井的施工中,抽水试验是一项重要的水文地质试验方法。所谓抽水试验就是借助一定的机具和方法,在已钻掘的井孔中将地下水抽出至地表的同时,检测抽水试验的出水量、地下水的温度和井孔内水位的变化情况。通过抽水试验可以查明地下水资源的水力联系和蕴藏量、确定地层水文地质参数、为地下水资源的评价与开发提供科学依据。然而,长期以来,抽水试验中试验参数的测量大多是靠手工进行,这种落后的检测手段既不准确,又体力劳动强度大,而且信息不好保存,无法远距离传输。已不能适应现代水文地质勘察和供水井生产的要求,因此,研制采用现代计算机检测技术,实现抽水试验中对出水量、井内水位、水温多参数自动监测是十分必要的,也是科学技术发展和实际生产的需要。
论文总分为七章,探讨了水文水井抽水试验多参数自动监测系统的总体设计方案、数据检测传感器、地表监测仪硬件系统的实现、计算机监测软件设计和系统在实际生产现场进行野外试验的情况。
论文第一章为绪论部分,论述了研制水文水井抽水试验多参数自动监测系统的必要性,对系统研制的目标和抽水试验中存在的工况条件恶劣等进行了简要分析,结合现代计算机检测技术的发展和国内外的研究现状,既指出了我国水文水井抽水试验参数监测技术与国外的差距,同时也说明了研制本系统的技术可行性。
论文第二章在分析水文水井抽水试验方法及参数监测基本过程的基础上,对水文水井抽水试验多参数自动监测系统的设计进行了探讨。系统的功能设计应具备自动采集水位、水温和流量三个参数,地表实时显示采集数据,可人为设置采集频率等控制参数,能与PC机联机通讯,传输、处理、存储、显示和打印数据等。因此,系统的总体结构设计主要包括传感器、地表监测仪和PC机三个部分,其技术路线是以单片机为核心,统一控制数据采集、信号放大和滤波、A/D转换,以及与PC机联机通讯。
第三章着重探讨了传感器的选择与测试电路设计。由于传感器的选择必须与水文水井抽水试验相适应,论文首先就检测技术中水位、水温和流量测量的一些基本方法、原理进行了分析,结合抽水试验参数监测的基本过程和工况条件,确定了系统参数监测的方法,通过分析与参数检测方法相对应的传感器的工作原理与特点,选择了相应的传感器,设计了传感器检测参数的测试电路。系统井内水位传感器为扩散型压阻式压力传感器,井内水温传感器为铂测温Pt100电阻传感器,出水量传感器为涡轮流量传感器或采用压力式液位传感器。
第四章主要论述了单片机监测系统的设计。由单片机、A/D转换、LED显示、与PC机通讯接口等组成的单片机监测系统是地表监测仪的主要组成部分,论文对比分析了各部件的性能特点、功能结构和工作原理,结合抽水试验参数检测的技术要求,选择了MCS-51系列的8位单片机8031,其A/D转换采用具有8路模拟通道、分辨率为12位的可编程逐次逼近式模数转换器MAX-197,数据显示采用发光二极管显示器(LED)和PS7219显示驱动器,与PC机的通讯采用RS-232C标准总线和MAX232电平转换,通过查阅有关文献,设计了各部件与8031单片机的匹配电路与连接方式。
论文第五章介绍了参数监测系统的软件设计。软件设计是合理调配硬件系统、实现参数监测的重要组成内容,包括单片机监测和PC机数据处理两部分。论文从软件设计的基本流程入手,根据系统的总体设计和硬件结构基础,设计了单片机参数监测程序结构和PC机数据通讯、处理的程序结构,通过分析抽水试验的技术规范,设计了参数测量主程序结构。
第六章是水文水井抽水试验多参数自动监测系统在生产现场试验的情况,系统设计研制完成后,全套配置在宁夏某军事演习基地2号水井、宁夏吴忠市化肥厂工业用水井、湖北鄂州银海纸业有限公司水井、广西柳州来宾县居民生活用水井生产现场进行了四次野外试验,第一次试验时系统涡轮流量传感器因汽水分离、换径以及测量范围等原因不能使用,其他传感器所测数据总的趋势、数值与人工所测数据存在一定偏差,试验数据无应用价值。经改进后,系统在后三次的试验中工作正常,试验监测数据与实际吻合,实现了系统设计功能,能满足抽水试验参数监测要求。
通过水文水井抽水试验多参数自动监测系统的研究与应用,论文第七章对系统的总体设计、测量传感器的选择、单片机监测系统的设计、系统软件设计及现场试验进行了总结,得出了结论,并对该课题今后的深入研究提出了建议。