便攜式數字地下水溫測量儀的研制與應用

張翠竹+劉若瑜

（1.河南許昌市地震局 461000 2.南京市江寧區農業局 211100 ）

摘要：利用機械、光電、數字傳感器技術，針對地震群測群防中異常的快速落實的性質，研制的一款儀器，不僅適合前兆監測中的水溫水深的測量，更是適合宏觀異常測量判定。

關鍵詞：儀器、研制、應用

引言

隨著科學技術的高速發展，物聯網、云計算、大數據等新一代電子信息技術的應用，智能化已經滲透在我們生活的角角落落。自動化技術、傳感技術、控制技術、數字制造技術的結合是儀器未來的發展方向。便攜式數字地下水溫測量儀由物理部件、智能部件和連接部件組成，由傳感器、微處理器、數據存儲裝置、控制裝置和軟件以及內置操作和用戶界面等構成。實現了時時測量、智能控制、數據存儲、精確校驗等功能。

1 背景

市縣地震部門群測群防隊伍龐大，分布范圍廣，是基層地震事業基礎之一。目前絕大多數地震群測群防點宏觀日常觀測儀器還停留在落后階段，有的采用竹竿有的采用麻繩、卷尺等測量地下水水位；采用體溫計或者普通溫度計測量水溫，水溫低于35°C以下靠估讀，觀測數據精度差，無法連續觀測，這些都造成地下水觀測數據不準確。對地下水宏觀異常的分析判斷較為困難，主要靠技術人員經驗，缺乏科學嚴謹的理論數據依據，嚴重影響宏觀異常的準確判斷。加之群測群防人員多為留守的中老年人，文化程度偏低。在這種情況下，急需操作簡單、使用方便、快捷科學，安全智能、維護簡單的地下水溫水位觀測儀器來滿足地震事業需要。

目前水溫水位觀測儀器多用于國家臺網的的前兆觀測，需固定在觀測井上，測量精度高、購置費用昂貴，對使用的人員和場所等都有較高要求。市場上尚缺乏滿足宏觀觀測、便于攜帶、價格低廉、適宜于地市級群測群防的水溫水位觀測儀。

我們結合日常工作經驗，研制出適合地震群測群防領域應用的便攜式數字地下水溫測量儀。經反復試驗、改進和監測現場應用，效果良好。

2 便攜式數字地下水溫測量儀工作原理及組成

2.1 工作原理

水溫儀的工作原理是以測量探頭為測量基點，利用水溫、水位測量系統，測量水溫、水位。采用智能電路，實現了儀器接觸水面自動聲光報警、自動顯示水溫、自動存儲。

2.2 組成部分

由溫度測量系統、水位測量系統、自動報警系統、自動校正系統、自動存貯系統、充電系統等六大部分組成。

溫度測量系統由測量探頭、附件組成，探頭可自由拆卸，可以根據不同的工作性質要求更換，探頭具有良好的密封特性，一般分為兩種，普通熱敏電阻溫度傳感器和石英溫度傳感器。測溫探頭作為測溫元件，將溫度變化的模擬量轉化為頻率的數字量，再將此頻率信號進行轉換，水溫通過顯示系統以數字形式顯示出來，方便數據觀測讀取。

水位測量系統由測量滾輪和水溫的傳輸線是一體的，專業定制的帶長度刻度的線，醒目便捷。

自動報警系統利用直流穩壓電源、溫度電壓轉換器、驅動報警電路、放大電路等集成電路，實現接觸水面自動報警的功能，通過聲音、閃爍燈光報警。

自動存儲系統可以記錄連續的水溫變化，使觀測資料區別于以忘的點觀測，觀測數據連續、完整、準確。利用通訊卡可以與互聯網對接，實現遠程控制，方便用于固定無人值守觀測。

自動校正系統可以利用冰水混合物或者標準溫度計進行誤差校正，操作便捷簡單。

充電系統可以實現交直流兩用，方便野外工作。

2.3技術參數

可以根據工作要求不同調整探頭精度，0.01℃到0.1℃，量程0—100℃。水深測量：0—100米。工作電壓：220V/24V。

3 技術要點

測量時只需將測量電纜的插孔和控制箱的接頭連接，搖動滾輪把測量頭放進觀測井內，接觸水位自動聲、光報警，儀表顯示水溫，刻度顯示水深。工作框圖、原理圖如圖1。

該儀器實現了水位、水溫連續觀測，為宏觀異常的調查落實提供了科學的依據；使日常的宏觀觀測更趨于科學性和規范化。

儀器操作簡單、安全可靠、便于維護，采用集成式結構，體積小、重量輕，易于攜帶，配置可充電電源，交直流兩用，適合野外不同環境要求。方便定期校檢。該儀器噪聲符合《GB 22337-2008》規定的要求，無輻射，無鉛汞的排放，不會對環境造成污染破環。

4 儀器研制意義

便攜式數字地下水溫測量儀不僅使地震宏觀異常落實快速準確，也使測量數據更準確、直觀、科學，而且還可以在日常的宏觀觀測中得到較好的應用，使地震地下水的宏觀觀測更科學、便利和規范。

5 應用領域

該水溫儀既適用于地震部門日常宏觀觀測中水溫水位的觀測，也適用于地下水宏觀異常調查落實。

6 應用案例

自2007年投入使用以來，多年來先后解決三十多次的地下水宏觀異常落實，如水溫異常，水位異常、翻砂冒泡等的落實。2013年，一企業自用深井發現水溫異常，引起企業及政府領導關注，以往遇著這種情況，主要是靠現場分析、觀察、逐項排除等傳統方法，時間也比較長。我們帶著儀器下去現場測試，隨著探頭的深入，隨著水位的增加，只有一個深度區域的水溫異常，很快找到了水溫異常的原因，是抽水水泵電機漏電造成，減少了企業損失，安定了群眾情緒。圖2是2011年5月22日河南鄢陵艾莊鄉一測報點井水發混，監測科工作人員到現場后，用儀器對周邊的十幾口井進行了水溫和水位的測量，很快排除了異常。圖3是2012年11月12日和河南省局專家一起調查許昌喬莊水化站的井水水位下降原因，通過現場的使用，省局專家對儀器的性能也給出一致好評，因為該儀器非常適應宏觀測報點的環境狀況。

7 未來展望

該儀器自2007年7月投入使用以來，零故障。2009年11月30日被河南省地震局評為科技成果二等獎；2010年6月2日獲得國家實用新型專利。（圖4）

儀器研發試制投入使用以來，在排除宏觀異常的工作中發揮了很好作用。隨著科學技術的發展，目前正進行二代更新，實現了存儲和虛擬網絡的對接，該儀器的應用推廣有利于群測群防事業的發展，是基層宏觀測報和群測群防工作走向數字化的技術先導。

參考文獻

[1] 童詩白. 模擬電子電路基礎（第四版） [M].高端教育出版社. 2006-5.

[2] 和希才. 傳感器極其應用電路[M]. 電子工業出版社.2006-5.