專利名稱：土壤源熱泵換熱器的回填密實度測試系統的制作方法
技術領域：
本實用新型實施例涉及土壤源熱泵技術領域，尤其涉及一種土壤源熱泵換熱器的 回填密實度測試系統。
背景技術：
土壤源熱泵也稱地源熱泵，是一種通過與土壤進行熱交換而實現對地面建筑物制 冷或供暖的設備。土壤源熱泵中與土壤進行熱交換的主要部件是垂直U型管換器。在安裝 土壤源熱泵的施工過程中，首先在土壤中進行鉆孔，然后將垂直U型管換器放置在鉆孔中， 最后向鉆孔壁與垂直U型管換器之間采用泥漿泵灌注的方式注入回填材料。其中，回填材 料用來增強管換器與周圍土壤的換熱作用，并防止地面水通過鉆孔向地下滲透。因此，需要 在施工過程中需要對回填材料的密實度進行測量，以保證密實度能夠滿足需要。在實現本實用新型的過程中，發明人發現現有技術中至少存在如下問題現有的 密實度測量方式主要通過管路打壓，同時觀察管路壓力的變化來判斷密實度。但是這種方 法受人為因素影響較大，得出的密實度也不夠準確，無法保證回填質量。

實用新型內容本實用新型實施例提供一種土壤源熱泵換熱器的回填密實度測試系統，用以更準 確地測試回填密實度。本實用新型一實施例提供一種土壤源熱泵換熱器的回填密實度測試系統，其中包 括設置于地上的同步信號發生裝置、信號提取裝置、匹配電路和記錄儀；以及設置于地下 的地下檢測信號發生器和地下檢測信號接收器，其中所述同步信號發生裝置與所述信號提取裝置和所述地下檢測信號發生器相連接， 用于周期性地向所述地下檢測信號發生器發送地下同步信號，以及周期性地向所述信號提 取裝置發送門控方波信號；地下檢測信號發生器用于在所述地下同步信號的觸發下發出檢測信號；所述地下檢測信號接收器通過電纜與所述匹配電路相連接，用于接收途經被測區 域后的所述檢測信號，并將該檢測信號轉換為相應的電波信號經電纜傳輸給所述匹配電 路；所述匹配電路與所述信號提取裝置匹配連接，用于將所述電波信號匹配給所述信 號提取裝置；所述信號提取裝置用于在所述門控方波信號的控制下從所述電波信號中提取出 首峰信號；所述記錄儀與所述信號提取裝置相連接，用于記錄所述首峰信號。本實用新型另一實施例提供的系統中，所述同步信號發生裝置可以包括順次連接 的同步信號發生器、延遲電路和門控信號發生器，其中所述同步信號發生器用于周期性地產生所述地下同步信號和地上同步信號；[0014]所述延遲電路用于對所述地上同步信號進行延遲；門控信號發生器用于基于延遲后的所述地上同步信號生成門控方波信號，所述門 控方波信號具有能夠套住所述電波信號中的首峰信號的寬度。本實用新型又一實施例提供的系統中，所述信號提取裝置可以包括順次連接的地 上放大器和采樣電路，其中所述地上放大器與所述匹配電路匹配連接，用于對來自于匹配電路的電波信號進 行無失真放大；所述采樣電路與所述門控信號發生器連接，用于通過所述門控方波信號從所述電 波信號中提取出所述首峰信號。本實用新型再一實施例提供的系統中，所述信號提取裝置還包括展寬電路和記 錄電路，其中所述展寬電路與所述采樣電路相連接，用于將所述首峰信號展寬變換為三角波， 所述三角波的面積與所述首峰信號的幅度保持線性正比關系；所述記錄電路用于對所述三角波進行電流放大和積分平滑，輸出與所述首峰信號 的幅度成線性正比關系的直流電信號發送給所述記錄儀。本實用新型另一實施例提供的系統中，所述系統還可以包括開關和校準信號發 生器，其中所述開關用于將所述信號提取裝置分別連接所述匹配電路和所述校準信號發生 器；所述校準信號發生器用于根據所述同步信號發生器產生的校準同步信號產生校 準電波信號發送給所述信號提取裝置。本實用新型另一實施例提供的系統中，所述檢測信號可以為聲波或放射性射線。本實用新型另一實施例提供的系統中，所述系統還可以包括地下放大器，與所述 地下檢測信號接收器相連接，用于對所述地下檢測信號接收器生成的所述電波信號進行無 失真放大。本實用新型實施例所述系統實現了土壤源熱泵換熱器的回填密實度的測試，與現 有的管路打壓方式相比，人工參與少，受人為因素的影響小，因此，得出的密實度也就更加 準確，從而有利于保證回填質量。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是 本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提 下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型所述土壤源熱泵換熱器的回填密實度測試系統實施例一的結 構示意圖；圖2為本實用新型所述土壤源熱泵換熱器的回填密實度測試系統實施例二的結 構示意圖；圖3為本實用新型所述土壤源熱泵換熱器的回填密實度測試系統實施例三的結構示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新 型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描 述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施 例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于 本實用新型保護的范圍。圖1為本實用新型所述土壤源熱泵換熱器的回填密實度測試系統實施例一的結 構示意圖；如圖所示，該系統包括設置于地上的同步信號發生裝置10、信號提取裝置20、 匹配電路30和記錄儀40 ；以及設置于地下的地下檢測信號發生器50和地下檢測信號接收 器60，其工作原理說明如下所述同步信號發生裝置10與所述信號提取裝置20和所述地下檢測信號發生器50 相連接，進行測試時，周期性地向所述地下檢測信號發生器50發送地下同步信號，以及周 期性地向所述信號提取裝置20發送門控方波信號；地下檢測信號發生器50在所述地下同步信號的觸發下發出檢測信號，具體地，該 檢測信號可以為聲波信號或放射性射線信號；地下檢測信號接收器60通過電纜與所述匹 配電路30相連接，當接收到途經被測區域后的所述檢測信號時，將該檢測信號轉換為相應 的電波信號經電纜傳輸給所述匹配電路30 ；所述匹配電路30與所述信號提取裝置匹配連接，將從電纜接收到的所述電波信 號匹配給所述信號提取裝置20 ；所述信號提取裝置20在來自于所述同步信號發生裝置10 的所述門控方波信號的控制下，從所述電波信號中提取出首峰信號，發送給記錄儀40;所 述記錄儀40與所述信號提取裝置20相連接，記錄所述首峰信號。其中，地下檢測信號發生器50和所述地下檢測信號接收器60可以由壓電陶瓷晶 體或磁致伸縮材料制成；所述首峰信號是指所述電波信號中幅度值最大的信號。本實施例 所述系統實現密實度測試的原理說明如下當地下檢測信號發生器50發出檢測信號后，該檢測信號在地下進行傳播，途經被 測區域后到達地下檢測信號接收器60。其中，所述被測區域是指在地下鉆孔中放置垂直U 型管換器后進行回填的區域。地下檢測信號接收器60接收到的檢測信號中包含有經過垂 直U型管換器、空氣、地層和泥漿等傳播介質后形成的檢測信號。具體地，上述地下檢測信號發生器50發出的檢測信號可以為聲波或放射性射線， 其中，聲波可以由聲波發生器產生，放射性射線可以由放射性核素源產生。核素的選擇可 以考慮能量的大小、單色性、半衰期的長短、化學物理穩定性及價格等因素，例如可以選擇 6°C0、137Cs、241Am、238Pu和21°Po等。由于放射性核素源可以做到直徑為毫米級的點源，因此， 有利于減小地下檢測信號發生器50的體積，以適用于地下鉆孔非常小的情形。由于不同傳播介質的傳播阻抗具有較大差異，因此對聲波或放射性射線的衰減程 序也各不相同。根據聲波或放射性射線傳播的基本原理，在固體中衰減量最小，傳播速度最 快，而在氣體中衰減量最大，傳播速度最慢。相應地，被測區域的密實度越高，空氣含量就越 少，所測得的檢測信號的首峰幅度就越高；相反，密實度越低，首峰幅度就越低。因此，通過記錄儀40對首峰信號進行記錄，即可以得出被測區域的密實度。本實施例所述系統實現了土壤源熱泵換熱器的回填密實度的測試，與現有的管路 打壓方式相比，人工參與少，受人為因素的影響小，因此，得出的密實度也就更加準確，從而 有利于保證回填質量。圖2為本實用新型所述土壤源熱泵換熱器的回填密實度測試系統實施例二的結 構示意圖；如圖所示，本實施例在實施例一的基礎上對該系統中各裝置的具體實現方式進 行說明所述同步信號發生裝置10可以包括順次連接的同步信號發生器11、延遲電路12 和門控信號發生器13，其工作原理如下當進行密實度測試時，所述同步信號發生器11周期性地產生所述地下同步信號 和地上同步信號；具體可以以每秒20次的頻率周期性地產生寬30μ s的正、負窄脈沖信號， 將其中的正窄脈沖信號作為地下同步信號送往地下檢測信號發生器50，將負窄脈沖信號作 為地上同步信號送往延遲電路12 ；所述延遲電路12對所述地上同步信號進行延遲；所述門控信號發生器13基于 延遲后的所述地上同步信號生成門控方波信號，所述延遲電路12的延遲時間和所述門控 信號發生器13產生的門控方波信號的寬度需要使所述門控方波信號能夠套住所述電波信 號中的首峰信號的寬度。例如，該延遲電路12可以對所述地上同步信號進行單穩態延遲 200 700μ s，以適應檢測信號在地下的傳播時間和電波信號通過電纜的時間延遲；最終 端生成的門控方波信號寬度可以為30 60 μ S。該門控方波信號可以為正方波或負方波。所述信號提取裝置20包括順次連接的地上放大器21和采樣電路22，其工作原理 如下所述地上放大器21與所述匹配電路30匹配連接，對來自于匹配電路30的電波信 號進行無失真放大；所述采樣電路22與所述門控信號發生器13連接，通過所述門控方波信 號從所述電波信號中提取出所述首峰信號。提取的所述首峰信號可以采用現有技術進行處理后送往記錄儀40進行記錄，或 者也可以采用本實施例所述的如下方式進行處理在所述信號提取裝置20中進一步設置展寬電路23和記錄電路24，其工作原理如 下所述展寬電路23與所述采樣電路22相連接，將所述首峰信號展寬變換為三角波， 所述三角波的面積與所述首峰信號的幅度保持線性正比關系；所述記錄電路用于對所述三 角波進行電流放大和積分平滑，輸出與所述首峰信號的幅度成線性正比關系的直流電信號 發送給所述記錄儀40。使所述首峰信號經上述展寬電路23和記錄電路24處理后再由記錄儀40進行記 錄，有利于使記錄到的首峰信號更加清晰，以便于觀察比較。另外，本實施例所述系統中還可以進一步包括地下放大器70，與所述地下檢測信 號接收器60相連接，用于對所述地下檢測信號接收器60生成的所述電波信號進行無失真 放大，此后再經電纜發送給所述匹配電路30。通過對所述電波信號進行無失真放大有利于保證測量的有效性。為了實現無失真 放大，該地下放大器70必須嚴格工作在線性區，尤其當接收到的電波信號較強時應特別注意這一種。在實際工作中，可以在室內校驗筒(如鋼筒)內對所述地下放大器70的增益 作嚴格調整，以確保其能夠實現對電波信號的無失真放大。圖3為本實用新型所述土壤源熱泵換熱器的回填密實度測試系統實施例三的結 構示意圖，如圖所示，在上述實施例的基礎上，所述還可以進一步包括開關80和校準信號 發生器90，其工作原理如下所述開關80用于將所述信號提取裝置20分別連接所述匹配電路30和所述校準 信號發生器90。當進行密實度測試操作時，開關80將所述信號提取裝置20連接所述匹配 電路30 ；當進行校準操作時，開關80將所述信號提取裝置20連接所述校準信號發生器90。當進行校準操作時，所述校準信號發生器90根據所述同步信號發生器11產生的 校準同步信號產生校準電波信號發送給所述信號提取裝置20。該校準電波信號代替所述電 波信號進行首峰信號提取，再由記錄儀40進行記錄，以實現系統校準。本實施例所述系統還具有校準功能，因此，有利于進一步保證密實度測試結果的 準確性。最后應說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制； 盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解: 其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等 同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術 方案的精神和范圍。
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權利要求1.一種土壤源熱泵換熱器的回填密實度測試系統，其特征在于，包括設置于地上的 同步信號發生裝置、信號提取裝置、匹配電路和記錄儀；以及設置于地下的地下檢測信號發 生器和地下檢測信號接收器，其中所述同步信號發生裝置與所述信號提取裝置和所述地下檢測信號發生器相連接，用于 周期性地向所述地下檢測信號發生器發送地下同步信號，以及周期性地向所述信號提取裝 置發送門控方波信號；地下檢測信號發生器用于在所述地下同步信號的觸發下發出檢測信號；所述地下檢測信號接收器通過電纜與所述匹配電路相連接，用于接收途經被測區域后 的所述檢測信號，并將該檢測信號轉換為相應的電波信號經電纜傳輸給所述匹配電路；所述匹配電路與所述信號提取裝置匹配連接，用于將所述電波信號匹配給所述信號提 取裝置；所述信號提取裝置用于在所述門控方波信號的控制下從所述電波信號中提取出首峰信號；所述記錄儀與所述信號提取裝置相連接，用于記錄所述首峰信號。
2.根據權利要求1所述的土壤源熱泵換熱器的回填密實度測試系統，其特征在于， 所述同步信號發生裝置包括順次連接的同步信號發生器、延遲電路和門控信號發生器，其 中所述同步信號發生器用于周期性地產生所述地下同步信號和地上同步信號；所述延遲電路用于對所述地上同步信號進行延遲；門控信號發生器用于基于延遲后的所述地上同步信號生成門控方波信號，所述門控方 波信號具有能夠套住所述電波信號中的首峰信號的寬度。
3.根據權利要求2所述的土壤源熱泵換熱器的回填密實度測試系統，其特征在于，所 述信號提取裝置包括順次連接的地上放大器和采樣電路，其中所述地上放大器與所述匹配電路匹配連接，用于對來自于匹配電路的電波信號進行無 失真放大；所述采樣電路與所述門控信號發生器連接，用于通過所述門控方波信號從所述電波信 號中提取出所述首峰信號。
4.根據權利要求3所述的土壤源熱泵換熱器的回填密實度測試系統，其特征在于，所 述信號提取裝置還包括展寬電路和記錄電路，其中所述展寬電路與所述采樣電路相連接，用于將所述首峰信號展寬變換為三角波，所述 三角波的面積與所述首峰信號的幅度保持線性正比關系；所述記錄電路用于對所述三角波進行電流放大和積分平滑，輸出與所述首峰信號的幅 度成線性正比關系的直流電信號發送給所述記錄儀。
5.根據權利要求2所述的土壤源熱泵換熱器的回填密實度測試系統，其特征在于，所 述系統還包括開關和校準信號發生器，其中所述開關用于將所述信號提取裝置分別連接所述匹配電路和所述校準信號發生器；所述校準信號發生器用于根據所述同步信號發生器產生的校準同步信號產生校準電 波信號發送給所述信號提取裝置。
6.根據權利要求1所述的土壤源熱泵換熱器的回填密實度測試系統，其特征在于，所述檢測信號為聲波或放射性射線。
7.根據權利要求1 6中任一所述的土壤源熱泵換熱器的回填密實度測試系統，其特 征在于，所述系統還包括地下放大器，與所述地下檢測信號接收器相連接，用于對所述地 下檢測信號接收器生成的所述電波信號進行無失真放大。
專利摘要本實用新型涉及一種土壤源熱泵換熱器的回填密實度測試系統，其中包括設置于地上的同步信號發生裝置、信號提取裝置、匹配電路和記錄儀；以及設置于地下的地下檢測信號發生器和地下檢測信號接收器。本實用新型實施例所述系統實現了土壤源熱泵換熱器的回填密實度的測試，與現有的管路打壓方式相比，人工參與少，受人為因素的影響小，因此，得出的密實度也就更加準確，從而有利于保證回填質量。
文檔編號G01N23/00GK201788172SQ20102015289
公開日2011年4月6日 申請日期2010年4月6日 優先權日2010年4月6日
發明者呂曉辰, 朱清宇, 楊靈艷, 沈亮, 肖龍, 錢程 申請人:中國建筑科學研究院