专利名称：土壤源热泵换热器的回填密实度测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型实施例涉及土壤源热泵技术领域，尤其涉及一种土壤源热泵换热器的 回填密实度测试系统。
背景技术：
土壤源热泵也称地源热泵，是一种通过与土壤进行热交换而实现对地面建筑物制 冷或供暖的设备。土壤源热泵中与土壤进行热交换的主要部件是垂直U型管换器。在安装 土壤源热泵的施工过程中，首先在土壤中进行钻孔，然后将垂直U型管换器放置在钻孔中， 最后向钻孔壁与垂直U型管换器之间采用泥浆泵灌注的方式注入回填材料。其中，回填材 料用来增强管换器与周围土壤的换热作用，并防止地面水通过钻孔向地下渗透。因此，需要 在施工过程中需要对回填材料的密实度进行测量，以保证密实度能够满足需要。在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题现有的 密实度测量方式主要通过管路打压，同时观察管路压力的变化来判断密实度。但是这种方 法受人为因素影响较大，得出的密实度也不够准确，无法保证回填质量。
实用新型内容本实用新型实施例提供一种土壤源热泵换热器的回填密实度测试系统，用以更准 确地测试回填密实度。本实用新型一实施例提供一种土壤源热泵换热器的回填密实度测试系统，其中包 括设置于地上的同步信号发生装置、信号提取装置、匹配电路和记录仪；以及设置于地下 的地下检测信号发生器和地下检测信号接收器，其中所述同步信号发生装置与所述信号提取装置和所述地下检测信号发生器相连接， 用于周期性地向所述地下检测信号发生器发送地下同步信号，以及周期性地向所述信号提 取装置发送门控方波信号；地下检测信号发生器用于在所述地下同步信号的触发下发出检测信号；所述地下检测信号接收器通过电缆与所述匹配电路相连接，用于接收途经被测区 域后的所述检测信号，并将该检测信号转换为相应的电波信号经电缆传输给所述匹配电 路；所述匹配电路与所述信号提取装置匹配连接，用于将所述电波信号匹配给所述信 号提取装置；所述信号提取装置用于在所述门控方波信号的控制下从所述电波信号中提取出 首峰信号；所述记录仪与所述信号提取装置相连接，用于记录所述首峰信号。本实用新型另一实施例提供的系统中，所述同步信号发生装置可以包括顺次连接 的同步信号发生器、延迟电路和门控信号发生器，其中所述同步信号发生器用于周期性地产生所述地下同步信号和地上同步信号；[0014]所述延迟电路用于对所述地上同步信号进行延迟；门控信号发生器用于基于延迟后的所述地上同步信号生成门控方波信号，所述门 控方波信号具有能够套住所述电波信号中的首峰信号的宽度。本实用新型又一实施例提供的系统中，所述信号提取装置可以包括顺次连接的地 上放大器和采样电路，其中所述地上放大器与所述匹配电路匹配连接，用于对来自于匹配电路的电波信号进 行无失真放大；所述采样电路与所述门控信号发生器连接，用于通过所述门控方波信号从所述电 波信号中提取出所述首峰信号。本实用新型再一实施例提供的系统中，所述信号提取装置还包括展宽电路和记 录电路，其中所述展宽电路与所述采样电路相连接，用于将所述首峰信号展宽变换为三角波， 所述三角波的面积与所述首峰信号的幅度保持线性正比关系；所述记录电路用于对所述三角波进行电流放大和积分平滑，输出与所述首峰信号 的幅度成线性正比关系的直流电信号发送给所述记录仪。本实用新型另一实施例提供的系统中，所述系统还可以包括开关和校准信号发 生器，其中所述开关用于将所述信号提取装置分别连接所述匹配电路和所述校准信号发生 器；所述校准信号发生器用于根据所述同步信号发生器产生的校准同步信号产生校 准电波信号发送给所述信号提取装置。本实用新型另一实施例提供的系统中，所述检测信号可以为声波或放射性射线。本实用新型另一实施例提供的系统中，所述系统还可以包括地下放大器，与所述 地下检测信号接收器相连接，用于对所述地下检测信号接收器生成的所述电波信号进行无 失真放大。本实用新型实施例所述系统实现了土壤源热泵换热器的回填密实度的测试，与现 有的管路打压方式相比，人工参与少，受人为因素的影响小，因此，得出的密实度也就更加 准确，从而有利于保证回填质量。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是 本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型所述土壤源热泵换热器的回填密实度测试系统实施例一的结 构示意图；图2为本实用新型所述土壤源热泵换热器的回填密实度测试系统实施例二的结 构示意图；图3为本实用新型所述土壤源热泵换热器的回填密实度测试系统实施例三的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新 型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施 例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于 本实用新型保护的范围。图1为本实用新型所述土壤源热泵换热器的回填密实度测试系统实施例一的结 构示意图；如图所示，该系统包括设置于地上的同步信号发生装置10、信号提取装置20、 匹配电路30和记录仪40 ；以及设置于地下的地下检测信号发生器50和地下检测信号接收 器60，其工作原理说明如下所述同步信号发生装置10与所述信号提取装置20和所述地下检测信号发生器50 相连接，进行测试时，周期性地向所述地下检测信号发生器50发送地下同步信号，以及周 期性地向所述信号提取装置20发送门控方波信号；地下检测信号发生器50在所述地下同步信号的触发下发出检测信号，具体地，该 检测信号可以为声波信号或放射性射线信号；地下检测信号接收器60通过电缆与所述匹 配电路30相连接，当接收到途经被测区域后的所述检测信号时，将该检测信号转换为相应 的电波信号经电缆传输给所述匹配电路30 ；所述匹配电路30与所述信号提取装置匹配连接，将从电缆接收到的所述电波信 号匹配给所述信号提取装置20 ；所述信号提取装置20在来自于所述同步信号发生装置10 的所述门控方波信号的控制下，从所述电波信号中提取出首峰信号，发送给记录仪40;所 述记录仪40与所述信号提取装置20相连接，记录所述首峰信号。其中，地下检测信号发生器50和所述地下检测信号接收器60可以由压电陶瓷晶 体或磁致伸缩材料制成；所述首峰信号是指所述电波信号中幅度值最大的信号。本实施例 所述系统实现密实度测试的原理说明如下当地下检测信号发生器50发出检测信号后，该检测信号在地下进行传播，途经被 测区域后到达地下检测信号接收器60。其中，所述被测区域是指在地下钻孔中放置垂直U 型管换器后进行回填的区域。地下检测信号接收器60接收到的检测信号中包含有经过垂 直U型管换器、空气、地层和泥浆等传播介质后形成的检测信号。具体地，上述地下检测信号发生器50发出的检测信号可以为声波或放射性射线， 其中，声波可以由声波发生器产生，放射性射线可以由放射性核素源产生。核素的选择可 以考虑能量的大小、单色性、半衰期的长短、化学物理稳定性及价格等因素，例如可以选择 6°C0、137Cs、241Am、238Pu和21°Po等。由于放射性核素源可以做到直径为毫米级的点源，因此， 有利于减小地下检测信号发生器50的体积，以适用于地下钻孔非常小的情形。由于不同传播介质的传播阻抗具有较大差异，因此对声波或放射性射线的衰减程 序也各不相同。根据声波或放射性射线传播的基本原理，在固体中衰减量最小，传播速度最 快，而在气体中衰减量最大，传播速度最慢。相应地，被测区域的密实度越高，空气含量就越 少，所测得的检测信号的首峰幅度就越高；相反，密实度越低，首峰幅度就越低。因此，通过记录仪40对首峰信号进行记录，即可以得出被测区域的密实度。本实施例所述系统实现了土壤源热泵换热器的回填密实度的测试，与现有的管路 打压方式相比，人工参与少，受人为因素的影响小，因此，得出的密实度也就更加准确，从而 有利于保证回填质量。图2为本实用新型所述土壤源热泵换热器的回填密实度测试系统实施例二的结 构示意图；如图所示，本实施例在实施例一的基础上对该系统中各装置的具体实现方式进 行说明所述同步信号发生装置10可以包括顺次连接的同步信号发生器11、延迟电路12 和门控信号发生器13，其工作原理如下当进行密实度测试时，所述同步信号发生器11周期性地产生所述地下同步信号 和地上同步信号；具体可以以每秒20次的频率周期性地产生宽30μ s的正、负窄脉冲信号， 将其中的正窄脉冲信号作为地下同步信号送往地下检测信号发生器50，将负窄脉冲信号作 为地上同步信号送往延迟电路12 ；所述延迟电路12对所述地上同步信号进行延迟；所述门控信号发生器13基于 延迟后的所述地上同步信号生成门控方波信号，所述延迟电路12的延迟时间和所述门控 信号发生器13产生的门控方波信号的宽度需要使所述门控方波信号能够套住所述电波信 号中的首峰信号的宽度。例如，该延迟电路12可以对所述地上同步信号进行单稳态延迟 200 700μ s，以适应检测信号在地下的传播时间和电波信号通过电缆的时间延迟；最终 端生成的门控方波信号宽度可以为30 60 μ S。该门控方波信号可以为正方波或负方波。所述信号提取装置20包括顺次连接的地上放大器21和采样电路22，其工作原理 如下所述地上放大器21与所述匹配电路30匹配连接，对来自于匹配电路30的电波信 号进行无失真放大；所述采样电路22与所述门控信号发生器13连接，通过所述门控方波信 号从所述电波信号中提取出所述首峰信号。提取的所述首峰信号可以采用现有技术进行处理后送往记录仪40进行记录，或 者也可以采用本实施例所述的如下方式进行处理在所述信号提取装置20中进一步设置展宽电路23和记录电路24，其工作原理如 下所述展宽电路23与所述采样电路22相连接，将所述首峰信号展宽变换为三角波， 所述三角波的面积与所述首峰信号的幅度保持线性正比关系；所述记录电路用于对所述三 角波进行电流放大和积分平滑，输出与所述首峰信号的幅度成线性正比关系的直流电信号 发送给所述记录仪40。使所述首峰信号经上述展宽电路23和记录电路24处理后再由记录仪40进行记 录，有利于使记录到的首峰信号更加清晰，以便于观察比较。另外，本实施例所述系统中还可以进一步包括地下放大器70，与所述地下检测信 号接收器60相连接，用于对所述地下检测信号接收器60生成的所述电波信号进行无失真 放大，此后再经电缆发送给所述匹配电路30。通过对所述电波信号进行无失真放大有利于保证测量的有效性。为了实现无失真 放大，该地下放大器70必须严格工作在线性区，尤其当接收到的电波信号较强时应特别注意这一种。在实际工作中，可以在室内校验筒(如钢筒)内对所述地下放大器70的增益 作严格调整，以确保其能够实现对电波信号的无失真放大。图3为本实用新型所述土壤源热泵换热器的回填密实度测试系统实施例三的结 构示意图，如图所示，在上述实施例的基础上，所述还可以进一步包括开关80和校准信号 发生器90，其工作原理如下所述开关80用于将所述信号提取装置20分别连接所述匹配电路30和所述校准 信号发生器90。当进行密实度测试操作时，开关80将所述信号提取装置20连接所述匹配 电路30 ；当进行校准操作时，开关80将所述信号提取装置20连接所述校准信号发生器90。当进行校准操作时，所述校准信号发生器90根据所述同步信号发生器11产生的 校准同步信号产生校准电波信号发送给所述信号提取装置20。该校准电波信号代替所述电 波信号进行首峰信号提取，再由记录仪40进行记录，以实现系统校准。本实施例所述系统还具有校准功能，因此，有利于进一步保证密实度测试结果的 准确性。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解: 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等 同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术 方案的精神和范围。
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权利要求1.一种土壤源热泵换热器的回填密实度测试系统，其特征在于，包括设置于地上的 同步信号发生装置、信号提取装置、匹配电路和记录仪；以及设置于地下的地下检测信号发 生器和地下检测信号接收器，其中所述同步信号发生装置与所述信号提取装置和所述地下检测信号发生器相连接，用于 周期性地向所述地下检测信号发生器发送地下同步信号，以及周期性地向所述信号提取装 置发送门控方波信号；地下检测信号发生器用于在所述地下同步信号的触发下发出检测信号；所述地下检测信号接收器通过电缆与所述匹配电路相连接，用于接收途经被测区域后 的所述检测信号，并将该检测信号转换为相应的电波信号经电缆传输给所述匹配电路；所述匹配电路与所述信号提取装置匹配连接，用于将所述电波信号匹配给所述信号提 取装置；所述信号提取装置用于在所述门控方波信号的控制下从所述电波信号中提取出首峰信号；所述记录仪与所述信号提取装置相连接，用于记录所述首峰信号。
2.根据权利要求1所述的土壤源热泵换热器的回填密实度测试系统，其特征在于， 所述同步信号发生装置包括顺次连接的同步信号发生器、延迟电路和门控信号发生器，其 中所述同步信号发生器用于周期性地产生所述地下同步信号和地上同步信号；所述延迟电路用于对所述地上同步信号进行延迟；门控信号发生器用于基于延迟后的所述地上同步信号生成门控方波信号，所述门控方 波信号具有能够套住所述电波信号中的首峰信号的宽度。
3.根据权利要求2所述的土壤源热泵换热器的回填密实度测试系统，其特征在于，所 述信号提取装置包括顺次连接的地上放大器和采样电路，其中所述地上放大器与所述匹配电路匹配连接，用于对来自于匹配电路的电波信号进行无 失真放大；所述采样电路与所述门控信号发生器连接，用于通过所述门控方波信号从所述电波信 号中提取出所述首峰信号。
4.根据权利要求3所述的土壤源热泵换热器的回填密实度测试系统，其特征在于，所 述信号提取装置还包括展宽电路和记录电路，其中所述展宽电路与所述采样电路相连接，用于将所述首峰信号展宽变换为三角波，所述 三角波的面积与所述首峰信号的幅度保持线性正比关系；所述记录电路用于对所述三角波进行电流放大和积分平滑，输出与所述首峰信号的幅 度成线性正比关系的直流电信号发送给所述记录仪。
5.根据权利要求2所述的土壤源热泵换热器的回填密实度测试系统，其特征在于，所 述系统还包括开关和校准信号发生器，其中所述开关用于将所述信号提取装置分别连接所述匹配电路和所述校准信号发生器；所述校准信号发生器用于根据所述同步信号发生器产生的校准同步信号产生校准电 波信号发送给所述信号提取装置。
6.根据权利要求1所述的土壤源热泵换热器的回填密实度测试系统，其特征在于，所述检测信号为声波或放射性射线。
7.根据权利要求1 6中任一所述的土壤源热泵换热器的回填密实度测试系统，其特 征在于，所述系统还包括地下放大器，与所述地下检测信号接收器相连接，用于对所述地 下检测信号接收器生成的所述电波信号进行无失真放大。
专利摘要本实用新型涉及一种土壤源热泵换热器的回填密实度测试系统，其中包括设置于地上的同步信号发生装置、信号提取装置、匹配电路和记录仪；以及设置于地下的地下检测信号发生器和地下检测信号接收器。本实用新型实施例所述系统实现了土壤源热泵换热器的回填密实度的测试，与现有的管路打压方式相比，人工参与少，受人为因素的影响小，因此，得出的密实度也就更加准确，从而有利于保证回填质量。
文档编号G01N23/00GK201788172SQ20102015289
公开日2011年4月6日 申请日期2010年4月6日 优先权日2010年4月6日
发明者吕晓辰, 朱清宇, 杨灵艳, 沈亮, 肖龙, 钱程 申请人:中国建筑科学研究院