CN102507094B - 一种测量高压水体流动的测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压水体流动速度和流动方向的测量装置及测量方法，测量装置包括探头架、视频显示探头结构以及丝线架，所述的视频显示探头结构设置在探头架上，所述的丝线架设置在所述的视频显示探头结构的前端，所述的视频显示探头结构包括筒体，在筒体内设置有摄像头以及视频光端机；所述的丝线架包括固定环，在固定环上设置有丝线杆，丝线杆的末端位于摄像头的前端，在丝线杆的末端连接丝线。与现有技术相比，本发明测量装置包括探头结构和丝线架两个主要部分，丝线架上的可自由漂浮摆动的丝线能全方位的呈现水体的流动方向以及速度，并能通过探头部分的摄像头记录和可视化，实现全方位水体流动的测量，结构简单巧妙。

Description

一种测量高压水体流动的测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及水利工程、水文水资源、海洋工程等技术领域，尤其是水利工程领域的有压隧洞工程对水体流动方向及速度的测量。

背景技术

该发明主要用于测量有压隧洞内水体的流动速度和流动方向，也可用于测量地表水体深部（即高水压）的流动速度和流动方向。测量有压隧洞内水体的流动速度和流动方向旨在确定有压隧洞的渗漏部位，在隧洞整体没有流入和流出水量，即水体静止状态下，通过该发明测定隧洞内存在流速的部位即是隧洞的渗漏部位，同时测定该部位的流动方向进而进一步确定渗漏的具体方位。本发明使用的方法是水体流动丝线视频显示技术方法。

目前有一些对江、河等水体水流速度的测速仪，如1997年以唐懋官等人研制的水流紊动传感器及脉动流速仪，用于测量高含沙水流瞬时流速；武汉大学研制的MLV-1便携式微型低值流速仪、MLC-1微型流速计数器、RDV4-2型四线双向流速仪、OV8-2型八线光电流速仪；扬州大学研制的DV－Ι型数显流速仪，主要采用3×2平方毫米特微探头、信号处理、模数转换、数学运算组成；电波流速仪是利用雷达多普勒效应，采用远距离无接触方法实现流速测量；旋桨式流速仪，是一种通过旋桨传感器提供脉冲信号的一种流速测量仪；还有便携式智能流速仪，多功能智能流速仪等。所有这些流速仪，均只能在水体表层或浅层使用，无法在高水压的深层使用。

目前用于测定钻孔内地下水流速流向的仪器有：南京水利科学研究院研制的 NSD-A型地下水流向仪，由（原）核工业部北京核仪器厂和北京市环境保护研究所联合研制的FD-138型地下水流速流向测量仪，江苏省农业科学研究院原子能研究所的地下水同位素示踪仪和智能化地下水动态参数测量仪，（原）冶金部勘察研究总院同位素方法仪器推广中心的FDC-250A型地下水参数测试仪，山东省水利科学研究院的微机地下水同位素示踪仪和DTS-JA型地下水参数同位素示踪仪等，申请人于2004年申请的地下水综合示踪仪（专利号： ZL 2004 2 0054940.0）。这些仪器只适用于钻孔内使用，探头只能垂直放置，测定的是水平方向的流速和流向。而隧洞内水体的流速和流向需要探头水平放置，所测量的不只是水平的流速和流向，而是全方位的流速和流向。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种可全方位测量水体流速和流向的测量装置及测量方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高压水体流动速度和流动方向的测量装置，其特征在于：包括探头架、视频显示探头结构以及丝线架，所述的视频显示探头结构设置在探头架上，所述的丝线架设置在所述的视频显示探头结构的前端，所述的视频显示探头结构包括筒体，在筒体内设置有摄像头以及视频光端机；所述的丝线架包括固定环，在固定环上设置有丝线杆，丝线杆的末端位于摄像头的前端，在丝线杆的末端连接丝线。

所述的丝线杆为两个L型钢条且成径向布置在固定环的圆周上。

所述的丝线杆的末端位于摄像头镜头的中心位置。

所述的探头架包括钢架、滑轮以及横杆，所述的滑轮设置在钢架的下端，所述的横杆固定在支架的上端，在所述的支架上还连接有一受力钢绳；在所述的筒体上端设置有挂耳，所述的视频显示结构通过所述的挂耳悬挂在探头架的横杆上。

所述的筒体为圆筒。

一种高压水体流动速度和流动方向的测量方法，包括以下步骤：

第一步、将测量装置放置到水体的测量部位，测量前，使水体总体上处于静止状态；

第二步、使受力钢绳受力，即慢慢拉动受力钢绳，使测量装置慢慢移动，每移动1m后停止移动5分钟，通过视频观察丝线的漂移情况，如果装置所在位置有压隧洞没有渗漏情况，则两根丝线的漂移方向是随机的；如果存在渗漏，则装置所在位置就存在水的流动，两根丝线的漂移方向完全一致；流动速度的大小用两根丝线的漂移程度反映，漂移程度越大，流速就越大，渗漏就越严重，反之，流速就越小，渗漏不严重；流向也通过丝线反映，丝线漂移的方向就是水的流动方向，借此进一步确定有压隧洞的渗漏口位置方向。

与现有技术相比，本发明测量装置包括探头结构和丝线架两个主要部分，丝线架上的可自由漂浮摆动的丝线能全方位的呈现水体的流动方向以及速度，并能通过探头部分的摄像头记录和可视化，实现全方位水体流动的测量，结构简单巧妙。

附图说明

图1是本发明视频显示探头结构示意图。

图2是本发明丝线架结构示意图。

图3是本发明探头架结构示意图。

其中： 1、底盖， 2 、挂耳，3、圆筒，4、顶盖，5、防水螺纹接头，6、电源线，7、光纤，8、环氧树脂胶，9、摄像头，10 视频光端机，11、丝线，22、钢条，13、固定环，14、横杆，15、钢架，16、轮滑，17、受力钢绳。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细说明。

本发明使用的方法是水体流动丝线视频显示技术方法。装置主要有三部分组成：全密封视频显示探头、丝线架和探头架。视频显示探头是主要装置，由摄像头9、视频光端机10、透明质外壳和防水充填胶组成，见图1，外壳上有电缆线出口和2个挂耳2，挂耳用于将探头安装于探头架上，并可以自由晃动，与外壳通过防水螺纹接头连接。摄像头的镜头面紧贴透明质底盖，用内充填的环氧树脂胶固定并防水。丝线架有固定环、钢条和丝线组成。固定环用于将丝线架固定在探头的底盖上，可卸式的，用时装上，有螺丝拧紧即可，不用时卸下。丝线用于反映水体的流动速度和流动方向，见图2，用时系上，不用时解下即可。探头架由横杆、钢架、轮滑和受力钢绳组成，横杆用于穿挂视频显示探头，轮滑使探头架可以滑移，钢架能使探头架起，受力钢绳使整个装置移动。整个探头架都是可拆卸式的，用螺丝螺帽连接的。

第一步，装置的组装：

首先是材料购买：需要购买的材料和器件有：摄像头、光端机、有机玻璃圆筒和板材、单模光纤、电源线、环氧树脂充填胶、有机玻璃专用胶、防水螺纹接头、细钢条、丝线、轮滑、受力钢绳以及螺丝螺帽等。

其次是材料的加工与连接：将有机玻璃圆筒加工成外圆直径10cm，壁厚0.8cm，长15cm的大圆筒3，用有机玻璃板材加工2块直径10cm，厚度1 cm的圆板，其中1块用做底盖1，用有机玻璃专用胶水将其黏贴于大圆筒3的底部，另块圆板用作顶盖4，在其圆心部位加工一个与防水螺纹接头配套的内螺纹孔。将摄像头9放入大圆筒3内，并使镜头面紧贴底盖，用少量环氧树脂胶涂于镜头外侧，使其暂时固定，放入光端机10，并与摄像头9、光纤线7和电源线6连接，穿过防水螺纹接头5，用环氧树脂全部充满大圆筒3，使摄像头、光端机成完全防水体8，在环氧树脂尚未干之前，盖上顶盖4，涂上有机玻璃专用胶水，使整个探头成型并可防高压水。加工2个挂耳2，用有机玻璃专用胶水将其黏贴于大圆筒上，视频显示探头就加工完成了。

用有机玻璃加工1个内径10cm，厚度5mm的圆环13，用直径3mm的细钢条加工成L型12，一端与圆环13用螺纹连接，另端与丝线11连接，丝线架就此加工完成。

用直径10 mm，长50cm的不锈钢棒用作横杆14，两端带螺纹；用直径5mm的不锈钢棒加工钢架15，连接处均用螺丝螺帽连接，为可拆卸式，装上轮滑16，探头架就此加工完成。

最后是整体装配，即将视频显示探头、丝线架和探头架整体装配起来。在探头架尚未用螺丝螺帽连接前，先将视频显示探头通过2个挂耳挂在横杆上，再将探头架全部用螺丝螺帽连接起来；将丝线架固定在探头的底盖1上，再将受力钢绳17系在探头架上。

第二步，将装置投放到水体的特定部位：

以有压隧洞为例，将装置放入隧洞口，由于隧洞是倾斜的，装置可以依靠自身的重力，借助于轮滑将装置移动到预定的部位。

第三步，测量水体的流速和流向：

在测量前，关闭有压隧洞的进出水口，使隧洞内水体总体上处于静止状态，之后开始测量。

使受力钢绳受力，即慢慢拉动受力钢绳，使装置慢慢移动，每移动1m后停止移动5分钟，通过视频观察丝线的漂移情况。如果装置所在位置有压隧洞没有渗漏情况，则两根丝线的漂移方向是随机的，如果存在渗漏，则装置所在位置就存在水的流动，两根丝线的漂移方向完全一致。流动速度的大小用两根丝线的漂移程度反映，漂移程度越大，流速就越大，渗漏就越严重，反之，流速就越小，渗漏不严重。流向也通过丝线反映，丝线漂移的方向就是水的流动方向，借此进一步确定有压隧洞的渗漏口位置方向。

按等间距测量，待测隧洞长度的测量结束后，提出装置，卸下各组成部分。

Claims (4)

1.一种高压水体流动速度和流动方向的测量装置，其特征在于：包括探头架、视频显示探头结构以及丝线架，所述的视频显示探头结构设置在探头架上，所述的丝线架设置在所述的视频显示探头结构的前端，所述的视频显示探头结构包括筒体，在筒体内设置有摄像头以及视频光端机；所述的丝线架包括固定环，在固定环上设置有丝线杆，丝线杆的末端位于摄像头的前端，在丝线杆的末端连接丝线；所述的丝线杆为两个L型钢条且成径向布置在固定环的圆周上；所述的探头架包括钢架、滑轮以及横杆，所述的滑轮设置在钢架的下端，所述的横杆固定在支架的上端，在所述的支架上还连接有一受力钢绳；在所述的筒体上端设置有挂耳，所述的视频显示结构通过所述的挂耳悬挂在探头架的横杆上。

2.根据权利要求1所述的高压水体流动速度和流动方向的测量装置，其特征在于：所述的丝线杆的末端位于摄像头镜头的中心位置。

3.根据权利要求1所述的高压水体流动速度和流动方向的测量装置，其特征在于：所述的筒体为圆筒。

4.采用权利要求1所述的测量装置用于测量高压水体流动速度和流动方向的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步、将测量装置放置到水体的测量部位，测量前，使水体总体上处于静止状态；

第二步、使受力钢绳受力，即慢慢拉动受力钢绳，使测量装置慢慢移动，每移动1m后停止移动5分钟，通过视频观察丝线的漂移情况，如果装置所在位置有压隧洞没有渗漏情况，则两根丝线的漂移方向是随机的；如果存在渗漏，则装置所在位置就存在水的流动，两根丝线的漂移方向完全一致；流动速度的大小用两根丝线的漂移程度反映，漂移程度越大，流速就越大，渗漏就越严重，反之，流速就越小，渗漏不严重；流向也通过丝线反映，丝线漂移的方向就是水的流动方向，借此进一步确定有压隧洞的渗漏口位置方向。

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