CN105823499A - 一种基于水深变化的示踪探头位置调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于水深变化的示踪探头位置调节装置及方法。装置部分主要包括：高度调节机构，高度调节机构的上端与探头固定机构可拆卸连接，高度调节机构的一侧安装有水位感应机构；探头固定机构包括外壳，外壳内部为探头安装孔；探头固定机构在高度调节机构的带动下发生高度变化；其中，所述高度调节机构和水位感应机构分别与控制系统相连通，高度调节系统根据水位感应机构传来的信号控制探头固定机构的高度。本装置可根据不同的水位深度自动调节示踪仪位置高度，能够大大提高示踪探头的监测精度，适用性较广，具有非常高的推广价值。

Description

一种基于水深变化的示踪探头位置调节装置及方法

技术领域

本发明涉及水文及地质相关技术领域，具体的说，是涉及一种基于水深变化的示踪探头位置调节装置及方法。

背景技术

示踪试验作为水文地质研究的重要手段，长久以来以探明地下水的水力联系、测定地下水流速为主要目标，作为示踪试验的主要监测仪器——示踪仪，更是得到了广泛应用。

在传统的示踪试验过程中，多是将示踪探头放置在某个固定的水位深度位置进行试验，但由于外界因素的变化，会导致水位深度发生变化，进而也会使得探测头的方向位置发生变化，这会影响示踪仪监测的准确性。

现有技术中，基本没有关于示踪探头与水位变化关联的相关研究。

因此，迫切需要设计一种可以在水下固定示踪探头并令示踪探头位置与水位同步变化的装置，来提高监测数据的准确性。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于水深变化的示踪探头位置调节装置。安装于本装置上的示踪探头可以随水深的变化在高度上同步进行调整，来使得监测到的数据更加准确。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于水深变化的示踪探头位置调节装置，包括：

高度调节机构，高度调节机构的上端与探头固定机构可拆卸连接，高度调节机构的一侧安装有水位感应机构；

探头固定机构包括外壳，外壳内部为探头安装孔；

探头固定机构在高度调节机构的带动下发生高度变化；

其中，所述高度调节机构和水位感应机构分别与高度调节系统相连通，高度调节系统根据水位感应机构传来的信号控制探头固定机构的高度。

优选的，所述高度调节机构为液压缸。

优选的，所述高度调节机构为直线滑台，直线滑台的电机为防水电机，轴承为防水轴承。

优选的，所述探头固定机构为整体式结构，其包括外壳，外壳的下端与连接板固定连接，所述高度调节机构上也设有连接板，两个连接板通过紧固件紧固。

优选的，所述探头固定机构包括左壳体及右壳体，左、右壳体闭合后构成具有中间孔的封闭结构，左、右壳体的底部均具有连接板，所述高度调节机构上也设有连接板；

高度调节机构上的连接板通过紧固件与左、右壳体上的连接板紧固。

优选的，所述外壳内具有柔性垫层。

优选的，所述左、右壳体通过紧固件紧固成一体。

优选的，所述柔性垫层为塑料或硅胶材质。

在提供上述结构方案的同、时，本发明还提供了一种基于上述装置进行监测的方法，、主要步骤如下：

A、将示踪探头装配于探头固定机构上；

B、将探头固定机构装配于高度调节机构上；

C、令高度调节机构和水位感应机构分别与高度调节系统相连通，示踪探头与示踪仪连通，接通所有电源；

D、将本装置放置于水中；

E、高度调节系统根据水位信号实时调节示踪探头的高度，示踪探头将检测到的信号传递至示踪仪，进行监测。

上述的方法中，优选的是，步骤E中，高度调节系统根据Y＝F(X)来调节示踪探头的高度，该关系式具体为：

$y=\mathrm{\α}\frac{P}{\mathrm{\ρ}g}$

该关系式中：y为示踪探头距离水底的高度；α为高度系数；P为水底部的压强；ρ为水的密度；g为重力加速度，其中，0＜α＜1。

本发明的有益效果是：

(1)探测头固定机构可以较好的固定示踪探头，可以防止在监测过程中由于外界因素导致的探头方向位置发生变化而影响探测效果。

(2)高度调节机构为可伸缩式，便于携带。

(3)装置结构简单，使用方便，可根据水位深度的变化自动调节示踪探头高度，使探头更好地接收示踪剂和监测示踪剂浓度的变化，有利于提高监测的准确性和合理性。

附图说明

图1是实施例1中探头固定机构的整体结构示意图；

图2是实施例1中探头固定机构的单体结构示意图；

图3是实施例2中探头固定机构的结构示意图；

图4是实施例1中高度调节机构的结构示意图；

图5是本发明中高度调节机构的调节原理图；

图6是本发明的应用状态图；

其中：1、探头固定机构，2、右壳体，3、螺栓孔，4、螺栓孔，5、高度调节机构，6、活塞杆，7、连接板，8、柔性垫层，9、水位感应机构，10、电线，11、开关控制系统，12、示踪探头，13、示踪仪，14、左壳体，15、整体式外壳。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

实施例1：一种基于水深变化的示踪探头位置调节装置，其结构如图1、图2、图4和图6所示，包括：高度调节机构5，高度调节机构5的上端与探头固定机构1可拆卸连接，高度调节机构5的一侧安装有水位感应机构9；作为较佳的选择，水位感应机构9可以选择为水位探头或水位传感器，来探测水底的压强。

本实施例中，探头固定机构1为分体结构，高度调节机构5为多级油缸(优选具有五个活塞杆的油缸)。多级油缸的最顶端活塞杆6与连接板7固定连接，连接板7上具有螺栓孔4。探头固定机构1包括左壳体14及右壳体2，两壳体均为不锈钢材质。左壳体14及右壳体2可视为半圆形结构，下部均具有边翼，边翼上具有螺栓孔3，左壳体14和右壳体2通过螺栓紧固后构成具有中间孔的封闭结构，左壳体14及右壳体2的底部分别具有连接板，连接板上具有轴线垂直的螺栓孔4。

通常情况下，用螺栓将左壳体14及右壳体2紧固成一体后，再将这个整体通过螺栓与多级油缸顶部的连接板紧固即可。

为了保证示踪探头的稳定性，在左壳体14及右壳体2的内部分别粘接有柔性垫层8。柔性垫层8的内部为用于安装示踪探头12的装配孔。示踪探头12可以在左壳体14及右壳体2连接成一个整体后插入，也可以在左壳体14及右壳体2连接成一体前先放入装配孔中，利用左壳体14及右壳体2的闭合来固定自身位置。

根据不同的需要，柔性垫层8可为为塑料或硅胶材质。柔性垫层8内径略小于探测头直径，能够实现示踪探头与自身的过盈配合效果即可。

上述的装置中，水位感应机构9将水位信号通过信号转换系统传递给高度调节系统，高度调节系统得到水位信息后进行处理，然后调整多级油缸活塞杆的高度，使其达到最适宜的位置。

高度调节系统可以选择为电脑加泵油模块的组合或其他设备。

参考图5和图6所示，在提供上述结构方案的同时，本发明还提供了一种基于上述装置进行监测的方法，步骤如下：

A、将示踪探头12装配于探头固定机构1上；

B、将探头固定机构1装配于高度调节机构5上；

C、令高度调节机构和水位感应机构9分别通过电线10与高度调节系统相连通，将示踪探头12与示踪仪13连通，且各个部分的供电由开关控制系统11控制通断电；

D、将本装置放在预先设计好的接收示踪剂位置处，并将其固定好；

E、水位感应机构9确定水位深度，并通过信号转换系统传递给高度调节系统，高度调节系统根据此时的水位高度转换成液压值，使多级油缸的活塞杆开始上升或下降，并使示踪探头上升或下降到水位的中间位置；

F、示踪探头开始监测示踪剂浓度的变化，在监测过程中，高度调节机构5会根据水位的变化实时调节示踪测头的高度，使其更好地接收示踪剂；

示踪探头将检测到的信号传递至控制系统，控制系统将信息记录并处理，为后续的监测提供正确的保证。

上述的方法中，所述高度调节系统根据Y＝F(X)来调节示踪探头的高度，该关系式具体为：

$y=\mathrm{\α}h=\mathrm{\α}\frac{P}{\mathrm{\ρ}g}$

其中y为示踪探头距离水底的高度；α为高度系数，取值范围为0＜α＜1，h为水位高度；P为水底部的压强；ρ为水的密度；g为重力加速度。

换而言之，即根据不同的探测情况选择α为合适的参数，例如：1/3、1/2或2/3，确保探头在水面以下即可。上述的关系式中，基本原理为水的密度(ρ)和重力加速度(g)为已知，水位感应机构9量测出水底部的压强(P)，然后将压强乘以高度系数之积除以密度与加速度之积，即为示踪探头的合适位置，实现自动调节。

实施例2：一种基于水深变化的示踪探头位置调节装置，其结构如图3、图4和图6所示，主要包括：高度调节机构5，高度调节机构5的上端与探头固定机构1可拆卸连接，高度调节机构5的一侧安装有水位感应机构9；作为较佳的选择，水位感应机构9可以选择为水位探头或水位传感器。

如图3所示，本实施例中，探头固定机构1为整体式结构，其具有整体式外壳15，整体式外壳15的下端与连接板固定连接，连接板上具有螺栓孔4。高度调节机构5可为直线滑台。直线滑台的电机为防水电机，轴承为防水轴承，以免在水中被损坏。

直线滑台的滑块顶端与连接板固定连接，连接板上具有螺栓孔4。通常情况下，用螺栓将探头固定机构1上的连接板与高度调节机构5上的连接板紧固成一体即可。

为了保证探头的稳定性，在外壳的内部分别粘接有柔性垫层8。柔性垫层8的内部为用于安装示踪探头的装配孔。示踪探头可以直接插入柔性垫层8内部来固定自身位置。

根据不同的需要，柔性垫层8可为为塑料或硅胶材质。能够实现示踪探头与自身的过盈配合效果即可。

上述的装置中，水位感应机构9将水位信号通过信号转换系统传递给高度调节系统，高度调节系统得到水位信息后进行处理，然后调整滑块的高度，使其达到最适宜的位置。

高度调节系统可以选择为电脑、CNC系统或其他设备。

参考图5和图6所示，在提供上述结构方案的同时，本发明还提供了一种基于上述装置进行监测的方法，步骤如下：

A、将示踪探头装配于探头固定机构1上；

B、将探头固定机构装配于高度调节机构5上；

C、令高度调节机构1和水位感应机构9分别通过电线10与高度调节系统相连通，将示踪探头12与示踪仪13连通，且各个部分的供电由开关控制系统11控制通断电；

D、将本装置放在预先设计好的接收示踪剂位置处，并将其固定好；

E、水位感应机构9确定水位深度，并通过信号转换系统传递给高度调节系统，高度调节系统根据此时的水位高度转换成电信号，使滑块开始上升或下降，并使示踪探头上升或下降到水位的中间位置；

G、示踪探头开始监测示踪剂浓度的变化，在监测过程中，高度调节机构5会根据水位的变化实时调节示踪测头的高度，使其更好地接收示踪剂；

示踪探头将检测到的信号传递至控制系统，控制系统将信息记录并处理，为后续的监测提供正确的保证。

上述的方法中，所述高度调节系统根据Y＝F(X)来调节示踪探头的高度，该关系式具体为：

$y=\mathrm{\α}h=\mathrm{\α}\frac{P}{\mathrm{\ρ}g}$

其中y为示踪探头距离水底的高度；α为高度系数，取值范围为0＜α＜1，h为水位高度；P为水底部的压强；ρ为水的密度；g为重力加速度。

换而言之，即根据不同的探测情况选择α为合适的参数，例如：1/3、1/2或2/3，确保探头在水面以下即可。上述的关系式中，基本原理为水的密度(ρ)和重力加速度(g)为已知，水位感应机构9量测出水底部的压强(P)，然后将压强乘以高度系数之积除以密度与加速度之积，即为示踪探头的合适位置，实现自动调节。

采用了上述结构后，本装置可以用于水位变化自动调整示踪探头的在水中的高度，使其始终处于较为妥当的位置，来将准确可靠的信息反馈。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，未予以详细说明和局部放大呈现的部分，为现有技术，在此不进行赘述。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于水深变化的示踪探头位置调节装置，其特征在于，包括：

高度调节机构，高度调节机构的上端与探头固定机构可拆卸连接，高度调节机构的一侧安装有水位感应机构；

探头固定机构包括外壳，外壳内部为探头安装孔；

探头固定机构在高度调节机构的带动下发生高度变化；

其中，所述高度调节机构和水位感应机构分别与高度调节系统相连通，高度调节系统根据水位感应机构传来的信号控制探头固定机构的高度。

2.根据权利要求1所述的基于水深变化的示踪探头位置调节装置，其特征在于，所述高度调节机构为液压缸。

3.根据权利要求1所述的基于水深变化的示踪探头位置调节装置，其特征在于，所述高度调节机构为直线滑台，直线滑台的电机为防水电机，轴承为防水轴承。

4.根据权利要求3所述的基于水深变化的示踪探头位置调节装置，其特征在于，所述探头固定机构为整体式结构，其包括外壳，外壳的下端与连接板固定连接，所述高度调节机构上也设有连接板，两个连接板通过紧固件紧固。

5.根据权利要求2所述的基于水深变化的示踪探头位置调节装置，其特征在于，所述探头固定机构包括左壳体及右壳体，左、右壳体闭合后构成具有中间孔的封闭结构，左、右壳体的底部均具有连接板，所述高度调节机构上也设有连接板；

高度调节机构上的连接板通过紧固件与左、右壳体上的连接板紧固。

6.根据权利要求4所述的基于水深变化的示踪探头位置调节装置，其特征在于，所述外壳内具有柔性垫层。

7.根据权利要求5所述的基于水深变化的示踪探头位置调节装置，其特征在于，所述左、右壳体通过紧固件紧固成一体。

8.根据权利要求5所述的基于水深变化的示踪探头位置调节装置，其特征在于，所述柔性垫层为塑料或硅胶材质。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述的基于水深变化的示踪探头位置调节装置进行监测的方法，其特征在于，步骤如下：

A、将示踪探头装配于探头固定机构上；

B、将探头固定机构装配于高度调节机构上；

C、令高度调节机构和水位感应机构分别与高度调节系统相连通，示踪探头与示踪仪连通，接通所有电源；

D、将本装置放置于水中；

E、高度调节系统根据水位信号实时调节示踪探头的高度，示踪探头将检测到的信号传递至示踪仪，进行监测。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤E中，高度调节系统根据:

$y=\mathrm{\α}\frac{P}{\mathrm{\ρ}g}$

来调节示踪探头的高度，该关系式中：y为示踪探头距离水底的高度；α为高度系数；P为水底部的压强；ρ为水的密度；g为重力加速度，其中，0＜α＜1。