CN109141377B - 河道水位流速一体化实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河道水位流速一体化实时监测装置，包括监测装置和承载架，承载架包括两侧的侧支架和中部的横框架组成的纵移机构，其中，两侧的侧支架的下侧设置行走机构，在横框架上侧或下侧通过横向行走轮安装有横移滑动架，在横移滑动架的一侧设置有升降机构，该升降机构的两侧通过摆动轴安装在横移滑动架两侧的轴套内，横移滑动架的另一侧设置有驱动所述升降机构摆动的摆动驱动机构；监测装置安装在升降机构的下端。本发明能够对河道特定段的任意位置和任意深度进行自动监测，包括流速、水位、水温和含沙量等多项指标监测，代替人工测量，具有测量范围广、测量精度高和反复测量等优点。

Description

河道水位流速一体化实时监测装置

技术领域

本发明属于水利和水文监测设备技术领域，具体涉及一种河道水位流速一体化实时监测装置。

背景技术

监测控制河道的水位和流量是水利防洪抗洪工作不可缺少的工作。我国河道数量多、地方偏远，单靠人员定时巡检，一方面需要大量的人力和资金的投入、另一方面时效性低，很难有效的掌握到河道的安全状况。目前都是采用人工目测水位标尺判断水位的高低，采用人工投放流速计测量河道水流速度，不仅工作条件差，危险性大，还存在不能连续监测，监测的误差也较大。特别是对于偏远处的河道水流速度和水流量的检测，无法进行。因此妨碍了对水利检测工作的正常进行。在雨季或汛期，河道经常发生变化，有些河道穿过城市，必须对河道进行监管，这样才能及时了解河道水面的变化，实现人工对河道的管理。目前常采用的做法是通过人力安排，进行值班，24小时昼夜巡护，这样太浪费人力，而且效率低下，长期下来监控人员产生疲劳。也有一些监控系统，但是都相对比较复杂，需要对河道进行改造，工程过大，增加的成本过多。

汛期在能够通航的大江大河中，测量水位和水流速，通常是配水文测量船定点定时到河道中心处人工测量；不通航的上游分支河段，由于这些河段洪水湍急，水下滚石和漂浮物众多，人工徒步到河道中心测量显然是不可能的，最常见的测量手段是在河道的两岸架设一条钢缆，测量人员乘坐吊篮移动到河道中心位置，用水文测量尺和便携式流速仪测量水位和水流速，根据河床横截面图及流量曲线计算出水流量上报上级部门。防洪形势越严峻，要求上报数据的频率越高，在此期间水利和水文工作人员劳动强度非常大，要求风雨无阻，及时上报。

现有用于监测水位方法很多，常见的有超声波、雷达、压差、压力以及浮子等形式，但是这些形式的传感器因受到通航和漂浮物的影响，不可能安装到河道中间，水文和水利领域最常用的测量方法是水文测量尺，安装在河道的两侧边缘，水文测量尺是靠人工到现场来观察水位，不属于自动化仪表。测量水流速常见的是超声多普勒流速传感器和旋浆式流速传感器，但是采用旋桨式流速传感器也需由人到测量点手持旋桨式流速仪测量或固定安装在河道侧壁上，并且超声多普勒流速传感器也不能安装到通航的河道中间。例如专利号200920313547.1采用的水位传感器和流速传感器存在的主要缺点是：受客观条件影响较大，如超声波传感器受水体波动和风速的影响，所以不适宜在大风大雨大浪的环境中工作，特别是山洪暴发期间的上游河道；浮子水位计需要专门的测井设备，也不适宜在上述恶劣环境中工作。

发明内容

针对目前在水利和水文监测领域对河道水位、水流速和水流量的测量基本上还停留人工测量间段，已经不能适应防洪对水文预报的要求的问题，本发明提供一种对防洪和水文预报实现自动化监测的河道水位流速一体化实时监测装置，能够降低工作强度，提高监测精确度和监测频率，尤其是对重点监测区域实现定点循环监测。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种河道水位流速一体化实时监测装置，包括监测装置和承载架，承载架包括两侧的侧支架和中部的横框架组成的纵移机构，其中，两侧的侧支架的下侧设置行走机构，上侧设置有端轴座并分别安装有转轴，在所述横框架的两端分别垂直固定有从动齿盘，从动齿盘的中心通过轴孔安装在该转轴上，在端轴座与从动齿盘之间设置有电磁离合器，在一侧或两侧的侧支架上固定有翻动电机，翻动电机的转轴上安装有主动齿轮，该主动齿轮与所述从动齿盘啮合；在所述横框架上侧或下侧通过横向行走轮安装有横移滑动架，在横移滑动架的一侧设置有升降机构，该升降机构的两侧通过摆动轴安装在横移滑动架两侧的轴套内，横移滑动架的另一侧设置有驱动所述升降机构摆动的摆动驱动机构；所述监测装置安装在升降机构的下端。

为提高承载架的稳定性能，在所述端轴座的内侧固定有盘体，该盘体与所述从动齿盘平行且存在配合间隙，所述电磁离合器位于该配合间隙内。

为提高承载架的稳定性能，在所述升降机构的下端安装有配重体。

进一步地，升降机构包括固定滑套，固定滑套设置有竖向的内滑道，在内滑道中匹配套装有竖向滑杆，竖向滑杆的一侧设置有凹槽，凹槽内设置有齿条，同时在固定滑套上侧或下侧安装有升降电机65，升降电机65的电机转轴上安装有升降驱动齿轮，该升降驱动齿轮与所述齿条啮合；所述摆动轴位于固定滑套的两侧。在所述固定滑套的上安装有压紧轮，该压紧轮位于竖向滑杆的背面且与升降驱动齿轮位置对应。

进一步地，摆动驱动机构包括固定在横移滑动架上侧或下侧的外壳，外壳内依次安装有摆动主齿轮和摆动从齿轮，摆动主齿轮的转轴与外壳上固定的摆动驱动电机转轴连接，摆动从齿轮的轴心为中空结构且设置有内螺纹形成连体螺母，一根螺杆匹配安装与该连体螺母内，该螺杆的末端通过销轴铰接在升降机构固定滑套上。

另外，位于侧支架下方设置行走机构，在侧支架下方安装有轨道轮，并在河道两侧边坡上设置有地面轨道，轨道轮与地面轨道配合安装。或者，位于侧支架上方设置行走机构，在侧支架上方安装有V型轮，并在河道两侧边坡上设置有支架并安装有悬空钢丝绳，V型轮扣装在悬空钢丝绳的上侧。

进一步地，又在所述升降机构的竖向滑杆内设置有内腔，监测装置的电缆线位于该内腔中。以及，在所述横移滑动架的横向行走轮的下侧或上侧对称安装有辅助轮。

还可以在横向行走轮与横向行走电机驱动连接实现横向行走控制，或者在横向框架两侧分别设置滑轮并环绕有环形钢丝绳，其中一侧滑轮与横移电机转轴传动连接，横移滑动架固定在环形钢丝绳上，被钢丝绳牵引实现横向滑动。

本发明的有益效果：本发明能够对河道特定段的任意位置和任意深度进行自动监测，包括流速、水位、水温和含沙量等多项指标监测，代替人工测量，具有测量范围广、测量精度高和反复测量等优点。

本发明设置了能够驱动升降进行摆动，再配合翻转功能，可以实现以监测装置为中心不断向外圆环转动实现定点向外循环监测的功能，尤其适合河道中心定点监测。再配合横移功能就能实现河道任意位置监测的功能。

本发明在对特定位置的定位时，可以通过监测纵移机构和横移滑动架的行程，以及监测升降机构的升降高度和摆动程度，来确定被监测点位置坐标。其中行程监测可以采用在轨道或横框架或竖向滑杆上设置位置二维码，并在对应的侧支架或横移滑动架或固定滑套上设置读码器的方式来读取特定位置的二维码信息，从而确定所移动的位置。还可以在监测装置设置GPS定位系统，具有GPS定位功能后，就可以判断被检测点位置坐标。从而达到任意位置进行多项参数实时自动监测的效果。

附图说明

图1是本发明的俯视结构示意图。

图2是图1中A-A剖面结构示意图。

图3是图1中C部放大结构示意图。

图4是图1中B-B剖面结构示意图。

图5是图1中D向结构示意图。

图6是图1中E向结构示意图之一。

图7是图1中E向结构示意图之二。

图中标号：1为轨道或钢丝绳，1a为地面轨道，1b为悬空钢丝绳，2为侧支架，3为端轴座，4为横框架，5为横移滑动架，6为升降机构，61为固定滑套，62为内滑道，63为竖向滑杆，64为升降驱动齿轮，65为升降电机，66为电机转轴，67为摆动轴，68为摆动套，69为压紧轮，7为摆动驱动机构，71为外壳，72为摆动驱动电机，73为摆动主齿轮，74为主齿轮轴，75为摆动从齿轮，76为连体螺母，77为轴套，78为螺杆，8为电磁离合器，9为转轴，10为翻动电机，11为主动齿轮，12为从动齿盘，13为纵向行走轮，13a轨道轮，13b为V型轮，14为横向行走轮，15为轮架，16为检测装置，17为电缆线，18为辅助轮，19为定点监测范围。

具体实施方式

实施例1：在河道需要频繁实施监测的特定段设置如图1所示的实时监测装置，该实时监测装置和承载架，其中监测装置可以集成现有多种水文监测传感器，例如水位传感器、PH值传感器、浊度传感器和流速传感器等，各传感器通过调理电路与处理器连接，处理器在通过有线或无线方式将监测信号发送给监测单位。另外还可以采用GPS模块与处理器连接，用于实施监测被检测点位置。

上述监测装置携带多种水文传感器应当位于一个可控制移动和摆动的监测载体上，该监测载体以承载架为基础而设计。

在图1中可以看出承载架的具体结构，承载架主要包括两侧的侧支架2和中部的横框架4组成的纵移机构、横移滑动架5、升降机构6和摆动驱动机构7。

位于侧支架2下方设置行走机构，如图6所示，在侧支架2下方安装有轨道轮13a，并在河道两侧边坡上设置有地面轨道1a，轨道轮13a与地面轨道1a配合安装。

两侧的侧支架2上侧设置有端轴座3并分别安装有转轴9，同时在横框架4的两端分别垂直固定有从动齿盘12，从动齿盘12的中心通过轴孔安装在该转轴9上，从而横框架4能够沿转轴9翻动一定角度。

在端轴座3与从动齿盘12之间设置有电磁离合器8，从而能够利用电磁离合器8来控制横框架4与端轴座3之间锁定情况。最好在端轴座3的内侧固定有盘体，该盘体与所述从动齿盘12平行且存在配合间隙，电磁离合器8位于该配合间隙内，以利于保持横框架4稳定。

在一侧或两侧的侧支架2上固定有翻动电机10，翻动电机10的转轴上安装有主动齿轮11，该主动齿轮11与所述从动齿盘12啮合。利用翻动电机10来控制横框架4的翻转程度和角度。

在横框架4上侧或下侧通过横向行走轮14安装有横移滑动架5。横向行走轮14与横向行走电机驱动连接实现横向行走控制，也可以在横向框架两侧分别设置滑轮并环绕有环形钢丝绳，其中一侧滑轮与横移电机转轴传动连接，横移滑动架5固定在环形钢丝绳上，被钢丝绳牵引实现横向滑动。为保证横移滑动架5稳定运行，还可以在横移滑动架5的横向行走轮14的下侧或上侧对称安装有辅助轮如图5所示。

在横移滑动架5的一侧设置有升降机构6，横移滑动架5的另一侧设置有驱动所述升降机构6摆动的摆动驱动机构7。

如图1所示，升降机构6的两侧通过摆动轴67安装在横移滑动架5两侧的摆动套68内，监测装置安装在升降机构6的下端。

具体地，参见图3和图4，升降机构6包括固定滑套61，固定滑套61固定在横移滑动架5上。固定滑套61设置有竖向的内滑道62，在内滑道62中匹配套装有竖向滑杆63，构成基本的升降结构。竖向滑杆63的一侧设置有凹槽，凹槽内设置有齿条，确保竖向滑杆63在升降运动过程中，齿条处于凹陷被保护状态。同时在固定滑套61上侧或下侧安装有升降电机65，升降电机65的电机转轴66上安装有升降驱动齿轮64，该升降驱动齿轮64与所述齿条啮合。利用升降电机65控制竖向滑杆63升降运动和停止。

摆动轴67位于固定滑套61的两侧，摆动轴67的摆动套68位于横移滑动架5的两侧，摆动轴67分别套装在对应的轴套内，从而升降机构6具有摆动的可能。

另外，为了保持竖向滑杆63平稳升降运动，又在固定滑套61的上安装有压紧轮69，该压紧轮69位于竖向滑杆63的背面且与升降驱动齿轮64位置对应。

监测装置安装在升降机构6的下端，具体是在竖向滑杆63的下端设置监测装置安装架并固定监测装置。同时，还可以在升降机构6的竖向滑杆63下端安装有配重体。其目的是保持竖向滑杆63下端作为监测端，且始终位于靠下位置，能够保持整个承载架稳定。

还可以在升降机构6的竖向滑杆63内设置有内腔，监测装置的电缆线位于该内腔中。所述翻动电机10、横向行走电机和电磁离合器8以及摆动驱动电机72的信号线通过布线与处理器连接，各电机和各部件的电源线与外置电源连接，或者在承载架上安装蓄电池以及设置太阳能电池板作为供电电源，为各电机和各部件供电。本实施例可以采用无线数据传输单元实现远程自动连续检测水位、水流速和水流量，结构合理，测量准确，工作性能高，特别适合无人值守的河道使用；另外利用太阳能供电单元实现无电网地区的供电。

参见图1和图2所示，摆动驱动机构7是在横移滑动架5上侧或下侧的安装一个外壳71，外壳71内依次安装有摆动主齿轮73和摆动从齿轮75，摆动主齿轮73的转轴与外壳71上固定的摆动驱动电机72转轴连接。摆动从齿轮75的轴心为中空结构，其内壁设置有内螺纹形成连体螺母76。一根螺杆78匹配安装与该连体螺母76内，该螺杆78的末端通过销轴铰接在升降机构6固定滑套61上。当摆动驱动电机72驱动摆动主齿轮73和摆动从齿轮75转动时，进一步会带动连体螺母76转动，连体螺母76通过轴套安装在外壳71上从而其位置不会发生轴向滑动，位于连体螺母76内侧的螺杆78则在转动过程中会轴向移动，从而通过螺杆78带动升降机构6发送摆动。

升降机构6在翻转和摆动配合作用下，能够实现如图1所示的圆形监测区域，即升降机构6不用滑动就能够在该点进行附近任意位置监测。再配合升降运动可实现该点任意深度监测。可以实现以监测装置为中心不断向外圆环转动实现定点向外循环监测的功能，尤其适合河道中心定点监测。再配合横移滑动架5的横移功能就能实现河道任意位置监测的功能。

本实施例在将河道内水面的变化通过传感器检测后，将水面的变化转变成信息数据，通过无线的方式发送给处理器，通过互联网发送至监控中心，可以使得监控人员及时了解河道水边变化，进行快速处理。不需要安排专人检测河道变化，省去对河道的改造工程，监测数据准确，反馈及时，便于对河道进行管理，节省人力。

实施例2：在实施例1基础上，位于侧支架2上方设置行走机构采用如图7所示的结构，在侧支架2上方安装有V型轮13B，并在河道两侧边坡上设置有支架并安装有悬空钢丝绳1b，V型轮13B扣装在悬空钢丝绳1b的上侧。

实施例3：在实施例1基础上，可以通过监测纵移机构和横移滑动架5的行程，以及监测升降机构6的升降高度和摆动程度，来确定被监测点位置坐标。其中行程监测可以采用在轨道或横框架4或竖向滑杆63上设置位置二维码，并在对应的侧支架2或横移滑动架5或固定滑套61上设置读码器的方式来读取特定位置的二维码信息，从而确定所移动的位置。

Claims (6)

1.一种河道水位流速一体化实时监测装置，包括监测装置和承载架，其特征是，承载架包括两侧的侧支架和中部的横框架组成的纵移机构，其中，两侧的侧支架的下侧设置行走机构，上侧设置有端轴座并分别安装有转轴，在所述横框架的两端分别垂直固定有从动齿盘，从动齿盘的中心通过轴孔安装在该转轴上，在端轴座与从动齿盘之间设置有电磁离合器，在一侧或两侧的侧支架上固定有翻动电机，翻动电机的转轴上安装有主动齿轮，该主动齿轮与所述从动齿盘啮合；在所述横框架上侧或下侧通过横向行走轮安装有横移滑动架，在横移滑动架的一侧设置有升降机构，该升降机构的两侧通过摆动轴安装在横移滑动架两侧的轴套内，横移滑动架的另一侧设置有驱动所述升降机构摆动的摆动驱动机构；所述监测装置安装在升降机构的下端；

在所述端轴座的内侧固定有盘体，该盘体与所述从动齿盘平行且存在配合间隙，所述电磁离合器位于该配合间隙内；

所述升降机构包括固定滑套，固定滑套设置有竖向的内滑道，在内滑道中匹配套装有竖向滑杆，竖向滑杆的一侧设置有凹槽，凹槽内设置有齿条，同时在固定滑套上侧或下侧安装有升降电机，升降电机的电机转轴上安装有升降驱动齿轮，该升降驱动齿轮与所述齿条啮合；所述摆动轴位于固定滑套的两侧；

在所述固定滑套的上安装有压紧轮，该压紧轮位于竖向滑杆的背面且与升降驱动齿轮位置对应；

所述摆动驱动机构包括固定在横移滑动架上侧或下侧的外壳，外壳内依次安装有摆动主齿轮和摆动从齿轮，摆动主齿轮的转轴与外壳上固定的摆动驱动电机转轴连接，摆动从齿轮的轴心为中空结构且设置有内螺纹形成连体螺母，一根螺杆匹配安装与该连体螺母内，该螺杆的末端通过销轴铰接在升降机构固定滑套上。

2.根据权利要求1所述的河道水位流速一体化实时监测装置，其特征是，在所述升降机构的下端安装有配重体。

3.根据权利要求1所述的河道水位流速一体化实时监测装置，其特征是，位于侧支架下方设置行走机构，在侧支架下方安装有轨道轮，并在河道两侧边坡上设置有地面轨道，轨道轮与地面轨道配合安装。

4.根据权利要求1所述的河道水位流速一体化实时监测装置，其特征是，位于侧支架上方设置行走机构，在侧支架上方安装有V型轮，并在河道两侧边坡上设置有支架并安装有悬空钢丝绳，V型轮扣装在悬空钢丝绳的上侧。

5.根据权利要求1所述的河道水位流速一体化实时监测装置，其特征是，在所述升降机构的竖向滑杆内设置有内腔，监测装置的电缆线位于该内腔中，在所述横移滑动架的横向行走轮的下侧或上侧对称安装有辅助轮。

6.根据权利要求1所述的河道水位流速一体化实时监测装置，其特征是，横向行走轮与横向行走电机驱动连接实现横向行走控制，或者在横向框架两侧分别设置滑轮并环绕有环形钢丝绳，其中一侧滑轮与横移电机转轴传动连接，横移滑动架固定在环形钢丝绳上，被钢丝绳牵引实现横向滑动。