CN109579948A - 一种多功能河道水位监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水利工程领域，具体公开了一种多功能河道水位监测装置，包括用于将装置安装于桥墩侧面的安装板，所述安装板外侧固定有可测定水位的水位模块，用于抽取水样的取样模块，可收发信号并控制装置中各控制点的电控模块，位于水位模块、取样模块以及电控模块外侧的防水板，位于防水板底部的进水口，位于防水板顶部的发电风轮。该种多功能河道水位监测装置，水位模块具有水流缓冲作用，避免了河面水位直接测量时易遇到的风力及水浪波动等影响，从而优化测量效果，取样模块在便于取样的同时实现排空防冻功能，便于装置在冬季的维护，且通过单片微控制器便于远程操控，风力发电自供电功能，顺应了河面多风的环境，安装便捷且节能环保。

Description

一种多功能河道水位监测装置
技术领域
本发明涉及水利工程领域，具体为一种多功能河道水位监测装置。
背景技术
在水利工程中，河道、水库水位测量一直是水利、水文部门的重要工作内容。现今的水质监测或水位监测已经较为自动化，如专利号为CN104359530B的一种河道水位自动记录和超警戒水位报警装置，能够对水位自动记录检测并具有报警功能，但由于直接将浮块和刻度尺放入河道中进行测量，当水面波动较大的时候，甚至风力较大造成的水浪，均有可能影响到浮块的高度，因此其测量误差较大。
且在自动化水位监测装置的安装过程中，布线问题较为麻烦，近期也出现有一些新型自供电式装置的设计，如专利号为CN107643114A的一种太阳能供电的河道水位实时监测装置，利用太阳能电池板提供电力，简省了安装过程的布线问题，但对于河道的水位监测来说，检测河道中央的水位数据更具有代表性，而太阳能供电装置容易被桥墩等建筑物遮蔽阳光，通常水位测量装置安装固定后，采光效果并不佳，综合阴雨天和夜晚时间统计，其自供电很可能出现电量不足等情况。
此外河道水位监测装置在冬季常遇到河道结冰等现象，虽然冬季尤其是冻季对河道水位监测的需求并不高，但反复的冰冻解冻对装置损耗极大，将直接影响装置使用寿命。
因此，现需要一种便于安装，水位检测效果好，节能环保，且具有冬季防冻功能的新型多功能河道水位监测装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多功能河道水位监测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。所述多功能河道水位监测装置适用于河道中间桥墩位置，便于安装，水位检测效果好，且便于河水取样，能够自行提供电力，节能环保，并具有冬季防冻功能，便于维护。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多功能河道水位监测装置，包括用于将装置安装于桥墩侧面的安装板，所述安装板外侧固定有可测定水位的水位模块，用于抽取水样的取样模块，可收发信号并控制装置中各控制点的电控模块；
还包括，位于水位模块、取样模块以及电控模块外侧的防水板，位于防水板底部的进水口，位于防水板顶部的发电风轮，所述防水板表面设有横向的导流条，所述安装板侧周设有至少六个安装孔，所述水位模块底部与进水口连通，且水位模块底侧与取样模块连通。
所述水位模块包括容水槽，位于容水槽顶部的测距模块，安装于测距模块底部的导杆，所述导杆外侧套有可上、下活动的浮块，且导杆底部设有尾钩，还包括位于容水槽顶侧的通气孔，所述通气孔外侧安装有固定于防水板表面的护沿。
所述进水口包括连接至容水槽底部的弯管，所述位于弯管中段的截止阀，以及安装于弯管端部的进水头，所述弯管与容水槽通过法兰固定连接。
所述取样模块包括连接至容水槽的泵，位于泵入口处的滤网和入口阀，位于泵出口处的出水阀，位于出水阀末端的取样管，以及位于取样模块顶部的取样口。
还包括位于取样管中段的转向关节，以及转向关节外侧连通至装置外部的排水管和排水阀，所述转向关节外侧设有可带动转向关节内芯转块旋转的联动轴，以及可驱动联动轴的电机。
所述电控模块包括用于各调节控制点的单片微控制器，可充放电的蓄电池，以及连接于蓄电池输入输出端部的稳压器。
进一步的，所述测距模块包括红外线发射装置和红外线接受装置，且所述浮块顶面设有反光板。
进一步的，所述入口阀和排水阀均为单向阀，所述截止阀和出水阀均为电磁阀，所述截止阀、出水阀、泵、电机以及测距模块均与单片微控制器电性连接。
进一步的，所述取样口包括位于取样管顶部的可伸缩的折叠管，以及位于折叠管顶部的取样盖，以及套于取样管外侧的加固架，所述加固架一侧与安装板固定连接，且取样管与取样模块顶部接口处设有密封圈。
进一步的，所述转向关节包括球形转块，以及固定于转向关节外层内侧的关节密封片，所述球形转块内部设有三通槽。
进一步的，所述发电风轮包括扇叶，可跟随扇叶转动的转轴，以及将转轴动力转化为电力的发电机，所述发电机一端设有安装块，且所述发电风轮与防水板通过安装块固定连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种多功能河道水位监测装置，安装板使该装置便于安装至桥墩侧面，能够测量或取样河道中央的水，其实时数据更具有代表性；导流条能够减少装置受到的冲击力，起到保护装置整体的作用；管状的入水口设计，使入水口处开放性更强，具有一定的防堵塞效果；水位模块内部的容水槽具有水流缓冲作用，避免了河面水位直接测量时易遇到的风力及水浪波动等影响，从而优化测量效果；转向关节配合排水管，实现排空防冻功能，便于装置在冬季的维护，且通过单片微控制器便于远程操控；球形转块的设计巧妙，便于取样和排空功能的切换，简化装置内部管路；且该装置具有风力发电自供电功能，无需外接电缆，安装便捷且节能环保，顺应了河面多风的环境。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明水位模块剖面结构示意图；
图3为本发明整体剖面结构示意图；
图4为本发明水位模块局部结构示意图；
图5为本发明取样口的局部结构示意图；
图6为本发明发电风轮的局部结构示意图；
图7为本发明转向关节的局部结构示意图；
图8为本发明转向关节的剖面结构示意图；
图9为本发明转向关节排水状态的剖面结构示意图；
图中：1-安装板；2-安装孔；3-水位模块；301-测距模块；302-导杆；303-浮块；304-容水槽；305-尾钩；306-通气孔；307-红外线发射装置；308-红外线接收装置；309-反光板；4-电控模块；401-单片微控制器；402-稳压器；403-蓄电池；5-取样模块；501-滤网；502-入口阀；503-泵；504-出水阀；505-排水阀；506-转向关节；507-取样管；508-排水管；509-联动轴；510-电机；511-球形转块；512-三通槽；513-关节密封片；6-取样口；601-密封圈；602-加固架；603-折叠管；604-取样盖；7-发电风轮；701-扇叶；702-转轴；703-安装块；704-发电机；8-护沿；9-导流条；10-防水板；11-进水口；1101-弯管；1102-进水头；1103-法兰；1104-截止阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“端部”、“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置/开设有”、“连接”、等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1～9，本发明提供一种技术方案：一种多功能河道水位监测装置，包括用于将装置安装于桥墩侧面的安装板1，所述安装板1外侧固定有可测定水位的水位模块3，用于抽取水样的取样模块5，可收发信号并控制装置中各控制点的电控模块4，还包括，位于水位模块3、取样模块5以及电控模块4外侧的防水板10，位于防水板10底部的进水口11，位于防水板10顶部的发电风轮7。
所述防水板10表面设有横向的导流条9，所述安装板1侧周设有至少六个安装孔2，所述水位模块3底部与进水口11连通，且水位模块3底侧与取样模块5连通。
所述水位模块3包括容水槽304，位于容水槽304顶部的测距模块301，安装于测距模块301底部的导杆302，所述导杆302外侧套有可上、下活动的浮块303，且导杆302底部设有尾钩305，可防止水位过低时浮块303滑落脱离导杆302，还包括位于容水槽304顶侧的通气孔306，所述通气孔306外侧安装有固定于防水板10表面的护沿8，便于连通容水槽304内部气压与河面环境气压，且护沿8能够对容水槽304内部空间其保护作用，提高其内部环境的稳定性，使容水槽304内部睡眠趋近于平稳状态，便于水位测定的精确度。
所述测距模块301包括红外线发射装置307和红外线接受装置308，且所述浮块303顶面设有反光板309，便于提高红外线接收效果，具体的，红外线发射装置向下发射红外线，当红外线照射到反光板309表面将向上反光，并由红外线接受装置308接收，并将收发信息反馈至电控模块5进行水位信息处理。
所述进水口11包括连接至容水槽304底部的弯管1101，所述位于弯管1101中段的截止阀1104，以及安装于弯管1101端部的进水头1102，所述弯管1101与容水槽304通过法兰1103固定连接。所述截止阀1104常态处于开启状态，便于容水槽304与河水在进水口11处连通，在本实施例中，具体的，所述进水头1102呈管状，且其外侧均匀分布有贯穿管壁的进水孔，增加了进水口面积，从而防止堵塞，且能够对水流的冲击力起到进一步的缓冲作用。
所述取样模块5包括连接至容水槽304的泵503，位于泵503入口处的滤网501和入口阀502，所述滤网能够对泵503起保护作用，位于泵503出口处的出水阀504，位于出水阀504末端的取样管507，以及位于取样模块5顶部的取样口6；
还包括位于取样管507中段的转向关节506，以及转向关节506外侧连通至装置外部的排水管508和排水阀505，所述转向关节506外侧设有可带动转向关节内芯转块旋转的联动轴509，以及可驱动联动轴509的电机510，所示联动轴509与转向关节506连接处设有防止水流溢出的密封层；
在本实施例中，进一步的，所述转向关节506包括球形转块511，以及固定于转向关节506外层内侧的关节密封片513，所述球形转块511内部设有三通槽512。具体的，当电机510带动联动轴506转动时，球形转块511随联动轴506转动，此时三通槽512转向，当三通槽512中的直管连通至取样管507时，启动泵503，水流将由取样管507上涌，如图8所示；当三通槽512旋转至其直管连通至排水管508时，启动泵503，水流将由排水管508流出，如图9所示。
所述电控模块4包括用于各调节控制点的单片微控制器401，可充放电的蓄电池403，以及连接于蓄电池403输入输出端部的稳压器402，所述稳压器402对蓄电池403以及控制点的电子元件均有保护作用。所述截止阀1104、出水阀504、泵503、电机510以及测距模块301均与单片微控制器401电性连接。对于该领域技术人员而言，显而易见的是，所述单片微控制器401具有信号收发功能，便于调控装置中的各控制点，从而完成不同功能的操作。
所述入口阀502和排水阀505均为单向阀，具体的，当需要抽取水样或排空积水时，入口阀502处单向向泵503方向进水；且当需要排空积水时，排水阀505单向向装置外侧排出积水。入口阀502和排水阀505均能够防止水流倒流，从而保护泵503，并防止积水排空后河水倒灌。
所述截止阀1104和出水阀504均为电磁阀，便于远程操控其启闭，当需要抽取水样或排空积水时，应开启出水阀504，使水路畅通；当需要排空积水时，还应当关闭截止阀1104，防止水流由进水口11再次涌入容水槽304中。
所述取样口6包括位于取样管507顶部的可伸缩的折叠管603，以及位于折叠管603顶部的取样盖604，以及套于取样管603外侧的加固架602，所述加固架602一侧与安装板1固定连接，且取样管507与取样模块5顶部接口处设有密封圈601。所述加固架602和密封铅601均能够加固取样口6，同时可闪烁的折叠管603便于需要取样时使用，直接将折叠管603拉长即可取样使用，操作便捷，且使用后便于折叠收回，节省空间，且取样盖604能够保持取样管507内部的洁净度。
所述发电风轮7包括扇叶701，可跟随扇叶701转动的转轴702，以及将转轴702动力转化为电力的发电机704，具体的，当河面的风带动扇叶701转动，转轴702将随扇叶701转动，同时发电机704将转轴702转动的机械能转化为电能，并由电缆导至蓄电池403中，存储电能，从而满足装个装置的用电需求。
所述发电机704一端设有安装块703，且所述发电风轮7与防水板10通过安装块703固定连接。
工作原理：通过安装板1将该装置安装至桥墩侧面便于检测水位的高度范围内，该装置通过发电风轮7能够实现风力发电自供电，无需外接电缆，且顺应了河面多风的环境。
使用过程中，导流条9能够减少装置受到的冲击力，起到保护装置整体的作用。管状的进水头1102设计，使进水头1102处开放性更强，具有一定的防堵塞效果，水位模块3内部的容水槽304具有水流缓冲作用，避免了河面水位直接测量时易遇到的风力及水浪波动等影响，测距模块301配合浮块303能够实时检测河道水面高度，并将信息反馈至单片微控制器401，从而便于远程获取河道水位信息。
当需要检测水质时，拉长折叠管603，并打开取样盖604，开启出水阀504，并通过电机510调节转向关节506至取样状态，使三通槽512出水端与取样管507衔接，启动泵503，即可进行河水取样。
在冬季河道易结冰的时段，开启出水阀504并关闭截止阀1104，通过电机510调节转向关节506至排水状态，使三通槽512出水端与排水管508衔接，启动泵503，将容水槽304中的积水排空，从而防止装置内部结冰，便于维护装置。且当河道结冰时，较深层的河水仍会流动，需要检测水位时可暂时开启截止阀1104，测得水位信息后即时排空容水槽304中的积水即可，当需要水质检测时同理，可便捷抽取深层河水，实现了装置的冬季防冻功能，且使本装置在冬季仍可进行水位及水质检测等工作。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种多功能河道水位监测装置，包括用于将装置安装于桥墩侧面的安装板(1)，所述安装板(1)外侧固定有可测定水位的水位模块(3)，用于抽取水样的取样模块(5)，可收发信号并控制装置中各控制点的电控模块(4)；还包括，位于水位模块(3)、取样模块(5)以及电控模块(4)外侧的防水板(10)，位于防水板(10)底部的进水口(11)，位于防水板(10)顶部的发电风轮(7)，其特征在于：
所述防水板(10)表面设有横向的导流条(9)，所述安装板(1)侧周设有至少六个安装孔(2)，所述水位模块(3)底部与进水口(11)连通，且水位模块(3)底侧与取样模块(5)连通；
所述水位模块(3)包括容水槽(304)，位于容水槽(304)顶部的测距模块(301)，安装于测距模块(301)底部的导杆(302)，所述导杆(302)外侧套有可上、下活动的浮块(303)，且导杆(302)底部设有尾钩(305)，还包括位于容水槽(304)顶侧的通气孔(306)，所述通气孔(306)外侧安装有固定于防水板(10)表面的护沿(8)；
所述进水口(11)包括连接至容水槽(304)底部的弯管(1101)，所述位于弯管(1101)中段的截止阀(1104)，以及安装于弯管(1101)端部的进水头(1102)，所述弯管(1101)与容水槽(304)通过法兰(1103)固定连接；
所述取样模块(5)包括连接至容水槽(304)的泵(503)，位于泵(503)入口处的滤网(501)和入口阀(502)，位于泵(503)出口处的出水阀(504)，位于出水阀(504)末端的取样管(507)，以及位于取样模块(5)顶部的取样口(6)；
还包括位于取样管(507)中段的转向关节(506)，以及转向关节(506)外侧连通至装置外部的排水管(508)和排水阀(505)，所述转向关节(506)外侧设有可带动转向关节内芯转块旋转的联动轴(509)，以及可驱动联动轴(509)的电机(510)；
所述电控模块(4)包括用于各调节控制点的单片微控制器(401)，可充放电的蓄电池(403)，以及连接于蓄电池(403)输入输出端部的稳压器(402)。
2.根据权利要求1所述的一种多功能河道水位监测装置，其特征在于：所述测距模块(301)包括红外线发射装置(307)和红外线接受装置(308)，且所述浮块(303)顶面设有反光板(309)。
3.根据权利要求1所述的一种多功能河道水位监测装置，其特征在于：所述入口阀(502)和排水阀(505)均为单向阀，所述截止阀(1104)和出水阀(504)均为电磁阀，所述截止阀(1104)、出水阀(504)、泵(503)、电机(510)以及测距模块(301)均与单片微控制器(401)电性连接。
4.根据权利要求1所述的一种多功能河道水位监测装置，其特征在于：所述取样口(6)包括位于取样管(507)顶部的可伸缩的折叠管(603)，以及位于折叠管(603)顶部的取样盖(604)，以及套于取样管(603)外侧的加固架(602)，所述加固架(602)一侧与安装板(1)固定连接，且取样管(507)与取样模块(5)顶部接口处设有密封圈(601)。
5.根据权利要求1所述的一种多功能河道水位监测装置，其特征在于：所述转向关节(506)包括球形转块(511)，以及固定于转向关节(506)外层内侧的关节密封片(513)，所述球形转块(511)内部设有三通槽(512)。
6.根据权利要求1所述的一种多功能河道水位监测装置，其特征在于：所述发电风轮(7)包括扇叶(701)，可跟随扇叶(701)转动的转轴(702)，以及将转轴(702)动力转化为电力的发电机(704)，所述发电机(704)一端设有安装块(703)，且所述发电风轮(7)与防水板(10)通过安装块(703)固定连接。
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