CN112393678A - 一种便携式水库物理模型河道泥沙淤积深度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式水库物理模型河道泥沙淤积深度测量装置，包括量尺、阻值监测探头和控制盒，在控制盒内设有控制模块和供电模块；在控制盒上安装有灵敏度调节器、电源开关和警示件；阻值监测探头安装在量尺下部且阻值监测探头露出量尺；控制盒安装在量尺上部，阻值监测探头通过量尺内的信号线与控制模块连接；灵敏度调节器和警示件分别与控制模块连接；供电模块经电源开关给控制模块供电。灵敏度调节器的设置可适用不同泥沙含量的水库物理模型，提高了适用能力，而且采用阻值监测方式精确定位泥沙淤积层位置提高了整体的抗干扰能力，保证测量精度。

Description

一种便携式水库物理模型河道泥沙淤积深度测量装置

技术领域

本发明属于测量技术领域，具体涉及一种便携式水库物理模型河道泥沙淤积深度测量装置。

背景技术

水库物理模型是用于模拟真实库区的干流原始库容以及真实水库情况。对于水库物理模型的各项测量数据都要要求高精度，以满足所得水库物理模型数据对真实水库情况的参考意义和指导意义。所以对水库物理模型中河道的泥沙淤积深度的高精度测量至关重要。

由于水库物理模型的规模较小，现有在实际中测量真实的河道泥沙淤积深度的测量装置有基于超声波，红外线和水压力传感器等，这些测量器的测量精度级别往往在分米级以上，但用于测量水库物理模型的河道泥沙淤积深度测量精度级别在毫米级，精度要求较高，无法使用实际测量所用的测量装置。而单单只使用普通的毫米级量尺对水库物理模型中河道泥沙淤积深度进行测量，在人工操作时受到无法感知是否到达泥沙淤积表面，也无法感知直尺是否垂直于水面等因素的影响，测量数值会出现偏差。

发明内容

针对上述现有技术中描述的不足，本发明提供一种便携式水库物理模型河道泥沙淤积深度测量装置，通过对分度值为1mm的量尺进行改装，使整个测量装置在工作中能检测是否到达泥沙淤积表面，并通过设置水平仪直观检测量尺是否垂直于水面，从而保证对泥沙淤积深度测量的精确性。

本发明所采用的技术方案为：

一种便携式水库物理模型河道泥沙淤积深度测量装置，包括量尺、阻值监测探头和控制盒，在控制盒内设有控制模块和供电模块；在控制盒上安装有灵敏度调节器、电源开关和警示件；阻值监测探头安装在量尺下部且阻值监测探头露出量尺18~10mm；控制盒安装在量尺上部，阻值监测探头通过量尺内的信号线与控制模块连接；灵敏度调节器和警示件分别与控制模块连接；供电模块经电源开关给控制模块供电。供电模块可以是内置电源也可以只外接充电式电源。

作为本发明的一种优选方案，在控制盒上设有充电接口，外部电源经充电接口和电源开关给供电模块供电，充电接口外接的电源为直流24V，所述供电模块包括AMS1117稳压电路，充电接口经电源开关和二极管D1与AMS1117稳压电路连接，且二极管D1的负极与AMS1117稳压电路连接。

作为本发明的一种优选方案，所述量尺采用分度值为1mm，量程范围0~160cm，尺寸为160cm×15mm的量尺。

作为本发明的一种优选方案，所述阻值监测探头采用金属探头，类型为两探针探头；所述灵敏度调节器采用可调电位器，型号为3296W。

作为本发明的一种优选方案，所述控制模块，包括阻值监测电路、灵敏度调节电路、比较器和控制器，阻值监测电路和灵敏度调节电路分别与比较器的一个输入端连接，比较器的输出端与控制器的输入端连接，控制器的输出端与警示件连接；阻值监测探头与阻值监测电路连接，灵敏度调节器与灵敏度调节电路连接，供电模块给阻值监测电路、灵敏度调节电路、比较器和控制器供电。阻值监测电路和阻值监测探头给比较器提供一个实时监测阻值；灵敏度调节电路和灵敏度调节器给比较器提供一个设定阻值，实时监测阻值和设定阻值在比较器内进行比较，若实时监测阻值大于设定阻值，则比较器给控制器一个输出信号，控制器接收到该输出信号后给警示件一个启动信号。

作为本发明的一种优选方案，所述阻值监测电路，包括上拉电阻R4；上拉电阻R4的一端与供电模块的输出电源AVCC连接，上拉电阻R4的另一端与阻值监测探头串联连接后接地；阻值监测探头安装在插接接口P4上，且上拉电阻R4与阻值监测探头之间与比较器的一个输入端连接。阻值监测探头监测的实时阻值是变化的使得输入到比较器中的电压值也是变化的。

作为本发明的一种优选方案，所述灵敏度调节电路，包括上拉电阻R7、接地电阻R5；灵敏度调节器安装在插接接口P5上，上拉电阻R7、灵敏度调节器和接地电阻R5串联，上拉电阻R7与供电模块的输出电源AVCC连接，接地电阻R5接地；且灵敏度调节器4和接地电阻R5之间与比较器的另一个输入端连接；比较器的输出端经上拉电阻R3与供电模块的输出电源AVCC连接，且比较器的输出端与上拉电阻R3之间与控制器的输入端连接。通过灵敏度调节器可以改变灵敏度调节电路对应的阻值，即可以改变预先输入到比较器中的电压值，这使得本发明可以根据水库物理模型中河道河水中不同泥沙含量进行设置，扩大适用性。

作为本发明的一种优选方案，所述控制器为74HC14施密特触发反相器；所述比较器为LM393电压比较器。

作为本发明的一种优选方案，所述警示件包括语音模块和音量调节器，控制器的输出端经音量调节器与语音模块连接。所述语音模块包括语音芯片和扩音器，语音芯片内存储有预设的语音信息，语音芯片与控制器连接，音量调节器的供电端连接在供电模块的电源开关和二极管D1之间，音量调节器的输出端经电阻R2与扩音器LS1的一端连接，扩音器LS1的另一端与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极接地；三极管Q1的基极经电阻R6和二极管D3与控制器的输出端连接，且二极管D3的正极与控制器的输出端连接，并在二极管D3与控制器的输出端之间设有电容C6；并且扩音器LS1并联有一个放电二极管D2，放电二极管D2的正极与三极管Q1的集电极连接，放电二极管D2的负极与扩音器LS1的一端连接。

作为本发明的一种优选方案，所述警示件还包括显示屏，显示屏与控制器的输出端连接。

作为本发明的一种优选方案，在控制盒上设有水平仪7，水平仪的下边缘与控制盒的下边缘平行，通过观察水平仪，可直观知晓量尺插入是否保持竖直状态。

本发明通过对分度值为1mm的量尺进行改装，将测量误差控制在毫米级，并在量尺下部安装阻值监测探头，阻值监测探头外露量尺8-10mm并通过量尺内的信号线连接到阻值监测电路中，给比较器传输一个实时监测电压，灵敏度调节器可改变灵敏度调节电路的阻值，进而改变输入到比较器内的预设电压，由于泥沙淤积层的介质的阻值远大于水中的介质的阻值，故当阻值监测探头插入泥沙淤积层时，实时监测电压大于预设电压时，比较器会给控制器输出一个信号，控制器根据该信号控制显示屏显示，扩音器播报预存的语音信息以提醒操作人员量尺已插入到泥沙表面，读取量尺与水面平行的读数即可，并且为了确保量尺垂直插入，在控制盒上设置水平仪，通过观察水平仪可直观知晓量尺状态，提高了测量的精确度。灵敏度调节器的设置使得本发明适用不同泥沙含量的水库物理模型，提高了适用能力，避免挪用到不同泥沙含量时阻值监测探头到达泥沙淤积层而未触发警报，而且采用阻值监测方式提高了整体的抗干扰能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的控制原理框图。

图3为本发明的电路原理图。

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付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。

实施例：

一种便携式水库物理模型河道泥沙淤积深度测量装置，如图1和2所示，包括量尺1、阻值监测探头2和控制盒3，所述量尺采用分度值为1mm，量程范围0~160cm，尺寸为160cm×15mm的量尺。所述阻值监测探头2采用金属探头，类型为两探针探头，可以采用KDK-KDY-2两探针电阻率探头。

在控制盒3内设有控制模块和供电模块；在控制盒3上安装有灵敏度调节器4、电源开关5、警示件和水平仪7，水平仪的下边缘与控制盒的下边缘平行，通过观察水平仪，可直观知晓量尺插入是否保持竖直状态。所述灵敏度调节器采用可调电位器；型号为3296W。

阻值监测探头2安装在量尺1下部且阻值监测探头2露出量尺18~10mm；控制盒3安装在量尺1上部，阻值监测探头2通过量尺1内的信号线与控制模块连接；灵敏度调节器4和警示件分别与控制模块连接；供电模块经电源开关5给控制模块供电。供电模块可以是内置电源也可以只外接充电式电源。

在本实施例中，所述供电模块采用外部供电方式，在控制盒上设有充电接口6，外部电源经充电接口6和电源开关5给供电模块供电，充电接口外接的电源为直流24V，如图3所示，所述供电模块包括AMS1117稳压电路，充电接口经电源开关5和二极管D1与AMS1117稳压电路连接，且二极管D1的负极与AMS1117稳压电路连接，AMS1117稳压电路的输出即为输出电源AVCC。

所述的控制模块，如图2所示，包括阻值监测电路、灵敏度调节电路、比较器和控制器，所述控制器为74HC14施密特触发反相器；所述比较器为LM393电压比较器。

阻值监测电路和灵敏度调节电路分别与比较器的一个输入端连接，比较器的输出端与控制器的输入端连接，控制器的输出端与警示件连接；阻值监测探头2与阻值监测电路连接，灵敏度调节器4与灵敏度调节电路连接，供电模块给阻值监测电路、灵敏度调节电路、比较器和控制器供电。

具体地，所述阻值监测电路，如图3所示，包括上拉电阻R4；上拉电阻R4的一端与供电模块的输出电源AVCC连接，上拉电阻R4的另一端与阻值监测探头2串联连接后接地，阻值监测探头2安装在插接接口P4上；且上拉电阻R4与阻值监测探头2之间与比较器的一个输入端连接。阻值监测探头监测的实时阻值是变化的使得输入到比较器中的电压值也是变化的。

所述灵敏度调节电路，包括上拉电阻R7、接地电阻R5；上拉电阻R7、灵敏度调节器4和接地电阻R5串联，灵敏度调节器安装在插接接口P5上，上拉电阻R7与供电模块的输出电源AVCC连接，接地电阻R5接地；且灵敏度调节器4和接地电阻R5之间与比较器的另一个输入端连接；比较器的输出端经上拉电阻R3与供电模块的输出电源AVCC连接，且比较器的输出端与上拉电阻R3之间与控制器的输入端连接。灵敏度调节器可以改变灵敏度调节电路对应的阻值，即可以改变预先输入到比较器中的电压值，这使得本发明可以根据水库物理模型中河道河水中不同泥沙含量进行设置，扩大适用性。

本实施例中，所述警示件包括语音模块、音量调节器9和显示屏8，音量调节器外露控制盒，语音模块在控制盒内设置，显示屏8设置在控制盒外；显示屏8与控制器的输出端连接（图3中未示出），控制器的输出端经音量调节器9与语音模块连接。所述语音模块包括语音芯片和扩音器，语音芯片内存储有预设的语音信息，如图3所示，语音芯片与控制器连接（图中未示出），音量调节器9安装在插接插口P3上，音量调节器9的供电端连接在供电模块的电源开关和二极管D1之间，音量调节器9的输出端经电阻R2与扩音器LS1的一端连接，扩音器LS1的另一端与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的发射极接地；三极管Q1的基极经电阻R6和二极管D3与控制器的输出端连接，且二极管D3的正极与控制器的输出端连接，并在二极管D3与控制器的输出端之间设有电容C6；并且扩音器LS1并联有一个放电二极管D2，放电二极管D2的正极与三极管Q1的集电极连接，放电二极管D2的负极与扩音器LS1的一端连接。

阻值监测电路和阻值监测探头给比较器提供一个实时监测阻值；灵敏度调节电路和灵敏度调节器给比较器提供一个设定阻值，实时监测阻值和设定阻值在比较器内进行比较，若实时监测阻值大于设定阻值，则比较器给控制器一个输出信号，控制器接收到该输出信号后给警示件一个启动信号。

使用方法为：

步骤1：通过观察水平仪，将测量装置垂直于水面，阻值监测探头为下端插入水面。

步骤2：调节灵敏度调节器至灵敏度最小，打开电源开关，此时测量装置发出警报，调节灵敏度调节器至警报停止。

步骤3：不断将量尺进行下潜，时刻观察水平仪保持量尺与水平面垂直。

步骤4：当阻值监测探头插入泥沙淤积层表面，阻值达到最大超过所设阻值阈值，控制盒发出警报声，观察水平仪7，在保持量尺与水平面垂直情况下读取量尺刻度值。

本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种便携式水库物理模型河道泥沙淤积深度测量装置，其特征在于：包括量尺（1）、阻值监测探头（2）和控制盒（3），在控制盒（3）内设有控制模块和供电模块；在控制盒（3）上安装有灵敏度调节器（4）、电源开关（5）和警示件；阻值监测探头（2）安装在量尺（1）下部且阻值监测探头（2）露出量尺（1），控制盒（3）安装在量尺（1）上部，阻值监测探头（2）通过量尺（1）内的信号线与控制模块连接；灵敏度调节器（4）和警示件分别与控制模块连接；供电模块经电源开关（5）给控制模块供电。

2.根据权利要求1所述的便携式水库物理模型河道泥沙淤积深度测量装置，其特征在于：在控制盒上设有充电接口（6），外部电源经充电接口（6）和电源开关（5）给供电模块供电。

3.根据权利要求1或2所述的便携式水库物理模型河道泥沙淤积深度测量装置，其特征在于：所述量尺采用分度值为1mm，量程范围0~160cm的量尺；所述阻值监测探头（2）露出量尺8~10mm。

4.根据权利要求1或2所述的便携式水库物理模型河道泥沙淤积深度测量装置，其特征在于：所述控制模块，包括阻值监测电路、灵敏度调节电路、比较器和控制器，阻值监测电路和灵敏度调节电路分别与比较器的一个输入端连接，比较器的输出端与控制器的输入端连接，控制器的输出端与警示件连接；阻值监测探头（2）与阻值监测电路连接，灵敏度调节器（4）与灵敏度调节电路连接，供电模块给阻值监测电路、灵敏度调节电路、比较器和控制器供电。

5.根据权利要求4所述的便携式水库物理模型河道泥沙淤积深度测量装置，其特征在于：所述阻值监测电路，包括上拉电阻R4；上拉电阻R4的一端与供电模块的输出电源AVCC连接，上拉电阻R4的另一端与阻值监测探头（2）串联连接后接地；且上拉电阻R4与阻值监测探头（2）之间与比较器的一个输入端连接。

6.根据权利要求4或5所述的便携式水库物理模型河道泥沙淤积深度测量装置，其特征在于：所述灵敏度调节电路，包括上拉电阻R7、接地电阻R5；上拉电阻R7、灵敏度调节器（4）和接地电阻R5串联，上拉电阻R7与供电模块的输出电源AVCC连接，接地电阻R5接地；且灵敏度调节器（4）和接地电阻R5之间与比较器的另一个输入端连接；比较器的输出端经上拉电阻R3与供电模块的输出电源AVCC连接，且比较器的输出端与上拉电阻R3之间与控制器的输入端连接。

7.根据权利要求6所述的便携式水库物理模型河道泥沙淤积深度测量装置，其特征在于：所述控制器为74HC14施密特触发反相器；所述比较器为LM393电压比较器。

8.根据权利要求4所述的便携式水库物理模型河道泥沙淤积深度测量装置，其特征在于：所述警示件包括语音模块和音量调节器（9），控制器的输出端经音量调节器与语音模块连接。

9.根据权利要求8所述的便携式水库物理模型河道泥沙淤积深度测量装置，其特征在于：所述警示件还包括显示屏（8），显示屏与控制器的输出端连接。

10.根据权利要求1所述的便携式水库物理模型河道泥沙淤积深度测量装置，其特征在于：在控制盒上设有水平仪（7），水平仪的下边缘与控制盒的下边缘平行。

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