CN112484817A - 集水井自动水位监测装置的监测方法 - Google Patents

Abstract

为解决现今集水井运营维护不及时、水位监测不及时导致滑坡体水位上升未得到及时告知，造成滑坡稳定性降低的问题。本发明公开了一种集水井自动水位监测装置的监测方法，包括：第一水位监测装置，其设置在集水井中，用于监测集水井中的水位；第二水位监测装置，其用于监测集水井中的水位；控制终端，其用于记录所述第一水位监测装置和所述第二水位监测装置监测的集水井中的水位数值，并进行复核后显示准确的集水井水位数值。本发明通过第一水位监测装置和第二水位监测装置实时监测集水井水位，工作人员可以及时获取集水井中的水位，及时排出集水井中的积水，避免集水井水位过高导致滑坡地下水位过高使滑坡失稳。

Description

集水井自动水位监测装置的监测方法

技术领域

本发明涉及水位监测技术领域。更具体地说，本发明涉及一种集水井自动水位监测装置的监测方法。

背景技术

相关统计数据表明，80～90％的滑坡破坏都是由于水的作用。水是诱导滑坡产生的最主要的影响因素，也是最难定量研究的因素。因此，多位专家提出“治坡先治水”的理念。而目前滑坡治理过程中主要采用抗滑桩、格构、锚杆锚索等支挡性的工程，仅采用排水治理滑坡的工程还特别少。现有治理技术中，采用了集水井装置进行滑坡体地下水的续存和抽排工作。但是在运营维护的过程中面临抽排水不及时、水位变化情况不清楚的现状，需要更好的进行滑坡体集水井水位的实时监测、定量研究和及时发现危险和解除危险的监测手段。此外，监测设备将记录滑坡体监测所得的水位变化数据，并结合当地降雨情况，反馈给科研工作人员，从而达到动态研究的目的，进而对滑坡体的治理提出更为有效的手段。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供提供一种集水井自动水位监测装置的监测方法。设置第一水位监测装置和第二水位监测装置同时监测集水井的水位，提高监测精确度。设置控制终端和抽排水装置，可在集水井水位超过标准时，启动抽排水装置将集水井中的积水排出集水井外，从而达到降低滑坡体地下水位的效果，进而提高滑坡体稳定性。解决了现今集水井运营维护不及时、人工成本高、可持续性差等问题；甚至水位监测不及时导致滑坡体水位上升未得到及时告知，从而导致滑坡稳定性降低，失稳造成生命财产安全受到极大的损失

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明提供一种集水井自动水位监测装置的监测方法，包括以下步骤：第一水位监测装置监测集水井中的水位；

第二水位监测装置监测集水井中的水位；

控制终端记录所述第一水位监测装置和所述第二水位监测装置监测的集水井中的水位数值，并进行复核判断。

优选的是，进行复核判断时，当控制终端记录第一水位监测装置和第二水位监测装置的数值相差小于5cm时表示符合误差范围，取两者平均值为最终的监测水位；如果超出5cm的误差范围需进行校准和再次测量，并给控制终端反馈信号。

优选的是，第一水位监测装置监测集水井中的水位的具体方法为：连接探杆在若干限位杆之间移动，连接探杆通过双极锁存型霍尔效应开关与限位杆连通时，启动第一电测水位计，控制终端记录当前的集水井水位；

连接探杆在若干限位杆之间移动的具体过程为：当集水井中的水位上涨，浮漂探头受到浮力向上移动，带动连接探杆发生变形，使连接探杆移动至上一相邻的两个限位杆之间；当集水井中的水位下降，浮漂探头受到重力向下移动，带动连接探杆发生变形，使连接探杆移动至下一相邻的两个限位杆之间。

优选的是，第二水位监测装置监测集水井中的水位的具体方法为：浮漂探头的重力与受到的浮力相等时，霍尔开关发生闭合，启动第二电测水位计，将当前集水井水位数值传至控制终端进行记录。

优选的是，当第一水位监测装置和第二水位监测装置监测的集水井中的水位数值达到第一预设高度后，控制终端进入监测状态；

当第一水位监测装置和第二水位监测装置监测的集水井中的水位数值达到第二预设高度后，控制终端进入预警状态；

当第一水位监测装置和第二水位监测装置监测的集水井中的水位数值达到第三预设高度后，控制终端发送信号，启动抽排水装置，抽排出集水井中的积水。

优选的是，所述第一水位监测装置包括：限位浮漂尺，其沿所述集水井的高度方向上设置在所述集水井的井壁上；

若干限位杆，若干限位杆等间隔设置在所述限位浮漂尺的表面上，所述限位杆向下倾斜；

导向杆，其竖直设置在所述集水井内，且与若干限位杆相对设置；

浮漂探头，其漂浮在集水井中的水面上，且滑动套设在所述导向杆内，所述浮漂探头底部设有第一电测水位计；

连接探杆，其一端连接所述浮漂探头、另一端插入在相邻的两根限位杆之间，所述连接探杆和所述限位浮漂尺通过双极锁存型霍尔效应开关连接。

优选的是，所述限位杆向下倾斜的角度为30～40°。

优选的是，所述第二水位监测装置包括：大滑轮、小滑轮、霍尔开关、线盘、自平衡传动滑轮、绳索、第二电测水位计，所述小滑轮位于所述大滑轮和所述线盘的中间位置，所述大滑轮远离所述小滑轮的一侧与所述浮漂探头位于同一竖直线上，所述小滑轮的下端低于所述大滑轮和所述线盘的上端，所述霍尔开关设置在所述小滑轮的底部，所述自平衡传动滑轮设置在所述线盘的底部，所述线盘上绕设所述绳索，所述绳索穿过所述小滑轮的下端、所述大滑轮的上端与所述浮漂探头连接，所述第二电测水位计设置在所述霍尔开关的下方。

优选的是，所述抽排水装置与所述控制终端连接，接收所述控制终端发出的命令，将集水井中的积水排出，所述抽排水装置包括潜水泵和管体，所述潜水泵设置在所述集水井中，所述管体一端连接所述潜水泵另一端伸出所述集水井外。

本发明至少包括以下有益效果：

设置第一水位监测装置和第二水位监测装置同时监测集水井的水位，提高集水井中的水位监测准确度；

设置控制终端，可根据集水井的水位情况作出相应预警和判断；

设置抽排水装置，可在集水井水位超过要求时，启动抽排水装置将集水井中的积水排出集水井外，避免集水井的水位过高失去集水能力。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明其中一个实施例的水位监测装置的结构示意图；

图2为本发明其中一个实施例的第一水位监测装置的连接关系示意图；

图3为本发明其中一个实施例的第二水位监测装置的连接关系示意图；

图4为本发明其中一个实施例的霍尔元件的工作原理图；

图5为本发明其中一个实施例的多个采样点的串联图；

图6为本发明其中一个实施例的霍尔元件接触点的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本发明的描述中，术语“一侧”、“一端”、“另一端”、“内”、“外”、“中间”、“下端”、“上端”、“底部”、“竖直”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，并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。

如图1所示，本发明提供一种集水井自动水位监测装置的实施例，包括：

第一水位监测装置，其设置在集水井中，用于监测集水井中的水位；

第二水位监测装置1，其为改进的电测水位计，用于监测集水井中的水位，并与第一水位监测装置监测的水位进行复核；

控制终端2，其用于记录所述第一水位监测装置和所述第二水位监测装置1监测的集水井中的水位数值，并进行复核，所述控制终端2由太阳能电池板提供电源。

需要说明的是，第一水位监测装置和第二水位监测装置1检测集水井中的水位，将检测的集水井中的水位传至控制终端2，控制终端2判断第一水位监测装置和第二水位监测装置1检测的水位。

当控制终端2记录第一水位监测装置和第二水位监测装置1的数值相差小于5cm时表示符合误差范围，取两者平均值作为集水井当时的水位；如果超出5cm的误差范围需进行校准和再次测量，并给控制终端反馈信号。

在本实施例中，所述第一水位监测装置包括：限位浮漂尺3，其沿所述集水井的高度方向上设置在所述集水井的井壁上；

若干限位杆4，若干限位杆4等间隔设置在所述限位浮漂尺3的表面上；上下相邻的两根限位杆4形成一个区间，相邻两根限位杆4之间的距离根据需要设置；

导向杆5，其竖直设置在所述集水井内，且与若干限位杆4相对设置；

浮漂探头6，其漂浮在集水井中的水面上，且滑动套设在所述导向杆5内，所述浮漂探头6底部设有第一电测水位计，第一电测水位计将集水井水位数值传至控制终端2；

连接探杆7，其一端连接所述浮漂探头6、另一端插入在相邻的两根限位杆4之间，所述连接探杆7和所述限位浮漂尺3通过双极锁存型霍尔效应开关连接。

应当理解的是，当水位上涨，相邻两根限位杆4形成的其中一个区间的力抵抗不了水的浮力，从而连接探杆7发生变形，移动至上一限位区间；当水位下降的时候，连接探杆7由于浮漂探头6的重力，发生变形，从而向下移动，移至下一限位区间。浮漂探头6本身为椭圆形，该装置底部有电测水位计的探头，通过连接探杆7进行实时的水位监测，同时连接探杆7具有一定的变形性，能灵活的进行上下移动，连接探杆7的探头部分能和限位浮漂尺3通过双极锁存型霍尔效应开关连通，从而启动第一电测水位计并通过计算当前电压值转换为测量水位。

需要说明的是，由于本申请的水位监测装置使用场景为野外水利环境，对设备稳定性、耐久性、精确性要求较高，选取采用双极锁存型霍尔效应开关，双极锁存型霍尔效应开关相当于一个单刀双掷开关，其VOUT引脚输出电压只有VCC(电源正极)，GND(电源负极)两种，其开关输出状态由所处的磁场环境改变(当置于n极或s极)时开启，本电路设置为s级连通电路，只有当同一探点置于n极时才会关闭，磁场移除后继续保持其开启或关闭状态，直到下次磁场改变。根据需求，每个采样点的电路图如图4所示。

如图4所示，单个采样点(接触探点)包含电路板、二极管、电阻三个元件，其占用面积不超过1㎝2。而且二极管D0只有当输入信号为VCC时导通，输入GND时截止，每个采样点的Front_testpoint连接前一个采样点的After_testpoint，最终将最后一个采样点的After_testpoint悬空，因此其可串联无数测试节点，从而达到串联无数测试节点的作用，串联电路图如图5所示。

接触探点间隔依据浮漂水位尺和精度要求确定，原则上10cm误差为允许误差，一次采样点间隔10cm设置一个。在1号采样点前连接初始电路保护电阻R#(100Ω)接入GND中，每个探头自身包含一个100Ω电阻，依次进行编号，不同采样点导通时将接入不同数量的电阻，从而得到不同的测量电压，依据电压电阻可以转换为测量水位。R#两端电压V_test与测试点的对应关系为：导通的测试点为(浮漂探头6位置)N＝(VCC-Uf)/(V_test)-1，Uf为二极管正向导通压降M7正向压降为0.7V。

探头的接触控制如图6所示，浮漂探头6中嵌入三块磁铁，其磁极摆放如图6所示，由于测试点仅当靠近S磁极时导通，靠近N磁极时关闭，所以在任意时刻仅有单一测试点处于导通状态。(注意该霍尔元件隔空即可打开测点。)

在本实施例中，所述限位杆4向下的倾角为30～40°，该结构能极大的减少测量误差，同时电测水位计的浮漂探头6受到水的上浮力能和限位浮漂尺3限位杆4的抗力得到平衡，从而保持在准确的限位区间。

在本实施例中，所述第二水位监测装置1包括：大滑轮101、小滑轮102、霍尔开关103、线盘104、自平衡传动滑轮105、绳索106、第二电测水位计，所述小滑轮102位于所述大滑轮101和所述线盘104的中间位置，所述大滑轮101远离所述小滑轮102的一侧与所述浮漂探头6位于同一竖直线上，所述小滑轮102的下端低于所述大滑轮101和所述线盘104的上端，所述霍尔开关103设置在所述小滑轮102的底部，所述自平衡传动滑轮105设置在所述线盘104的底部，所述线盘104上绕设所述绳索106，所述绳索106穿过所述小滑轮102的下端、所述大滑轮101的上端与所述浮漂探头6连接，所述第二电测水位计设置在所述霍尔开关103的下方。

应当理解的是，当水位上升或者降低的时候自平衡传动滑轮105提供动力，保证测尺保持竖直状态。同时，霍尔开关103因为滑轮转动推动开关闭合，记录此时第二电测水位计的水位，并传输至控制终端2，控制终端2记录水位。复核所述第一水位监测装置和所述第二水位监测装置1监测的集水井中的水位数值。

在本实施例中，还包括：抽排水装置，其与所述控制终端2连接，接收所述控制终端2发出的命令，将集水井中的积水排出，所述抽排水装置包括潜水泵8和管体9，所述潜水泵8设置在所述集水井中，所述管体9一端连接所述潜水泵8另一端伸出所述集水井外。当抽排水装置工作时，潜水泵8接通电源，开始工作，将集水井中的积水排至不影响坡体的区域。

需要说明的是，当连接探杆7在限位浮漂尺3在5米以上的区间自动连通电测水位计并传输当前水位，进入监测状态；当连接探杆7进入10米的区间，控制终端2进行报警信号传输；如果还未响应，当水位上升到13米时控制终端2发出命令，连接抽水装置启动，当水位降低至5米自动断开抽排水装置。

还需要说明的是，将霍尔元件测试所得的电压转化为测试水位，并将电信号转化为数字信号，并通过现有控制终端2将水位信息显示，同时控制终端2对电测水位计测得的水位进行复核，通过求取两者的平均值计算出最终的集水井水位，并通过控制终端2进行水位记录，控制终端2研判后发出指令，启动抽水装置。如若控制终端2记录的水位超过13米，控制终端2将自动启动抽水装置，一般半小时未得到反馈指令才会发生启动。

本实施例提供一种集水井自动水位监测装置的监测方法，包括以下步骤：第一水位监测装置监测集水井中的水位；

第二水位监测装置1监测集水井中的水位；

控制终端2记录所述第一水位监测装置和所述第二水位监测装置1监测的集水井中的水位数值，并进行复核判断。

进行复核判断时，当控制终端记录第一水位监测装置和第二水位监测装置的数值相差小于5cm时表示符合误差范围，取两者平均值；如果超出5cm的误差范围需进行校准和再次测量，并给控制终端2反馈信号。

在本实施例中，第一水位监测装置监测集水井中的水位的具体方法为：连接探杆7在若干限位杆4之间移动，连接探杆7通过双极锁存型霍尔效应开关与限位杆4连通时，启动第一电测水位计，将集水井水位数值传至控制终端2进行记录；

连接探杆7在若干限位杆4之间移动的具体过程为：当集水井中的水位上涨，浮漂探头6受到浮力向上移动，带动连接探杆7发生变形，使连接探杆7移动至上一相邻的两个限位杆4之间；当集水井中的水位下降，浮漂探头6受到重力向下移动，带动连接探杆7发生变形，使连接探杆7移动至下一相邻的两个限位杆4之间。

在本实施例中，第二水位监测装置1监测集水井中的水位的具体方法为：浮漂探头6的重力与受到的浮力相等时，霍尔开关103发生闭合，启动第二电测水位计，将当前集水井水位数值传至控制终端2进行记录。

在本实施例中，当第一水位监测装置和第二水位监测装置1监测的集水井中的水位数值达到第一预设高度后，进入监测状态；

当第一水位监测装置和第二水位监测装置1监测的集水井中的水位数值达到第二预设高度后，进入预警状态；

当第一水位监测装置和第二水位监测装置1监测的集水井中的水位数值达到第三预设高度后，控制终端2发送信号，启动抽排水装置，抽排出集水井中的积水。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例和图例。

Claims (9)

1.一种集水井自动水位监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：第一水位监测装置监测集水井中的水位；

第二水位监测装置(1)监测集水井中的水位；

控制终端(2)记录所述第一水位监测装置和所述第二水位监测装置(1)监测的集水井中的水位数值，并进行复核判断。

2.如权利要求1所述的集水井自动水位监测装置的监测方法，其特征在于，进行复核判断时，当控制终端记录第一水位监测装置和第二水位监测装置的数值相差小于5cm时表示符合误差范围，取两者平均值；如果超出5cm的误差范围需进行校准和再次测量，并给控制终端2反馈信号。

3.如权利要求1所述的集水井自动水位监测装置的监测方法，其特征在于，第一水位监测装置监测集水井中的水位的具体方法为：连接探杆(7)在若干限位杆(4)之间移动，连接探杆(7)通过双极锁存型霍尔效应开关与限位杆(4)连通时，启动第一电测水位计，将集水井水位数值传至控制终端(2)进行记录；

连接探杆(7)在若干限位杆(4)之间移动的具体过程为：当集水井中的水位上涨，浮漂探头(6)受到浮力向上移动，带动连接探杆(7)发生变形，使连接探杆(7)移动至上一相邻的两个限位杆(4)之间；当集水井中的水位下降，浮漂探头(6)受到重力向下移动，带动连接探杆(7)发生变形，使连接探杆(7)移动至下一相邻的两个限位杆(4)之间。

4.如权利要求1所述的集水井自动水位监测装置的监测方法，其特征在于，第二水位监测装置(1)监测集水井中的水位的具体方法为：浮漂探头(6)的重力与受到的浮力相等时，霍尔开关(103)发生闭合，启动第二电测水位计，将当前集水井水位数值传至控制终端(2)进行记录。

5.如权利要求1所述的集水井自动水位监测装置的监测方法，其特征在于，当第一水位监测装置和第二水位监测装置(1)监测的集水井中的水位数值达到第一预设高度后，控制终端(2)进入监测状态；

当第一水位监测装置和第二水位监测装置(1)监测的集水井中的水位数值达到第二预设高度后，控制终端(2)进入预警状态；

当第一水位监测装置和第二水位监测装置(1)监测的集水井中的水位数值达到第三预设高度后，控制终端(2)发送信号，启动抽排水装置，抽排出集水井中的积水。

6.如权利要求1所述的集水井自动水位监测装置的监测方法，其特征在于，所述第一水位监测装置包括：限位浮漂尺(3)，其沿所述集水井的高度方向上设置在所述集水井的井壁上；

若干限位杆(4)，若干限位杆(4)等间隔设置在所述限位浮漂尺(3)的表面上，所述限位杆(4)向下倾斜；

导向杆(5)，其竖直设置在所述集水井内，且与若干限位杆(4)相对设置；

浮漂探头(6)，其漂浮在集水井中的水面上，且滑动套设在所述导向杆(5)内，所述浮漂探头(6)底部设有第一电测水位计；

连接探杆(7)，其一端连接所述浮漂探头(6)、另一端插入在相邻的两根限位杆(4)之间，所述连接探杆(7)和所述限位浮漂尺(3)通过双极锁存型霍尔效应开关连接。

7.如权利要求6所述的集水井自动水位监测装置的监测方法，其特征在于，所述限位杆(4)向下倾斜的角度为30～40°。

8.如权利要求6所述的集水井自动水位监测装置的监测方法，其特征在于，所述第二水位监测装置(1)包括：大滑轮(101)、小滑轮(102)、霍尔开关(103)、线盘(104)、自平衡传动滑轮(105)、绳索(106)、第二电测水位计，所述小滑轮(102)位于所述大滑轮(101)和所述线盘(104)的中间位置，所述大滑轮(101)远离所述小滑轮(102)的一侧与所述浮漂探头(6)位于同一竖直线上，所述小滑轮(102)的下端低于所述大滑轮(101)和所述线盘(104)的上端，所述霍尔开关(103)设置在所述小滑轮(102)的底部，所述自平衡传动滑轮(105)设置在所述线盘(104)的底部，所述线盘(104)上绕设所述绳索(106)，所述绳索(106)穿过所述小滑轮(102)的下端、所述大滑轮(101)的上端与所述浮漂探头(6)连接，所述第二电测水位计设置在所述霍尔开关(103)的下方。

9.如权利要求5所述的集水井自动水位监测装置的监测方法，其特征在于，所述抽排水装置与所述控制终端(2)连接，接收所述控制终端(2)发出的命令，将集水井中的积水排出，所述抽排水装置包括潜水泵(8)和管体(9)，所述潜水泵(8)设置在所述集水井中，所述管体(9)一端连接所述潜水泵(8)另一端伸出所述集水井外。

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