CN112814659B - 一种水文地质勘探地下水位观测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水文地质勘探地下水位观测装置，包括观测井、防护壳体、用于与地下水位进行观测的观测机构、用于将防护壳固定在观测井中的定位机构、用于将定位机构锁定的锁定机构、用于将锁定机构解锁的解锁机构和放线机构。本发明通过设置防护壳体和定位机构，会避免传感器与探测井的井壁接触，从而保护传感器；通过观测驱动电机和放线驱动电机输出精确的角位移，控制传感器下降高度，可提高测量水位的精确度；通过定位机构对防护壳体进行固定，使传感器沿直线升降，使观测值更加准确；观测过程无需人工操作，可实现远程控制，定时观测，并设置两个传感器，可避免在观测间隔时间长时，水位上涨过快而漫过各零部件，提高设备使用寿命。

Description

一种水文地质勘探地下水位观测装置

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，特别是一种水文地质勘探地下水位观测装置。

背景技术

目前对于地下水位的观测主要是在选定的观测处开竖直的观测井，通过钢尺水位计进行观测，使用时为将钢尺水位计的端部沿观测井下放，当端部的传感器下降至地下水水位处，则发出示警，由上部的操作人员进行观测，其存在如下弊端：

1、钢尺水位计的端部下放时探头部未做保护，容易与探测井的内壁发生撞击，从而导致传感探头损坏；

2、探头接触水位靠经验感观，测量水位精确度较低，受地下水流动性影响，传感探头会运动，并且钢尺在井内可能处于倾斜非竖直状态，导致观测值不准确，与实际值存在误差；

3、这一过程需要人员在观测现场才能完成，目前无法实现对地下水位的自动观测，需要人工每天操作观测。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种水文地质勘探地下水位观测装置。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种水文地质勘探地下水位观测装置，包括：

观测井；

防护壳体，呈圆筒形且直径小于所述观测井直径；

观测机构，包括安装在所述防护壳体上的观测驱动电机，观测驱动电机输出端通过联轴器连有螺杆，螺杆上设有下层螺纹段，下层螺纹段上螺纹连接有升降座，升降座下端安装有第一水位传感器和第二水位传感器，第一水位传感器的探测端低于第二水位传感器的探测端，防护壳体内固定有限位板，限位板下端固定有导向杆，导向杆穿过升降座且与其滑动连接；

定位机构，包括设置在所述螺杆上且位于下层螺纹段上方的上层螺纹段，下层螺纹段和上层螺纹段间设有光杆段，螺杆上安装有在上层螺纹段和光杆段上活动的螺母座，螺母座在上层螺纹段上时与螺杆螺纹连接，螺母座上铰接有至少三个沿其轴线呈圆周分布的连杆，连杆另一端均铰接有横移杆，横移杆另一端穿过防护壳体且固定有推板，推板上下两端均滑动安装有沿防护壳体径向方向移动的滑杆，滑杆一端固定有滑动柱，滑动柱穿过防护壳体并与其滑动连接，滑杆另一端固定有用于与观测井内壁压紧贴合的定位块，滑杆上且位于定位块和推板间套装有第一压簧；

锁定机构，包括固定在所述螺母座一侧的安装块，安装块上固定有两个平行设置的锁定套筒，锁定套筒内滑动安装有锁定杆，防护壳体上开有用于与锁定杆卡接配合的卡口，两个锁定杆间通过连接板固定连接，锁定套筒上且位于安装块和连接板间套装有第二压簧，升降座上固定有可延伸至两个锁定套筒间的竖杆，竖杆上固定有安装板，安装板下端固定有用于与连接板接触配合的下压块；当螺母座脱离上层螺纹段，且下压块未与连接板接触时，锁定杆位于卡口上方；当锁定杆与卡口卡接时，螺母座位于光杆段；

解锁机构，包括套装在所述螺杆上的第三压簧，第三压簧上端与螺母座下端固定连接，安装板上固定有解锁杆，防护壳体内壁上固定有铰接座，铰接座上铰接有拨杆，拨杆上部用于与解锁杆接触配合，拨杆下部位于防护壳体和连接板间，拨杆下部与连接板接触配合；

放线机构，包括放线壳体，所述放线壳体下端固定有支腿，放线壳体上端安装有放线架，放线架上安装有放线辊筒和放线驱动电机，放线驱动电机与放线辊筒连接、驱动放线辊筒转动，放线辊筒上缠绕安装有抗拉电缆，抗拉电缆上设有刻度，抗拉电缆与观测驱动电机连接用于承拉观测驱动电机且为观测驱动电机传输电能。

优选地，所述放线壳体上安装有至少三个紧定手柄，紧定手柄与放线壳体螺母连接，紧定手柄用于压紧观测井上端。

优选地，所述第一水位传感器和第二水位传感器通过螺旋电缆与抗拉电缆电连接。

优选地，所述放线壳体上开有放线口，锁定杆与卡口卡接时，放线口位于观测驱动电机正上方。

优选地，所述防护壳体上安装有控制箱，控制箱内设有单片机和无线收发模块，单片机与无线收发模块、观测驱动电机、放线驱动电机、第一水位传感器和第二水位传感器电连接。

本发明的有益效果：

1、通过设置防护壳体和定位机构，在下放传感器时，会避免传感器与探测井的井壁接触，从而保护传感器；

2、通过观测驱动电机和放线驱动电机输出精确的角位移，控制传感器下降高度，可提高测量水位的精确度；通过定位机构对防护壳体进行固定，使传感器稳定沿直线升降，避免受地下水流动性影响，同时抗拉电缆保持竖直张紧态，使观测值更加准确；

3、观测过程无需人工操作，可实现远程控制，定时观测，并设置两个传感器，可避免在观测间隔时间长时，水位上涨过快而漫过各零部件，提高设备使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的局部示意图；

图3是图2中A处的局部放大图；

图中，1、观测井；2、防护壳体；3、观测驱动电机；4、螺杆；5、下层螺纹段；6、升降座；7、第一水位传感器；8、第二水位传感器；9、限位板；10、导向杆；11、上层螺纹段；12、光杆段；13、螺母座；14、连杆；15、横移杆；16、推板；17、滑杆；18、滑动柱；19、定位块；20、第一压簧；21、安装块；22、锁定套筒；23、锁定杆；24、卡口；25、连接板；26、第二压簧；27、竖杆；28、安装板；29、下压块；30、第三压簧；31、解锁杆；32、铰接座；33、拨杆；34、放线壳体；35、支腿；36、放线架；37、放线辊筒；38、放线驱动电机；39、抗拉电缆；40、紧定手柄；41、螺旋电缆；42、放线口；43、控制箱；44、单片机；45、无线收发模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-3所示：一种水文地质勘探地下水位观测装置，包括：

观测井1；

防护壳体2，呈圆筒形且直径小于观测井1直径；

观测机构，包括安装在防护壳体2上的观测驱动电机3；观测驱动电机3采用步进电机或伺服电机，可精确控制螺杆4旋转角度，以便于控制升降座6升降高度；观测驱动电机3输出端通过联轴器连有螺杆4，螺杆4上设有下层螺纹段5，下层螺纹段5上螺纹连接有升降座6，升降座6下端安装有第一水位传感器7和第二水位传感器8，第一水位传感器7的探测端低于第二水位传感器8的探测端，防护壳体2内固定有限位板9，限位板9下端固定有导向杆10，导向杆10穿过升降座6且与其滑动连接；

定位机构，包括设置在螺杆4上且位于下层螺纹段5上方的上层螺纹段11，下层螺纹段5和上层螺纹段11间设有光杆段12，螺杆4上安装有在上层螺纹段11和光杆段12上活动的螺母座13，螺母座13在上层螺纹段11上时与螺杆4螺纹连接，螺母座13上铰接有三个沿其轴线呈圆周分布的连杆14，连杆14另一端均铰接有横移杆15，横移杆15另一端穿过防护壳体2且固定有推板16，推板16上下两端均滑动安装有沿防护壳体2径向方向移动的滑杆17，滑杆17一端固定有滑动柱18，通过设置滑动柱18可对推板16起到导向作用，并与滑杆17与推板16的位置起到限定作用，避免下放防护壳体2时，定位块19与观测井1内壁接触，滑动柱18穿过防护壳体2并与其滑动连接，滑杆17另一端固定有用于与观测井1内壁压紧贴合的定位块19，滑杆17上且位于定位块19和推板16间套装有第一压簧20；

锁定机构，包括固定在螺母座13一侧的安装块21，安装块21上固定有两个平行设置的锁定套筒22，锁定套筒22内滑动安装有锁定杆23，防护壳体2上开有用于与锁定杆23卡接配合的卡口24，两个锁定杆23间通过连接板25固定连接，锁定套筒22上且位于安装块21和连接板25间套装有第二压簧26，升降座6上固定有可延伸至两个锁定套筒22间的竖杆27，竖杆27上固定有安装板28，安装板28下端固定有用于与连接板25接触配合的下压块29；当螺母座13脱离上层螺纹段11，且下压块29未与连接板25接触时，锁定杆23位于卡口24上方；当锁定杆23与卡口24卡接时，螺母座13位于光杆段12；

解锁机构，包括套装在螺杆4上的第三压簧30，第三压簧30上端与螺母座13下端固定连接，安装板28上固定有解锁杆31，防护壳体2内壁上固定有铰接座32，铰接座32上铰接有拨杆33，拨杆33上部用于与解锁杆31接触配合，拨杆33下部位于防护壳体2和连接板25间，拨杆33下部与连接板25接触配合；

放线机构，包括放线壳体34，放线壳体34下端固定有支腿35，放线壳体34上端安装有放线架36，放线架36上安装有放线辊筒37和放线驱动电机38，放线驱动电机38采用步进电机或伺服电机，可精确控制放线辊筒37旋转角度，以便于控制抗拉电缆39的放卷长度，放线驱动电机38与放线辊筒37连接、驱动放线辊筒37转动，放线辊筒37上缠绕安装有抗拉电缆39，抗拉电缆39上设有刻度，通过刻度可以方便确定抗拉电缆39初始露出的长度，抗拉电缆39与观测驱动电机3连接用于承拉观测驱动电机3且为观测驱动电机3传输电能。

放线壳体34上安装有至少三个紧定手柄40，紧定手柄40与放线壳体34螺母连接，紧定手柄40用于压紧观测井1上端。

第一水位传感器7和第二水位传感器8通过螺旋电缆41与抗拉电缆39电连接。通过设置螺旋电缆41，可使第一水位传感器7和第二水位传感器8自由升降的同时持续通电。

放线壳体34上开有放线口42，锁定杆23与卡口24卡接时，放线口42位于观测驱动电机3正上方。

防护壳体2上安装有控制箱43，控制箱43内设有单片机44和无线收发模块45，单片机44与无线收发模块45、观测驱动电机3、放线驱动电机38、第一水位传感器7和第二水位传感器8电连接。

本实施方案的工作原理：

步骤一：首先将防护壳体2投入观测井1中，然后对放线机构进行固定，将放线壳体34套设在观测井1上，通过旋拧各紧定手柄40，使各紧定手柄40旋入放线壳体34的量大致相同，并使紧定手柄40压紧观测井1，从而将将放线壳体34固定在观测井1上，并使放线口42位于观测井1中心处；

步骤二：随后通过单片机44控制放线驱动电机38工作，放线驱动电机38驱动放线辊筒37旋转，放线辊筒37放卷抗拉电缆39，使防护壳体2逐渐下降，放线驱动电机38可控制抗拉电缆39的放卷长度，当第一水位传感器7检测到地下水后，将信号发送到单片机44，此时可进行预定位作业；

步骤三：首先放线驱动电机38停止转动，随后进行反转，驱动放线辊筒37收卷抗拉电缆39，带动防护壳体2上升一段距离，该距离可根据实际情况灵活调节，但必须大于光杆段12的长度，优选距离为光杆段12、上层螺杆4段和下层螺杆4段总长度的一半，随后观测驱动电机3通电工作，进行定位作业，观测驱动电机3通过联轴器带动螺杆4旋转，观测驱动电机3输出固定角位移，使螺母座13、升降座6下降，螺母座13下降时带动三个连杆14同步运动，使连杆14与水平面夹角逐渐变小，连杆14向防护壳体2外侧推动推板16，推板16通过第一压簧20推动定位块19向观测井1内壁移动，定位块19与观测井1内壁接触后，推板16继续推动，第一压簧20持续压缩，从而使定位块19压紧观测井1内壁，将防护壳固定在观测井1中；

步骤四：当螺母座13下降至脱离上层螺纹段11时，连杆14与水平面还有夹角，为避免螺杆4反转时，螺母座13重新旋入上层螺纹段11，因此设置了下压块29，在螺母座13下降至脱离上层螺纹段11后，升降座6仍在下层螺纹段5上下降，并通过竖杆27带动下压块29下降至与连接板25接触，下压块29带动连接板25、锁定杆23、锁定套筒22下降，直至锁定杆23下降至卡口24处，在第二压簧26弹性恢复力作用下，在锁定套筒22的导向作用下，第二压簧26推动连接板25、锁定杆23移动，使锁定杆23卡入卡口24内，此时连接板25与下压块29分离，连接板25让开下压块29升降的位置，此时连杆14大致处于水平状态，连杆14推动推板16更靠近观测井1壁，定位块19与观测井1的压力更大，从而使防护壳体2的位置更加稳定；

步骤五：升降座6持续下降，当第一水位传感器7检测到地下水后将信号发送到单片机44，观测驱动电机3停止工作，此时便得出水位信息，根据初始时第一水位传感器7检测端距抗拉电缆39的刻度首端的高度差值d1，观测驱动电机3输出角位移驱动升降座6下降高度d2，抗拉电缆39初始未放卷时的外露长度d3，以及放线驱动电机38输出角位移驱动放线辊筒37放卷出的抗拉电缆39长度d4，其中d1和d3为固定值，d2和d4数值可通过单片机44内置程序计算得出，单片机44内置程序将各数值相加即可得出水位值，并通过无线收发模块45将水位信息发送到接受终端，并可由终端接受指令，控制水位观测作业启动；

步骤六：根据实际观测需要，可进行定时观测，间隔一段时间后，观测驱动电机3启动，若第一水位传感器7检测到信号，则说明水位不变或者上涨，此时观测驱动电机3反转驱动升降座6、第一水位传感器7上升，当第一水位传感器7检测不到水位时，观测驱动电机3再正转驱动升降座6、第一水位传感器7下降，当第一水位传感器7检测到地下水时，观测驱动电机3停止工作，从而得出此时的水位信息；

步骤七：a、观测间隔期间，若第二水位传感器8检测到水位时，说明水位上涨，观测驱动电机3自动进行如上述相同的程序，确保第二水位传感器8上升至水面上方，避免各部件浸入水中；

b、若升降座6上升至一定高度，至解锁杆31即将与拨杆33接触的位置时，第二水位传感器8仍检测到水位信息，说明水位上涨过快，需要调节防护壳体2的高度，则观测驱动电机3继续反转带动升降座6上升复位至初始位置，期间，解锁杆31与拨杆33接触并推动拨杆33，使拨杆33下端向内侧移动，进而推动连接板25、锁定杆23远离卡口24，第二压簧26压缩，直至锁定杆23与卡口24分离，并且升降座6与第三压簧30接触，推动第三压簧30压缩，第三压簧30推动螺母座13上升至上层螺纹段11下端，在第三压簧30推力作用下，随着螺杆4的旋转，螺母座13重新旋入上层螺纹段11，直至恢复初始位置，定位块19不再压紧观测井1内壁；

c、随后放线驱动电机38收卷抗拉电缆39，从而提升防护壳体2的高度，当第一水位传感器7检测不到水位信号后，重复步骤三；

d、若第一水位传感器7检测不到信号，则说明水位下降，此时观测驱动电机3正转驱动升降座6、第一水位传感器7下降，当第一水位传感器7检测到地下水时，观测驱动电机3停止工作，从而得出此时的水位信息；

e、若升降座6下降至最低处时，第一水位传感器7仍检测不到信号，说明水位下降过快，重复b操作，随后放线驱动电机38放卷抗拉电缆39，从而下降防护壳体2的高度，当第一水位传感器7检测到水位信号后，重复步骤三；

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水文地质勘探地下水位观测装置，其特征在于，包括：

观测井（1）；

防护壳体（2），呈圆筒形且直径小于所述观测井（1）直径；

观测机构，包括安装在所述防护壳体（2）上的观测驱动电机（3），观测驱动电机（3）输出端通过联轴器连有螺杆（4），螺杆（4）上设有下层螺纹段（5），下层螺纹段（5）上螺纹连接有升降座（6），升降座（6）下端安装有第一水位传感器（7）和第二水位传感器（8），第一水位传感器（7）的探测端低于第二水位传感器（8）的探测端，防护壳体（2）内固定有限位板（9），限位板（9）下端固定有导向杆（10），导向杆（10）穿过升降座（6）且与其滑动连接；

定位机构，包括设置在所述螺杆（4）上且位于下层螺纹段（5）上方的上层螺纹段（11），下层螺纹段（5）和上层螺纹段（11）间设有光杆段（12），螺杆（4）上安装有在上层螺纹段（11）和光杆段（12）上活动的螺母座（13），螺母座（13）在上层螺纹段（11）上时与螺杆（4）螺纹连接，螺母座（13）上铰接有至少三个沿其轴线呈圆周分布的连杆（14），连杆（14）另一端均铰接有横移杆（15），横移杆（15）另一端穿过防护壳体（2）且固定有推板（16），推板（16）上下两端均滑动安装有沿防护壳体（2）径向方向移动的滑杆（17），滑杆（17）一端固定有滑动柱（18），滑动柱（18）穿过防护壳体（2）并与其滑动连接，滑杆（17）另一端固定有用于与观测井（1）内壁压紧贴合的定位块（19），滑杆（17）上且位于定位块（19）和推板（16）间套装有第一压簧（20）；

锁定机构，包括固定在所述螺母座（13）一侧的安装块（21），安装块（21）上固定有两个平行设置的锁定套筒（22），锁定套筒（22）内滑动安装有锁定杆（23），防护壳体（2）上开有用于与锁定杆（23）卡接配合的卡口（24），两个锁定杆（23）间通过连接板（25）固定连接，锁定套筒（22）上且位于安装块（21）和连接板（25）间套装有第二压簧（26），升降座（6）上固定有可延伸至两个锁定套筒（22）间的竖杆（27），竖杆（27）上固定有安装板（28），安装板（28）下端固定有用于与连接板（25）接触配合的下压块（29）；当螺母座（13）脱离上层螺纹段（11），且下压块（29）未与连接板（25）接触时，锁定杆（23）位于卡口（24）上方；当锁定杆（23）与卡口（24）卡接时，螺母座（13）位于光杆段（12）；

解锁机构，包括套装在所述螺杆（4）上的第三压簧（30），第三压簧（30）上端与螺母座（13）下端固定连接，安装板（28）上固定有解锁杆（31），防护壳体（2）内壁上固定有铰接座（32），铰接座（32）上铰接有拨杆（33），拨杆（33）上部用于与解锁杆（31）接触配合，拨杆（33）下部位于防护壳体（2）和连接板（25）间，拨杆（33）下部与连接板（25）接触配合；

放线机构，包括放线壳体（34），所述放线壳体（34）下端固定有支腿（35），放线壳体（34）上端安装有放线架（36），放线架（36）上安装有放线辊筒（37）和放线驱动电机（38），放线驱动电机（38）与放线辊筒（37）连接、驱动放线辊筒（37）转动，放线辊筒（37）上缠绕安装有抗拉电缆（39），抗拉电缆（39）上设有刻度，抗拉电缆（39）与观测驱动电机（3）连接用于承拉观测驱动电机（3）且为观测驱动电机（3）传输电能。

2.根据权利要求1所述的水文地质勘探地下水位观测装置，其特征在于，所述放线壳体（34）上安装有至少三个紧定手柄（40），紧定手柄（40）与放线壳体（34）螺母连接，紧定手柄（40）用于压紧观测井（1）上端。

3.根据权利要求1所述的水文地质勘探地下水位观测装置，其特征在于，所述第一水位传感器（7）和第二水位传感器（8）通过螺旋电缆（41）与抗拉电缆（39）电连接。

4.根据权利要求1所述的水文地质勘探地下水位观测装置，其特征在于，所述放线壳体（34）上开有放线口（42），锁定杆（23）与卡口（24）卡接时，放线口（42）位于观测驱动电机（3）正上方。

5.根据权利要求1所述的水文地质勘探地下水位观测装置，其特征在于，所述防护壳体（2）上安装有控制箱（43），控制箱（43）内设有单片机（44）和无线收发模块（45），单片机（44）与无线收发模块（45）、观测驱动电机（3）、放线驱动电机（38）、第一水位传感器（7）和第二水位传感器（8）电连接。

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