CN113108768A - 一种具有自保护功能的水文水资源勘测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水文勘测技术领域，且公开了一种具有自保护功能的水文水资源勘测装置，包括装置外壳和锚索，所述装置外壳的顶部固定安装有勘测设备，所述装置外壳底部平行安装有两个导向板。本发明通过拉力传感器和压力传感器对锚索受到的拉力进行实时监控，锚索受力取决的水流速度和装置在水中受水压面积，当拉力传感器和压力传感器的叠加压力达到设定阈值之后，控制器会启动电机，经过传动后导板本体会倾斜，导板本体受到水流冲击会产生向上分力，将装置整体在水中提升，减小吃水深度，降低装置受水流的冲击面积，减小装置受力大小，减小锚索受力，有效保护锚索不会被拉断。

Description

一种具有自保护功能的水文水资源勘测装置

技术领域

本发明属于水文勘测技术领域，具体是一种具有自保护功能的水文水资源勘测装置。

背景技术

水文勘测是指为江河治理和水资源开发利用，保护而进行勘测，其主要任务是在拟定开发的水域或者研究水域，对该水域进行短期或者长期勘测，调查有关自然现象，及其规律，为优化水利规划，保护环境和开发工程等提供有效的科学依据。

水水文勘测浮标是水资源勘测装置的移动，该类浮标分为固定浮标和漂流浮标，固定浮标通常用于对水环境进行较长时间勘测用，其能在水流中保持稳定，是因为通过锚勾嵌入到水底，从而将浮标相对于该水域固定，但是浮标在流动的水流中，其时时刻刻受到水流的冲击，并且在大雨过后，水位上涨，水流湍急，其所承受的水压便更大，容易因为水压而冲断锚索。

并且现有浮标在水中其电力来源是通过自身发电装置进行发现，现有的多用太阳能进行发电，太阳能发电受到天气环境因素影响较大，不稳定，在流动水流中，我们采取一种新的更加稳定供电方式。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，本发明提供了一种具有自保护功能的水文水资源勘测装置，具有自我保护，减小水压和发电稳定的优点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有自保护功能的水文水资源勘测装置，包括装置外壳和锚索，所述装置外壳的顶部固定安装有勘测设备，所述装置外壳底部平行安装有两个导向板，所述装置外壳内腔的底部固定安装有测压装置、蓄电池、控制器、电机和发电装置，所述测压装置和锚索固定连接，两个所述导向板的中部活动安装有对力导向机构，所述对力导向机构包括导板本体，所述导板本体的两侧活动安装有转动轴，所述转动轴的端口处固定安装有齿轮，所述齿轮一侧啮合连接有蜗杆，所述蜗杆的顶部通过一传动杆与位于装置外壳内腔中的电机的主轴固定连接，所述转动轴的两端分别与两个导向板活动连接，所述导板本体的后端勾接有两个拉簧，所述拉簧的顶端与装置外壳的底部勾接；所述电机的主轴向下与对力导向机构的传动连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述装置外壳的底部还固定安装有空心圆筒，所述空心圆筒的内侧安装有转动叶，所述转动叶的主轴与发电装置中的转子传动连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述测压装置包括固定架，所述固定架顶部有的内侧固定安装有拉力传感器，所述固定架顶部内侧的折弯处固定安装有定滑轮，所述拉力传感器的内侧勾接有拉簧，所述拉簧的另一端勾接有拉绳，所述定滑轮绕接在定滑轮表面，所述拉绳的表面固定安装有滑块，所述滑块的两端与固定架活动卡接，所述固定架的底部固定安装有压力传感器，所述滑块的左端延伸出固定架并位于压力传感器的正上方，所述固定架固定安装于装置外壳内腔的底部，所述拉绳的底端与锚索固定连接，锚索沉入水底嵌入泥土中，将装置的位置相对固定住，拉绳与锚索连接，锚索拉住拉绳，拉力传感器和压力传感器为同一型号，均为费波斯FA407。

作为本发明的一种优选技术方案，所述导板本体由底板和前侧竖板构成，所述底板的前后两侧分别为三角形和平直状态，所述前侧竖板为箭头形竖板，所述底板和前侧竖板为一体成型。

作为本发明的一种优选技术方案，所述导板本体初始状态下为水平状态，所述前侧竖板的箭头指向始终与其当前所处水域的水流方向相反，前侧竖板的主要是由两块相夹角的竖板组成，水流流过前侧竖板之后，水流会在前侧竖板的两块竖板上施压，当前侧竖板的箭头指向与水流方向不平行时，两块竖板上受到的水压不同，只有在水流方向与前侧竖板指向相反时，两块竖板上受到的水压相同，但是对于该装置而言，矫正姿态起到主要作用的是两块导向板，整个装置的矫正原理类似于风向标。

作为本发明的一种优选技术方案，所述控制器与勘测设备、蓄电池、电机、发电装置、拉力传感器和压力传感器电连接，所述蓄电池与电机和发电装置电连接，控制器直接可直接对蓄电池、电机、发电装置、拉力传感器和压力传感器发出控制指令，而蓄电池直接为勘测设备、电机和发电装置供电。

作为本发明的一种优选技术方案，所述固定架分为两部分上部水平部分和下部竖直部分，所述固定架的下部竖直部分两侧均开设有矩形通槽，所述滑块的两端卡接于该矩形通槽之内，滑块两端均卡接于该矩形通槽之内时，可以保证滑块在上下移动时保持稳定，防止在拉绳绷直之后滑块可能发生的轴向转动或者倾斜等。

作为本发明的一种优选技术方案，所述导板本体的后侧表面设置有两个勾环，两个所述勾环均勾接有一个拉簧，且导板本体保持水平状态下拉簧也保持不拉伸的原状态，拉簧的主要作用是保持导板本体的平整状态，当导板本体受到转动轴带动其箭头一端向上抬起时，拉簧会拉升，具备一定弹力将导板本体向回拉，但是现有这样就令导板本体同时具备了两个支点，就此增加了整个导板本体的稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明通过设置对力导向机构、拉力传感器、拉簧、拉绳、滑块、压力传感器等装置，在雨季洪水期拉簧被拉伸后，当拉簧受到的拉力值大于第一阈值时，或压力传感器测得的压力值大于第二阈值时，控制器控制电机启动并通过传动杆带动蜗杆转动，使齿轮和转动轴转动，转动轴带动整个导板本体向上转动，进一步调整导板本体的角度，使导板本体转动抬起后向上迎着水流方向并与水流方向形成不同的角度，水流对导板本体的冲击力作用于倾斜的导板本体底面后，会对导板本体产生向上的推力，导板本体受到的向上的推力后，在拉绳和锚索拉力的限制作用下，导板本体被向上推动，进而带动整个装置向上的运动，并向锚索所在位置的垂直线方向运动，随着装置的持续运动，自身在水中的位置会进一步升高，吃水深度会进一步降低，进一步减少受水流冲击面积，降低因较大水流冲击造成损坏的风险。

2.本发明通过控制拉力传感器和压力传感器，在本装置受到外界水流的冲击过程中，当拉力传感器受到的拉力大于第一阈值，压力传感器受到的压力值为小于第二阈值时，控制器通过电机蜗杆、齿轮、转动轴带动导板本体向上转动的角度，调节的角度与拉力传感器受到拉力变化的二阶进行调节；当拉力传感器受到的拉力大于第一阈值，压力传感器受到的压力值为大于第二阈值时，控制器通过电机蜗杆、齿轮、转动轴带动导板本体向上转动的角度，调节的角度与压力传感器受到的压力变化的三阶进行调节；上述对导板本体翻转角度的调节方式为曲线的，能随着水流冲击力的变化而变化，能实时根据水流冲击做出相对应的变化，进一步的提高装置适应外界环境的能力，提高装置自我保护的效果。

3.本发明通过对拉力传感器的控制，通过在控制器内设置拉力传感器的第三阈值，且第三阈值小于第一阈值，当拉力传感器受到的拉力值小于第三阈值时，控制器控制电机启动并通过传动杆带动蜗杆转动，使齿轮和转动轴转动，转动轴带动整个导板本体向下转动，进一步调整导板本体的角度，使导板本体转动下翻后向下迎着水流方向并与水流方向形成 θ 角度，水流对导板本体的冲击力作用于倾斜的导板本体顶面后，会对导板本体产生向下的推力，导板本体受到的向下的推力后，在拉绳和锚索拉力的限制作用下，导板本体进一步被向下推动，进而带动整个装置向下的运动，保证本装置在旱季时吃水深度会进一步增加，提高本装置浸入水中的深度，一方面保证正常勘测水况，另一方面吃水深度增加后，下层流速较高的水流会提高转动叶的转速，保证转动叶正常进行发电，为本装置正常工作提供电力，保证本装置工作的稳定性。

4.本发明通过由于装置在水流中，空心圆筒的前后指向始终与水流方向平行，且装置由于锚索限位，其与水流保持相对静止，致使水流流过空心圆筒时带动转动叶转动，转动叶带动发电装置中转子转动，发电装置发电为蓄电池充电，在没有发生干旱等自然灾害的情况下，水流时正常流动的，致使其可以稳定供电，不受天气环境因素影响，稳定性高，工作效率高。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的结构侧视图；

图3为本发明的背视图；

图4为本发明对力导向机构的结构示意图；

图5为本发明装置外壳的内部结构俯视图；

图6为本发明测压装置的内部结构侧视图；

图7为本发明测压装置的内部结构的内部结构俯视图；

图8为本发明对力导向机构的结构侧视图；

图9为本发明导板本体翻转α角度的受力示意图；

图10为本发明导板本体翻转β角度的受力示意图；

图11为本发明导板本体翻转θ角度的受力示意图。

图中：1、装置外壳；2、勘测设备；3、导向板；4、测压装置；401、固定架；402、拉力传感器；403、拉簧；404、定滑轮；405、拉绳；406、滑块；407、压力传感器；5、蓄电池；6、控制器；7、电机；8、发电装置；9、对力导向机构；901、导板本体；9011、底板；9012、前侧竖板；902、转动轴；903、齿轮；904、蜗杆；905、拉簧；10、空心圆筒；11、转动叶；12、锚索。

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。

如图1至图9所示，本发明提供一种具有自保护功能的水文水资源勘测装置，包括装置外壳1和锚索12，装置外壳1的顶部固定安装有勘测设备2，装置外壳1底部平行安装有两个导向板3，装置外壳1内腔的底部固定安装有测压装置4、蓄电池5、控制器6、电机7和发电装置8，测压装置4和锚索12固定连接，两个导向板3的中部活动安装有对力导向机构9，电机7的主轴向下与对力导向机构9的传动连接。

其中，装置外壳1的底部还固定安装有空心圆筒10，空心圆筒10的内侧安装有转动叶11，转动叶11的主轴与发电装置8中的转子传动连接。空心圆筒10置于水中，其为两端开通的圆筒状，其俩端开口指向与水流方向平行，装置本身相对水流固定不动，故而水流流过空心圆筒10时会带动转动叶11转动，转动叶11则会通过传动发电装置8的转子做切割磁感线转动，发出电能为蓄电池5供电。

其中，测压装置4包括固定架401，固定架401顶部有的内侧固定安装有拉力传感器402，固定架401顶部内侧的折弯处固定安装有定滑轮404，拉力传感器402的内侧勾接有拉簧403，拉簧403的另一端勾接有拉绳405，定滑轮404绕接在定滑轮404表面，拉绳405的表面固定安装有滑块406，滑块406的两端与固定架401活动卡接，固定架401的底部固定安装有压力传感器407，滑块406的左端延伸出固定架401并位于压力传感器407的正上方，固定架401固定安装于装置外壳1内腔的底部，拉绳405的底端与锚索12固定连接，锚索12沉入水底嵌入泥土中，将装置的位置相对固定住，拉绳405与锚索12连接，锚索12拉住拉绳405，拉力传感器402和压力传感器407为同一型号，均为费波斯FA407。

其中，对力导向机构9包括导板本体901，导板本体901的两侧活动安装有转动轴902，转动轴902的端口处固定安装有齿轮903，齿轮903一侧啮合连接有蜗杆904，蜗杆904的顶部通过一传动杆与位于装置外壳1内腔中的电机7的主轴固定连接，转动轴902的两端分别与两个导向板3活动连接，导板本体901的后端勾接有两个拉簧905，拉簧905的顶端与装置外壳1的底部勾接，电机7启动后其主轴转动通过传动杆带动蜗杆904转动，致使齿轮903和转动轴902转动，转动轴902带动整个导板本体901转动，导板本体901转动时抬头向上迎着水流方向，如图9所示，水平箭头指向为水流方向，竖直箭头为导板本体901受力方向，导板本体901受水流影响其受力向上，因而带动整个装置向上的受力，其可以将装置在水中抬高，降低其吃水线深度，减少受水流冲击面积。

其中，导板本体901由底板9011和前侧竖板9012构成，底板9011的前后两侧分别为三角形和平直状态，前侧竖板9012为箭头形竖板，底板9011和前侧竖板9012为一体成型。

其中，导板本体901初始状态下为水平状态，前侧竖板9012的箭头指向始终与其当前所处水域的水流方向相反，前侧竖板9012的主要是由两块相夹角的竖板组成，水流流过前侧竖板9012之后，水流会在前侧竖板9012的两块竖板上施压，当前侧竖板9012的箭头指向与水流方向不平行时，两块竖板上受到的水压不同，只有在水流方向与前侧竖板9012指向相反时，两块竖板上受到的水压相同，但是对于该装置而言，矫正姿态起到主要作用的是两块导向板3，整个装置的矫正原理类似于风向标。

其中，控制器6与勘测设备2、蓄电池5、电机7、发电装置8、拉力传感器402和压力传感器407电连接，蓄电池5与电机7和发电装置8电连接，控制器6直接可直接对蓄电池5、电机7、发电装置8、拉力传感器402和压力传感器407发出控制指令，而蓄电池5直接为勘测设备2、电机7和发电装置8供电。

其中，固定架401分为两部分上部水平部分和下部竖直部分，固定架401的下部竖直部分两侧均开设有矩形通槽，滑块406的两端卡接于该矩形通槽之内，滑块406两端均卡接于该矩形通槽之内时，可以保证滑块406在上下移动时保持稳定，防止在拉绳405绷直之后滑块406可能发生的轴向转动或者倾斜等。

其中，导板本体901的后侧表面设置有两个勾环，两个勾环均勾接有一个拉簧905，且导板本体901保持水平状态下拉簧905也保持不拉伸的原状态，拉簧905的主要作用是保持导板本体901的平整状态，当导板本体901受到转动轴902带动其箭头一端向上抬起时，拉簧905会拉升，具备一定弹力将导板本体901向回拉，但是现有这样就令导板本体901同时具备了两个支点，就此增加了整个导板本体901的稳定性。

在雨季的暴雨之后水位上涨，水流的流速增加，一方面对整个装置的冲击增加，另一方面整个装置的吃水深度增加，装置的浮力相应的增加，进而对拉伸405和锚索12的拉力增加，锚索12通过拉绳405拉簧403，拉簧403被拉伸，从而使得拉簧403对本装置具有缓冲功能，防止较大水流或浪花直接冲击在装置上造成装置侧翻或损坏；在拉簧403被拉伸后，拉力传感器402测得拉簧403受到的拉力并传入到控制器6中；当拉簧403受到的拉力值大于第一阈值时，控制器6控制电机7启动并通过传动杆带动蜗杆904转动，使齿轮903和转动轴902转动，转动轴902带动整个导板本体901向上转动，使导板本体901转动抬起后向上迎着水流方向并与水流方向形成α角度，具体的如图9所示，水平箭头指向为水流方向，水流对导板本体901的冲击力作用于倾斜的导板本体901底面后，会对导板本体901产生向上的推力，竖直箭头为导板本体901受力方向，在拉绳405和锚索12拉力的限制作用下，导板本体901受水流向上的推力，进而带动整个装置向上的运动，并向锚索12所在位置的垂直线方向运动，随着装置的持续运动，自身在水中的位置会升高，吃水深度会降低，减少受水流冲击面积，降低因较大水流冲击造成损坏的风险。

当水流比较大时，装置受到的冲击力比较大，并通过拉绳405拉伸拉簧403使拉簧403被拉伸的长度比较长时，拉绳405向下运动，同时带动其上方的滑块406向下运动，滑块406向下运动一定距离后会挤压压力传感器407

并对压力传感器407施压，压力传感器407把测得的压力值出入控制器6中，当压力传感器407测得的压力值大于第二阈值时，控制器6控制电机7启动并通过传动杆带动蜗杆904转动，使齿轮903和转动轴902转动，转动轴902带动整个导板本体901向上转动，进一步调整导板本体901的角度，使导板本体901转动抬起后向上迎着水流方向并与水流方向形成β角度，且β大于α，具体的如图10所示，水平箭头指向为水流方向，水流对导板本体901的冲击力作用于倾斜的导板本体901底面后，会对导板本体901产生向上的推力，由于β角度增加，导板本体901受到的向上的推力增加，在拉绳405和锚索12拉力的限制作用下，导板本体901进一步被向上推动，进而带动整个装置向上的运动，并向锚索12所在位置的垂直线方向运动，随着装置的持续运动，自身在水中的位置会进一步升高，吃水深度会进一步降低，进一步减少受水流冲击面积，降低因较大水流冲击造成损坏的风险。

在雨季的雨后，暴雨之后形成的洪流实际上是时刻变化的，随着洪峰、波浪的变化，对本装置的冲击也是时刻发生变化的，因此本装置需要对冲击力的变化实时做出响应和调整，以进一步提高本装置适应外界的环境。具体的，在本装置受到外界水流的冲击过程中，当拉力传感器402受到的拉力大于第一阈值，压力传感器407受到的压力值为小于第二阈值时，控制器6通过电机蜗杆904、齿轮903、转动轴902带动导板本体901向上转动的角度，调节的角度与拉力传感器402受到的拉力变化的二阶进行调节；当拉力传感器402受到的拉力大于第一阈值，压力传感器407受到的压力值为大于第二阈值时，控制器6通过电机蜗杆904、齿轮903、转动轴902带动导板本体901向上转动的角度，调节的角度与压力传感器407受到的压力变化的三阶进行调节；通过上述对导板本体901翻转角度的调节方式为曲线的，能随着水流冲击力的变化而变化，能实时根据水流冲击做出相对应的变化，进一步的提高装置适应外界环境的能力，提高装置自我保护的效果。

在旱季降雨减少，水位下降，水流流速也会下降，对本装置的冲击力减小，本装置的吃水深度会降低，不利于本装置勘测水况；而且吃水深度降低后，上层水流速慢甚至不流动，导致转动叶11转动速度慢或无法转动，进而无法为本装置发电、供电，使本装置无法正常工作，会增加人员的维护工作量；通过在控制器内设置拉力传感器402的第三阈值，且第三阈值小于第一阈值，在该装置使用的过程中，当拉力传感器402受到的拉力值小于第三阈值时，控制器6控制电机7启动并通过传动杆带动蜗杆904转动，使齿轮903和转动轴902转动，转动轴902带动整个导板本体901向下转动，进一步调整导板本体901的角度，使导板本体901转动下翻后向下背着水流方向并与水流方向形成 θ 角度，具体的如图11所示，水平箭头指向为水流方向，水流对导板本体901的冲击力作用于倾斜的导板本体901顶面后，会对导板本体901产生向下的推力，导板本体901受到的向下的推力后，在拉绳405和锚索12拉力的限制作用下，导板本体901进一步被向下推动，进而带动整个装置向下的运动，吃水深度会进一步增加，提高本装置浸入水中的深度，一方面保证正常勘测水况，另一方面吃水深度增加后，下层流速较高的水流会提高转动叶11的转速，保证转动叶11正常进行发电，为本装置正常工作提供电力，保证本装置工作的稳定性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

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 (4)

1.一种具有自保护功能的水文水资源勘测装置，包括装置外壳(1)和锚索(12)，其特征在于：所述装置外壳(1)的顶部固定安装有勘测设备(2)，所述装置外壳(1)底部平行安装有两个导向板(3)，所述装置外壳(1)内腔的底部固定安装有测压装置(4)、蓄电池(5)、控制器(6)、电机(7)和发电装置(8)，所述测压装置(4)和锚索(12)固定连接，两个所述导向板(3)的中部活动安装有对力导向机构(9)，所述对力导向机构(9)包括导板本体(901)，所述导板本体(901)的两侧活动安装有转动轴(902)，所述转动轴(902)的端口处固定安装有齿轮(903)，所述齿轮(903)一侧啮合连接有蜗杆(904)，所述蜗杆(904)的顶部通过一传动杆与位于装置外壳(1)内腔中的电机(7)的主轴固定连接，所述转动轴(902)的两端分别与两个导向板(3)活动连接，所述导板本体(901)的后端勾接有两个拉簧(905)，所述拉簧(905)的顶端与装置外壳(1)的底部勾接；所述电机(7)的主轴向下与对力导向机构(9)的传动连接；

所述装置外壳(1)的底部还固定安装有空心圆筒(10)，所述空心圆筒(10)的内侧安装有转动叶(11)，所述转动叶(11)的主轴与发电装置(8)中的转子传动连接；

所述测压装置(4)包括固定架(401)，所述固定架(401)顶部有的内侧固定安装有拉力传感器(402)，所述固定架(401)顶部内侧的折弯处固定安装有定滑轮(404)，所述拉力传感器(402)的内侧勾接有拉簧(403)，所述拉簧(403)的另一端勾接有拉绳(405)，所述定滑轮(404)绕接在定滑轮(404)表面，所述拉绳(405)的表面固定安装有滑块(406)，所述滑块(406)的两端与固定架(401)活动卡接，所述固定架(401)的底部固定安装有压力传感器(407)，所述滑块(406)的左端延伸出固定架(401)并位于压力传感器(407)的正上方，所述固定架(401)固定安装于装置外壳(1)内腔的底部，所述拉绳(405)的底端与锚索(12)固定连接；

所述导板本体(901)由底板(9011)和前侧竖板(9012)构成，所述底板(9011)的前后两侧分别为三角形和平直状态，所述前侧竖板(9012)为箭头形竖板，所述底板(9011)和前侧竖板(9012)为一体成型；

所述导板本体(901)初始状态下为水平状态，所述前侧竖板(9012)的箭头指向始终与其当前所处水域的水流方向相反。

2.根据权利要求1所述的一种具有自保护功能的水文水资源勘测装置，其特征在于：所述控制器(6)与勘测设备(2)、蓄电池(5)、电机(7)、发电装置(8)、拉力传感器(402)和压力传感器(407)电连接，所述蓄电池(5)与电机(7)和发电装置(8)电连接。

3.根据权利要求1所述的一种具有自保护功能的水文水资源勘测装置，其特征在于：所述固定架(401)分为两部分上部水平部分和下部竖直部分，所述固定架(401)的下部竖直部分两侧均开设有矩形通槽，所述滑块(406)的两端卡接于该矩形通槽之内。

4.根据权利要求1所述的一种具有自保护功能的水文水资源勘测装置，其特征在于：所述导板本体(901)的后侧表面设置有两个勾环，两个所述勾环均勾接有一个拉簧(905)，且导板本体(901)保持水平状态下拉簧(905)也保持不拉伸的原状态。

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