CN113670414A - 一种水位监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水位监测装置，包括使用时沉于水底的装置主体，装置主体包括装置座，装置座上通过球铰结构连接有测量杆，测量杆的上端设置有水流流向指示标，水流流向指示标包括箭身，箭身的前端设置有流向指示箭头，箭身的尾端设置有流向指示箭尾，水流流向指示标上设置有水流流速测量装置，测量杆上设置有压力测量腔，压力测量腔朝向流向指示箭头的一侧设置有弹性感压膜，测量杆上还设置有用于检测所述压力测量腔内液体压强的压力传感器，测量杆上设置有用于检测测量杆与竖直方向夹角的测量杆倾角传感器。本发明的提供了一种移动方便的可对多种地带进行水深检测的水位监测装置。

Description

一种水位监测装置
技术领域
本发明涉及水文监测领域中的水位监测装置。
背景技术
水位数据即水深是水文监测中的一个重要数据参数，常见的水位监测装置均为固定式的，即在某一个固定位置设置标杆或者激光传感器，激光传感器的激光发射端朝向水面。
对于标杆而言，标杆上有固定的刻度，且标杆上的基准刻度是经过溯源校准的，因此当水深没过于某个刻度时，就说明水深到达了对应的刻度，从而实现水位监测。对于激光传感器而言，激光传感器一般设置在跨河的桥梁底部，对激光传感器的初始测量数据进行校准，河道内的水位增加时，激光传感器测量水面高度的绝对增加值，从而换算出河道的水位。
目前的这类水位监测装置都需要溯源，因此只能在固定的位置设置，然而洪水无情，遇到水灾时，街道、村落、庄稼地里可能都会是汪洋一片，这些位置无法进行溯源校准，因此无法使用现有的水位监测装置来对水深进行准确监测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种移动方便的可对多种地带进行水深检测的水位监测装置。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种水位监测装置，包括使用时沉于水底的装置主体，装置主体包括装置座，装置座上通过球铰结构连接有测量杆，测量杆的上端设置有水流流向指示标，水流流向指示标包括箭身，箭身的前端设置有流向指示箭头，箭身的尾端设置有流向指示箭尾，水流流向指示标上设置有水流流速测量装置，测量杆上设置有压力测量腔，压力测量腔朝向流向指示箭头的一侧设置有弹性感压膜，测量杆上还设置有用于检测所述压力测量腔内液体压强的压力传感器，测量杆上设置有用于检测测量杆与竖直方向夹角的测量杆倾角传感器。
装置座上设置有球槽，球铰结构包括与球槽转动配合的球头，球头固定于测量杆下端。
所述箭身通过铰接轴与测量杆上端铰接相连，铰接轴水平布置，水位监测装置还包括用于保持箭身水平的复位装置。
所述复位装置为使用时置于水面以上的漂浮复位装置，漂浮复位装置通过拉绳与箭身相连。
漂浮复位装置包括沿箭身长度方向间隔布置的前侧气球和后侧气球，前侧气球通过前侧拉绳与箭身相连，后侧气球通过后侧拉绳与箭身相连，前侧气球、后侧气球分别置于铰接轴的前后两侧。
箭身上设置有箭身倾角传感器，复位装置为用于驱动箭身相对测量杆转动的箭身驱动电机。
本发明的有益效果为：在使用时，将装置主体投入水中，在自身重力作用下，装置主体沉于水底，压力传感器测得压力测量腔内的液体压强＝P测，如果水是静止的，则P测＝ρ*g*h，式中ρ表示液体密度，g表示重力加速度，h表示弹性感压膜所在深度，然而现实中的技术难题是，水流往往不是静止的，必须考虑水流流速对压力测量的影响，本发明中使用水流流向指示标，在水流的作用下，水流流向指示标带着测量杆转动，流向指示箭头用于指向水流的来向，因此弹性感压膜也就会随着水流流向指示标的转动而朝向水流的来向，水流从正面对弹性感压膜冲击，此时保证了水流流速测量装置所测量的水速与弹性感压膜所受到的冲击速度的一致性，在水流的作用下，测量杆可能会出现一定的倾斜，测量杆倾角传感器测量得到测量杆相对竖直方向的夹角为A，则F＝ρ*S*V2*cosA，该式中，F表示水流对弹性感压膜的作用力，S表示弹性感压膜的受力面积，V表示水流的流速，则P测*S＝ρ*S*V2*cosA+ρ*g*h*S，即h＝(P测-ρ*V2*cosA)/ρ*g*S从而可以换算出水深高度。由此可见，本发明中的水位监测装置，不需要去定测量基准点，因此可以根据需要，将该水位测量装置投放置任意需要水位监测的位置，比如水洪水来临时的街道里、村子里、庄稼地里等，可以准确的监测水位数据。
附图说明
图1是本发明中水位监测装置的实施例1的结构示意图；
图2是图1中测量杆倾斜后的状态示意图；
图3是图2中的C处放大图；
图4是本发明中水位监测装置的实施例2的结构示意图；
图中，1、装置座；2、球槽；3、球头；4、测量杆；5、压力测量腔；6、弹性感压膜；7、感压膜压盖；8、压力传感器；9、测量杆倾角传感器；10、铰接轴；11、上侧装置座部分；12、下侧装置座部分；13、水流流向指示标；14、箭身；15、流向指示箭头；16、流向指示箭尾；17、水流流向指示标；18、前侧拉绳；19、后侧拉绳；20、前侧气球；21、后侧气球；22、箭身倾角传感器；23、箭身驱动电机；24、水位表面。
具体实施方式
本发明中水位监测装置的实施例1如图1～3：包括使用时沉于水底的装置主体，装置主体包括装置座1，装置座1上通过球铰结构连接有竖向布置的测量杆4，装置座上设置有球槽2，球铰结构包括与球槽转动配合的球头3，球头3固定于测量杆4下端，装置座包括上下分体布置的上侧装置座部分11和下侧装置座部分12，上侧装置座部分与下侧装置座部分通过螺栓连接，球槽2由上侧装置座部分和下侧装置座部分共同围成。装置座和测量杆均由不锈钢材料制成。
测量杆4的上端设置有水流流向指示标13，水流流向指示标可以由重量较轻的碳纤维制成，水流流向指示标与风向指示标类似，其在水流的作用下，可以指示水流的来向，水流流向指示标包括箭身14，箭身14的前端设置有流向指示箭头15，箭身14的尾端设置有流向指示箭尾16，流向指示箭头和流向指示箭尾均为竖向布置的板状结构，流向指示箭头的朝向即为水流的来向。水流流向指示标上设置有用于检测水流速度的水流流速测量装置，本实施例中，水流流速测量装置包括转动轴线沿前后方向延伸的螺旋叶片17，螺旋叶片通过叶片转轴转动装配于指示箭头的前端，水流流速测量装置还包括用于检测螺旋叶片转动速度的转速传感器。
测量杆上设置有压力测量腔5，压力测量腔朝向流向指示箭头的一侧设置有弹性感压膜6，弹性感压膜由橡胶膜制成，弹性感压膜通过感压膜压盖7固定于压力测量腔上，感压膜压盖7为圆环结构，感压膜压盖7通过螺钉固定于压力测量腔上。测量杆上还设置有用于检测所述压力测量腔内液体压强的压力传感器8，测量杆上设置有用于检测测量杆与竖直方向夹角的测量杆倾角传感器9。
在本实施例中，所述箭身通过铰接轴10与测量杆4上端铰接相连，铰接轴水平布置，水位监测装置还包括用于保持箭身水平的复位装置。复位装置为使用时置于水面以上的漂浮复位装置，漂浮复位装置通过拉绳与箭身相连，漂浮复位装置包括沿箭身长度方向间隔布置的前侧气球20和后侧气球21，前侧气球20通过前侧拉绳18与箭身相连，后侧气球21通过后侧拉绳19与箭身相连，前侧气球、后侧气球分别置于铰接轴的前后两侧。漂浮复位装置与球铰结构配合，可以拉着测量杆摆正姿态，使得测量杆只在前后方向上即水流方向上产生倾斜，保证测量杆倾角传感器测量的是测量杆前后方向的倾角。
使用时，只需将本水位监测装置投放到需要监测的水域中，该水域可以是河道、街道、村庄或者田地等，使用球铰结构，使得测量杆具有多个自由度，其中包括旋转动作的自由度，前后摆动的自由度及复合自由度，可以应付各种复杂水底地形，当水位监测装置投入水底后，漂浮复位装置的前侧气球和后侧气球用于保持箭身水平，同时前侧气球和后侧气球还可以形成一种标记，方便操作人员指导水位监测装置的位置。则h＝(P测-ρ*V2*cosA)/ρ*g*S，该式中，P测表示压力传感器测得压力测量腔内的液体压强；ρ表示液体密度；g表示重力加速度；h表示弹性感压膜所在深度；F表示水流对弹性感压膜的作用力；S表示弹性感压膜的受力面积；V表示水流的流速；A表示测量杆与竖直方向的夹角即测量杆倾角传感器的读数。而弹性感压膜距离装置座的高度是已知的，因此可以计算得到水的深度。
本发明中，通过水流流向指示标的使用，使得弹性感压膜的朝向可以正朝水流来向，从而使得水流对弹性感压膜的影响是稳定可测的，考虑到水流流速对弹性感压膜压力的影响，从而可以准确的的弹性感压膜的深度，从而计算出水位高度；通过球铰结构的设置，满足了测量杆可以水平转动，使得弹性感压膜可以朝向水流来向，同时，测量杆可以相对装置座前后摆动，以适应各种不平整的复杂水底地形，无论水底地形是什么样的，可以保证弹性感压膜能随测量杆转动至朝向水流来向的方向，同时也可保证流向指示箭头和流向指示箭尾始终竖向布置。
一种水位监测装置的实施例2如图4所示：实施例2与实施例1不同的是：箭身上设置有箭身倾角传感器22，复位装置为用于驱动箭身相对测量杆转动的箭身驱动电机23。本实施例中，不使用气球作为复位装置，因此不受拉绳长度影响，可以应用于深度较深的水深使用，比如说湖水、海水里。箭身倾角传感器22测量间身的倾角，箭身驱动电机驱动箭身相对测量杆转动，调整箭身至水平，这样水流流速测量装置能准确的测量到水体流速。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种水位监测装置，其特征在于：包括使用时沉于水底的装置主体，装置主体包括装置座，装置座上通过球铰结构连接有测量杆，测量杆的上端设置有水流流向指示标，水流流向指示标包括箭身，箭身的前端设置有流向指示箭头，箭身的尾端设置有流向指示箭尾，水流流向指示标上设置有水流流速测量装置，测量杆上设置有压力测量腔，压力测量腔朝向流向指示箭头的一侧设置有弹性感压膜，测量杆上还设置有用于检测所述压力测量腔内液体压强的压力传感器，测量杆上设置有用于检测测量杆与竖直方向夹角的测量杆倾角传感器。
2.根据权利要求1所述的水位监测装置，其特征在于：装置座上设置有球槽，球铰结构包括与球槽转动配合的球头，球头固定于测量杆下端。
3.根据权利要求1或2所述的水位监测装置，其特征在于：所述箭身通过铰接轴与测量杆上端铰接相连，铰接轴水平布置，水位监测装置还包括用于保持箭身水平的复位装置。
4.根据权利要求3所述的水位监测装置，其特征在于：所述复位装置为使用时置于水面以上的漂浮复位装置，漂浮复位装置通过拉绳与箭身相连。
5.根据权利要求4所述的水位监测装置，其特征在于：漂浮复位装置包括沿箭身长度方向间隔布置的前侧气球和后侧气球，前侧气球通过前侧拉绳与箭身相连，后侧气球通过后侧拉绳与箭身相连，前侧气球、后侧气球分别置于铰接轴的前后两侧。
6.根据权利要求3所述的水位监测装置，其特征在于：箭身上设置有箭身倾角传感器，复位装置为用于驱动箭身相对测量杆转动的箭身驱动电机。
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