CN114184514A

CN114184514A - 一种露天水源勘测系统及方法

Info

Publication number: CN114184514A
Application number: CN202210136273.3A
Authority: CN
Inventors: 王英; 李研宁; 王丽娜
Original assignee: Fifth Prospecting Team Of Shandong Coal Geology Bureau
Current assignee: Fifth Prospecting Team Of Shandong Coal Geology Bureau
Priority date: 2022-02-15
Filing date: 2022-02-15
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2042-02-15
Also published as: CN114184514B

Abstract

本发明公开了一种露天水源勘测系统，包括挡板机构、流速测量卷筒和计算芯片；流速测量卷筒布置在水体内并将测量的水流速度传递至计算芯片；挡板机构包括挡板驱动机构和挡板本体，挡板驱动机构包括电机、传动齿轮组和转轴，电机通过传动齿轮组驱动转轴旋转，挡板本体安装在转轴上，挡板本体受电机作用能够进入和离开水体；将挡板驱动机构和挡板本体布置在岸边即可配合流速测量卷筒和计算芯片实时测量水体的截面积；本发明的露天水源勘测系统利用流速测量卷筒配合挡板机构实现了露天水源截面积的实时测量，只需要挡板本体进出一次水体即可勘测出当前水源的截面积，实现了露天水源的自动化勘测。

Description

一种露天水源勘测系统及方法

技术领域

本发明涉及测量领域，尤其涉及一种用于露天水源的勘测系统和方法。

背景技术

露天水源勘测的具体内容很多，包括面积、流速、位置、悬浮物浓度等，在实际勘测工作中往往根据勘测需要测量露天水源的部分属性。在露天水源的众多属性中，截面积和悬浮物浓度这两项属性受环境影响最大，其具体数值在不同的时间里变化较大，而且露天水源的截面积与悬浮物浓度是两项有关联的属性，露天水源的悬浮物浓度、流速以及当地的地理条件会导致水体内固体沉积速率发生变化，进而改变露天水源的截面积。在当前，针对露天水源的截面积和悬浮物浓度的勘测并无固定的设备和方法，悬浮物浓度的测量依赖人工采样和实验室蒸干测量，截面积则需要在现场人工进行测量，不但勘测过程繁琐，而且截面积和悬浮物浓度的勘测工作均为独立进行，缺乏关联。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种露天水源勘测系统和方法，实时测量露天水源的截面积和水体内悬浮物浓度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种露天水源勘测系统，包括挡板机构、流速测量卷筒和计算芯片；

所述流速测量卷筒布置在水体内并将测量的水流速度传递至计算芯片；

所述挡板机构包括挡板驱动机构和挡板本体，挡板驱动机构驱动挡板本体进入和离开水体；

所述计算芯片依据公式

计算水体的截面积；

y：水体的截面积；

a：水体内的自然水流速度；

b：挡板本体进入水体后的水流速度；

c：挡板本体的面积；

露天水源内的水体自然流动时：流量=流速*截面积，设流量为x，即可得到

（公式一）

当面积为c的挡板本体插入水体后，水体的流量依然不变，此时可以得到

（公式二）

根据公式一和公式二即可得到

以上为露天水源截面积的勘测原理。

进一步的，所述挡板驱动机构包括电机、传动齿轮组和转轴，电机通过传动齿轮组驱动转轴旋转，挡板本体安装在转轴上，挡板本体受电机作用能够进入和离开水体；将挡板驱动机构和挡板本体布置在岸边即可配合流速测量卷筒和计算芯片实时测量水体的截面积。

进一步的，露天水源勘测系统还包括支架平台和收集机构，所述支架平台位于水体中，所述收集机构包括转盘、摆杆、收纳环和缓存杆，所述摆杆的中部铰接在支架平台上，摆杆的一端铰接收纳环，另一端设置拨杆，所述转盘上设置有拨片，拨杆处于拨片的旋转路径上，当拨片随着转盘旋转时，拨片将带动拨杆以及摆杆旋转；

所述缓存杆安装在支架平台上，缓存杆连接摆杆；拨片只能带动拨杆和摆杆旋转一定的角度，当拨片旋转到特定的位置后，拨片会与拨杆分离，此时摆杆将在缓存杆的作用下慢慢复位；

所述收纳环的中部设置有半透膜，收纳环中的半透膜用于过滤水体中的悬浮物，收纳环与摆杆的铰接处设置复位扭簧；所述摆杆上设置有用于测量收纳环重量的称重传感器；

本发明中的收集机构用于收集水体内的悬浮物并晾干和称重，具体过程是：转盘和拨片带动摆杆旋转，使得安装在摆杆一端的收纳环进入水体，收纳环中的半透膜过滤水体中的悬浮物；当拨片旋转到特定的位置后，拨片会与拨杆分离，此时摆杆将在缓存杆的作用下慢慢复位，收纳环将露出水面，在太阳和风的作用下晾干悬浮物，然后又称重传感器称重，根据称重传感器测量的悬浮重量即可计算水体内悬浮物浓度。

进一步的，所述收集机构还包括阻挡杆，阻挡杆安装在支架平台上，阻挡杆位于收纳环的旋转路径上，收纳环进入水体首先受到阻挡杆的作用而发生翻转，这使得半透膜表面晾干的残留的悬浮物被水流反向冲洗，在摆杆复位的时候，收纳环也会在复位扭簧的作用下复位翻转，收纳环上的半透膜在摆杆复位的过程中重新过滤水体内的悬浮物，用于下一次测量。

进一步的，露天水源勘测系统还包括动力机构，所述动力机构包括动力箱体、聚流箱体、动力螺旋、聚流螺旋和传动机构，所述聚流箱体设置有聚流喷嘴，聚流喷嘴指向收纳环，聚流螺旋安装在聚流喷嘴内，动力螺旋安装在动力箱体内，动力螺旋受水流的驱动而旋转，动力螺旋通过传动机构驱动聚流螺旋旋转，传动机构可以采用带传动机构、齿轮传动机构或者链传动机构；聚流螺旋将水加速，使水通过聚流喷嘴射向收纳环中的半透膜。

进一步的，所述动力机构还包括提升螺旋和提升管；所述支架平台上设置有立架，转盘铰接在立架上，转盘和立架上分别设置有对应的第一磁体和第二磁体，由于第一磁体和第二磁体的相互吸引，转盘被吸附在立架上而无法自由旋转，转盘上设置有多个水箱；

所述聚流箱体设置有提升接口，提升螺旋位于提升接口内，提升管的一端连接提升接口另一端固定在水箱的上方，所述动力螺旋通过传动机构驱动提升螺旋旋转，提升螺旋驱动水流动，水经过提升管到达水箱，当水箱内的水达到一定量之后，水箱的重力克服第一磁体和第二磁体的相互吸引力，进而使得转盘发生旋转，水箱随着转盘发生旋转后水箱内的水被倾倒至水体中，转盘受到另一个第一磁体和第二磁体的吸引而暂时停止旋转。

进一步的，所述传动机构中设置有编码盘和编码器，编码盘和编码器直接或者间接测量聚流螺旋的转速，聚流螺旋的转速与喷向收纳环的水流速度正相关，通过聚流螺旋的转速可以间接计算出喷向收纳环的水的体积，用于后续计算水体悬浮物浓度。

进一步的，本发明露天水源勘测系统还包括反射机构，所述反射机构包括连接环和安装在连接环上的多个反射板，反射板将太阳光反射至收纳环和半透膜，加速晾干半透膜所过滤的悬浮物。

进一步的，所述反射机构还包括球形外壳和多个热胀推杆，热胀推杆安装在球形外壳内，热胀推杆的活塞杆与连接环连接，热胀推杆内具有受热膨胀的液体；当阳光倾斜照射时，受到阳光直射的热胀推杆内的液体升温更快，液体膨胀导致该热胀推杆的活塞杆伸出的长度更长，进而使得连接环和反射板向着阳光的方向旋转，有利于更多的阳光通过反射板反射至半透膜。

本发明还提供了一种露天水源勘测方法，包括如下步骤：

步骤1：测量水体内的自然水流速度a；

步骤2：将横截面为c的挡板本体放入水体内，然后测量水体内的水流速度b；

步骤3：依据公式

计算水体的截面积；

y：水体的截面积；

a：水体内的自然水流速度；

b：挡板本体进入水体后的水流速度；

c：挡板本体的面积。

有益效果：（1）本发明的露天水源勘测系统利用流速测量卷筒配合挡板机构实现了露天水源截面积的实时测量，只需要挡板本体进出一次水体即可勘测出当前水源的截面积，实现了露天水源的自动化勘测。（2）本发明的露天水源勘测系统还配置了收集机构测量水体内的悬浮物浓度，实现了露天水源截面积和悬浮物浓度的同步勘测，不但减轻了勘测人员的工作负担，而且有利于勘测人员研究悬浮物浓度对水源截面积的实时影响。

附图说明

图1是实施例1露天水源勘测系统的应用状态图（其一）。

图2是实施例1露天水源勘测系统的应用状态图（其二）。

图3是实施例1中收集机构、动力机构和反射机构的结构图。

图4是图3的另一个视角。

图5是实施例1中收集机构的工作流程图（其一）。

图6是实施例1中收集机构的工作流程图（其二）。

图7是实施例1中收集机构的工作流程图（其三）。

图8是实施例1中收集机构的工作流程图（其四）。

图9是实施例1中反射机构的立体图。

图10是实施例1中反射机构的主视图。

其中：100、挡板机构；110、挡板本体；120、电机；130、传动齿轮组；140、转轴；200、流速测量卷筒；300、支架平台；310、立架；311、第二磁体；400、收集机构；410、转盘；411、第一磁体；412、水箱；413、拨片；420、摆杆；421、拨杆；422、称重传感器；430、收纳环；431、半透膜；440、缓存杆；450、阻挡杆；500、动力机构；510、动力箱体；520、聚流箱体；521、聚流喷嘴；522、提升接口；530、动力螺旋；540、聚流螺旋；550、传动机构；551、编码器；552、编码盘；560、提升螺旋；570、提升管；600、反射机构；610、连接环；620、反射板；630、球形外壳；640、热胀推杆。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1至图4所示，本实施例的露天水源勘测系统包括挡板机构100、流速测量卷筒200、计算芯片、支架平台300、收集机构400、动力机构500和反射机构600；

流速测量卷筒200布置在水体内并将测量的水流速度传递至计算芯片；

所述挡板机构100包括挡板驱动机构和挡板本体110，挡板驱动机构包括电机120、传动齿轮组130和转轴140，电机120通过传动齿轮组130驱动转轴140旋转，挡板本体110安装在转轴140上，挡板本体110受电机120作用能够进入和离开水体，分别如图1和图2所示；

如图5所示，支架平台300位于水体中，收集机构400包括转盘410、摆杆420、收纳环430、缓存杆440和阻挡杆450，摆杆420的中部铰接在支架平台300上，摆杆420的一端铰接收纳环430，另一端设置拨杆421；

支架平台300上设置有立架310，转盘410铰接在立架310上，转盘410和立架310上分别设置有对应的第一磁体411和第二磁体311，由于第一磁体411和第二磁体311的相互吸引，转盘410被吸附在立架310上而无法自由旋转，转盘410上设置有多个水箱412；转盘410上设置有拨片413，拨杆421处于拨片413的旋转路径上，当拨片413随着转盘410旋转时，拨片413将带动拨杆421以及摆杆420旋转；

缓存杆440安装在支架平台300上，缓存杆440连接摆杆420；拨片413只能带动拨杆421和摆杆420旋转一定的角度，当拨片413旋转到特定的位置后，拨片413会与拨杆421分离，此时摆杆420将在缓存杆440的作用下慢慢复位；

收纳环430的中部设置有半透膜431，收纳环430中的半透膜431用于过滤水体中的悬浮物，收纳环430与摆杆420的铰接处设置复位扭簧；所述摆杆420上设置有用于测量收纳环430重量的称重传感器422；

阻挡杆450安装在支架平台300上，阻挡杆450位于收纳环430的旋转路径上，收纳环430进入水体首先受到阻挡杆450的作用而发生翻转；

如图3和图4所示，动力机构500包括动力箱体510、聚流箱体520、动力螺旋530、聚流螺旋540、传动机构550、提升螺旋560和提升管570，动力箱体510和聚流箱体520均安装在支架平台300上并且位于水体的上游，聚流箱体520设置有聚流喷嘴521，聚流喷嘴521指向收纳环430，聚流螺旋540安装在聚流喷嘴521内，动力螺旋530安装在动力箱体510内，动力螺旋530受水流的驱动而旋转，动力螺旋530通过传动机构550驱动聚流螺旋540旋转，聚流螺旋540将水加速，使水通过聚流喷嘴521射向收纳环430中的半透膜431;

聚流箱体520设置有提升接口522，提升螺旋560位于提升接口522内，提升管570的一端连接提升接口522另一端固定在水箱412的上方，动力螺旋530通过传动机构550驱动提升螺旋560旋转，提升螺旋560驱动水流动，水经过提升管570到达水箱412，当水箱412内的水达到一定量之后，水箱412的重力克服第一磁体411和第二磁体311的相互吸引力，进而使得转盘410发生旋转，水箱412随着转盘410发生旋转后水箱412内的水被倾倒至水体中，转盘410受到另一个第一磁体411和第二磁体311的吸引而暂时停止旋转；

传动机构550中设置有编码盘552和编码器551，编码盘552和编码器551直接或者间接测量聚流螺旋540的转速，聚流螺旋540的转速与喷向收纳环430的水流速度正相关，通过聚流螺旋540的转速可以间接计算出喷向收纳环430的水的体积，用于后续计算水体悬浮物浓度；

如图9和图10所示，反射机构600包括连接环610、安装在连接环610上的多个反射板620、球形外壳630和多个热胀推杆640，热胀推杆640安装在球形外壳630内，热胀推杆640的活塞杆与连接环610连接，热胀推杆640内具有受热膨胀的液体；当阳光倾斜照射时，受到阳光直射的热胀推杆640内的液体升温更快，液体膨胀导致该热胀推杆640的活塞杆伸出的长度更长，进而使得连接环610和反射板620向着阳光的方向旋转，有利于更多的阳光通过反射板620反射至半透膜431。

本实施例的露天水源勘测系统主要用于勘测露天水源的截面积和水体内的悬浮物浓度，测量截面积的方法是：

（1）利用流速测量卷筒200测量水体内的自然水流速度a；

（2）将横截面为c的挡板本体110放入水体内，然后测量水体内的水流速度b；

（3）依据公式

计算水体的截面积；

y：水体的截面积；

a：水体内的自然水流速度；

b：挡板本体110进入水体后的水流速度；

c：挡板本体110的面积。

测量水体内悬浮物浓度的方法是：

（1）如图5所示，初始时，收纳环430处于水平状态并且收纳环430位于水面之上；为了方便图示，图5至图8均隐藏了反射机构600，从图3可看出，当收纳环430处于如图5所示的水平姿态时，收纳环430实际处于反射机构600的正下方，反射机构600内的反射板620正好将阳光反射至收纳环430的半透膜431上；

（2）如图6所示，随着水箱412不断的被灌满水，转盘410发生旋转，拨片413随着转盘410旋转，拨片413带动拨杆421以及摆杆420旋转；

（3）如图7所示，当拨片413运动至接近最高点的位置时，拨片413会与拨杆421分离，此后摆杆420将在缓存杆440的作用下慢慢复位；可以看出，此时的收纳环430受到阻挡杆450的作用发生翻转；

（4）如图8所示，拨片413与拨杆421分离之后，摆杆420和收纳环430同时开始复位，在复位过程中收纳环430中的半透膜431过滤来自聚流喷嘴521的水；水中的悬浮物最终滞留在半透膜431上并随着半透膜431到达如图5所示的位置，此时半透膜431上的悬浮物处于水面之上并受到反射板620反射的阳光照射，悬浮物逐渐晾干，称重传感器422测量晾干后的悬浮物的重量；编码盘552和编码器551间接测量聚流螺旋540的转速，通过聚流螺旋540的转速可以间接计算出喷向收纳环430的水的体积，根据悬浮物的重量和水的体积即可计算悬浮物的浓度；

可以看出，本实施例的收集机构400是一个循环工作的部件，收纳环430可以再次进入水体收集悬浮物，当收纳环430第二次进入水体时，收纳环430的半透膜431的表面残留晾干后的悬浮物，为了避免残留悬浮物的干扰，本实施例设置了如图7所示的阻挡杆450，阻挡杆450使得收纳环430发生翻转，来自聚流喷嘴521的水可以反向冲洗半透膜431上残留的悬浮物。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种露天水源勘测系统，其特征在于：包括挡板机构（100）、流速测量卷筒（200）和计算芯片；

所述流速测量卷筒（200）布置在水体内并将测量的水流速度传递至计算芯片；

所述挡板机构（100）包括挡板驱动机构和挡板本体（110），挡板驱动机构驱动挡板本体（110）进入和离开水体；

所述计算芯片依据公式

计算水体的截面积；

y：水体的截面积；

a：水体内的自然水流速度；

b：挡板本体（110）进入水体后的水流速度；

c：挡板本体（110）的面积。

2.根据权利要求1所述的露天水源勘测系统，其特征在于：所述挡板驱动机构包括电机（120）、传动齿轮组（130）和转轴（140），电机（120）通过传动齿轮组（130）驱动转轴（140）旋转，挡板本体（110）安装在转轴（140）上。

3.根据权利要求2所述的露天水源勘测系统，其特征在于：还包括支架平台（300）和收集机构（400），所述支架平台（300）位于水体中，所述收集机构（400）包括转盘（410）、摆杆（420）、收纳环（430）和缓存杆（440），所述摆杆（420）的中部铰接在支架平台（300）上，摆杆（420）的一端铰接收纳环（430），另一端设置拨杆（421），所述转盘（410）上设置有拨片（413），拨杆（421）处于拨片（413）的旋转路径上，所述缓存杆（440）安装在支架平台（300）上，缓存杆（440）连接摆杆（420）；

所述收纳环（430）的中部设置有半透膜（431），收纳环（430）与摆杆（420）的铰接处设置复位扭簧；所述摆杆（420）上设置有用于测量收纳环（430）重量的称重传感器（422）。

4.根据权利要求3所述的露天水源勘测系统，其特征在于：所述收集机构（400）还包括阻挡杆（450），阻挡杆（450）安装在支架平台（300）上，阻挡杆（450）位于收纳环（430）的旋转路径上。

5.根据权利要求4所述的露天水源勘测系统，其特征在于：还包括动力机构（500），所述动力机构（500）包括动力箱体（510）、聚流箱体（520）、动力螺旋（530）、聚流螺旋（540）和传动机构（550），所述聚流箱体（520）设置有聚流喷嘴（521），聚流喷嘴（521）指向收纳环（430），聚流螺旋（540）安装在聚流喷嘴（521）内，动力螺旋（530）安装在动力箱体（510）内，动力螺旋（530）通过传动机构（550）驱动聚流螺旋（540）旋转。

6.根据权利要求5所述的露天水源勘测系统，其特征在于：所述动力机构（500）还包括提升螺旋（560）和提升管（570）；

所述支架平台（300）上设置有立架（310），转盘（410）铰接在立架（310）上，转盘（410）和立架（310）上分别设置有对应的第一磁体（411）和第二磁体（311），转盘（410）上设置有多个水箱（412）；

所述聚流箱体（520）设置有提升接口（522），提升螺旋（560）位于提升接口（522）内，提升管（570）的一端连接提升接口（522）另一端固定在水箱（412）的上方，所述动力螺旋（530）通过传动机构（550）驱动提升螺旋（560）旋转。

7.根据权利要求6所述的露天水源勘测系统，其特征在于：所述传动机构（550）中设置有编码盘（552）和编码器（551），编码盘（552）和编码器（551）直接或者间接测量聚流螺旋（540）的转速。

8.根据权利要求7所述的露天水源勘测系统，其特征在于：还包括反射机构（600），所述反射机构（600）包括连接环（610）和安装在连接环（610）上的多个反射板（620），反射板（620）将太阳光反射至收纳环（430）。

9.根据权利要求8所述的露天水源勘测系统，其特征在于：所述反射机构（600）还包括球形外壳（630）和多个热胀推杆（640），热胀推杆（640）安装在球形外壳（630）内，热胀推杆（640）的活塞杆与连接环（610）连接。

10.一种露天水源勘测方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：测量水体内的自然水流速度a；

步骤2：将横截面为c的挡板本体（110）放入水体内，然后测量水体内的水流速度b；

步骤3：依据公式

计算水体的截面积；

y：水体的截面积；

a：水体内的自然水流速度；

b：挡板本体（110）进入水体后的水流速度；

c：挡板本体（110）的面积。