CN114323810A - 一种水文地质用水位观测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液位的测量技术领域，方案为一种水文地质用水位观测装置，包括便携式支架、安装框架、储液筒，便携式支架包括水平安装座、平行撑杆和地脚，安装框架的中部开设有纵向贯穿的放线槽，卷扬滚筒的一端和驱动电机的输出轴之间安装有扭矩指示盒，驱动电机的输出轴上固定有扭矩指针，储液筒的顶端铰接有浮球杆，浮球杆的顶端连接有浮力球，浮球杆上套接有联动开关杆组；水平安装座在一定容错范围内保持水平程度的能力，容易保持水平度，通过扭矩指针的变化来判断储液筒是否接触液面，解决了现有技术中线绳存在多放的情况而造成测量误差的问题，通过浮力球受到浮力控制浮球杆带动联动开关杆组移动，避免了取样中不同水层之间互相干扰的情况。

Description

一种水文地质用水位观测装置

技术领域

本发明涉及液位的测量技术领域，特别涉及一种水文地质用水位观测装置。

背景技术

水文地质是地质学分支学科，指自然界中地下水的各种变化和运动的现象，它主要是研究地下水的分布和形成规律，地下水的物理性质和化学成分，地下水资源及其合理利用，地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。水位观测指河流、湖泊和地下水等的水位的实地测定，水文测验的基本项目之一，常用的有水尺、浮子式水位计、压力传感器式水位计、气泡式水位计、超声波水位计、激光水位计等多种形式。野外环境中有源设备的水位测验设施，由于需要电源供电，使用电子元器件，易老化，故障多，造价高，且都不是很完善，存在着许多不足，故应用领域窄，不易推广和普及，可靠性不够高。

中国专利CN202111510621.0公开了一种长期地下水位观测装置及其观测方法，将机械式结构的浮标式液位计安装于地下水，根据浮标式液位计的浮漂随水位变化上下浮动，而使得软标尺上表征地下水液位的刻度读数相应变化，通过采集刻度读数的图像来直接读数，这样，相较于超声波、激光雷达测距等水位观测方式，无需进行仪器信号转换，直接获取标尺上的刻度读数图像能够保证最大的精确性，避免了压力式水位计大气压力不稳定的问题，考虑了野外长期地下水位观测时的安装条件。中国专利CN202011197084.4公开了一种地热井水位观测装置及观测方法，利用伺服电机同时带动绕辊转动和导向组件导向，使得套绳能够均匀的缠绕在绕辊上，保证套绳单层的缠绕在绕辊上，提高测量精度；在漂浮组件触碰到水位液面后自动对伺服电机断电，保持水位观测高度不变。中国专利CN202111120227.6公开了水文地质多层地下水水位观测装置，在基座上开设有气槽的结构和接管，在接管的内部安装有气管，气管在与外部的高压气源相连接时，可通过高压气体从气槽的内部吹出，利用气体吹出时产生的反作用力推动着装置进行下潜，避免了装置受阻无法顺利取样的情况出现的设计的问题，当水流经进水孔进入到取样管的内部时，会将取样管进行填充，当取样管内部的水流填充完成后，塞柱会对进水孔进行堵塞，以达到防止其余水流进入到取样管的内部对水样造成影响的问题出现。中国专利CN202010911393.7公开了一种水文地质孔的多层地下水水位观测装置，CN202110015181.5公开了一种水文地质勘探地下水位观测器，CN201910023123.X公开了一种水文地质勘探地下水位观测器，均是通过电动机传动的方式放下储液筒，实现取样和水位测量的工作。

然而，在水文地质学中，由于开展作业的条件如地下河等所处的野外条件比较艰苦，环境复杂，若要做成和水文站相同的标准观测设施，预算成本会大大增加，便携性和可靠性也不够强，因此，在野外开展水文地质试验和观测，设备的便携性和可靠性需要工作人员考虑。水文勘察观测地下水的水位动态时，观测时需要针对于不同高度进行水位的取样观测操作，同时对更多水层取样能够提高效率，但同时取样过程的启闭以及避免不同水层之间的互相干扰需要进一步解决，线绳的拉放无论是通过工具还是人工，线绳都会存在多放的情况，而多放的线绳不会因为浮球漂浮在液面就被收回，因而会造成一定程度的测量误差，该测量误差需要进行修订和进一步消减。

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一种水文地质用水位观测装置，水平安装座在一定容错范围内保持水平程度的能力，容易保持水平度，通过扭矩指针的变化来判断储液筒是否接触液面，解决了现有技术中线绳存在多放的情况而造成测量误差的问题，通过浮力球受到浮力控制浮球杆带动联动开关杆组移动，避免了同时对更多水层取样过程中不同水层之间的互相干扰的情况，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种水文地质用水位观测装置，技术方案如下：

包括便携式支架、安装框架、储液筒，其特征在于：

所述便携式支架包括水平安装座、平行撑杆和地脚，所述水平安装座为六棱台形结构，所述水平安装座的四周分别通过铰链与平行撑杆之间铰接，两根所述平行撑杆作为一组，共分3组均匀分布在水平安装座的外缘，每一组所述平行撑杆的底端通过铰链铰接有立方体对称结构的地脚，所述地脚的内侧设置由滑槽组成的滑台，所述地脚的顶部中心和底部中心贯穿有纵安装孔，所述地脚的后侧面对称开设有多个横安装孔；

所述安装框架的底部设置有与水平安装座配合的底部安装座，所述安装框架的中部开设有纵向贯穿的放线槽，所述放线槽的一侧设置有固定在安装框架上的转轴架，所述放线槽的另一侧设置有固定在安装框架上的电机架，所述转轴架的中部通过轴承转动安装有卷扬滚筒，所述卷扬滚筒上绕接有水位传输绳，所述电机架的上方固定安装有驱动电机，所述卷扬滚筒的一端和驱动电机的输出轴之间安装有扭矩指示盒，所述扭矩指示盒包括圆腔外壳和涡卷弹簧，所述圆腔外壳与卷扬滚筒的一端固定，所述涡卷弹簧的内端与驱动电机的输出轴固定，所述驱动电机的输出轴上固定有扭矩指针；

所述储液筒的顶端与水位传输绳连接，所述储液筒的底端设置有配重钢锥，所述储液筒的四周均匀分布有若干导向滑杆，所述储液筒内均匀开设有多组储液腔，所述储液筒的侧壁开设有与储液腔数量相同的进水口，所述进水口设在对应的储液腔顶部侧壁，所述导向滑杆上套接有与储液腔数量相同的滑套组，所述滑套组分为滑套内圈和滑套导向环，所述滑套内圈的内壁与储液筒的外壁滑动配合，所述滑套导向环与导向滑杆滑动配合，所述导向滑杆上设置有弹簧元件，所述弹簧元件分别与滑套导向环串联，所述储液筒的顶端铰接有浮球杆，所述浮球杆的顶端连接有浮力球，所述浮球杆上套接有联动开关杆组，所述联动开关杆组与滑套内圈分别连接。

优选的是，所述水平安装座的中心开设有纵向贯穿的放线孔，所述水平安装座的四周均匀开设有与底部安装座配合的卡槽，所述安装框架与水平安装座配合后放线槽与放线孔之间同心设置。

优选的是，所述平行撑杆采用带内锁的可固定伸缩杆。

优选的是，所述安装框架的一侧固定有电源盒，所述电源盒内置锂电池组和启闭开关，所述电源盒内的锂电池组与驱动电机之间通过电路连接。

优选的是，所述水位传输绳采用不锈钢丝索，所述放线槽的上方安装有导向轮，所述导向轮采用滚珠轴承结构。

优选的是，所述涡卷弹簧的外圆周设有刻度指示标，所述浮力球设置为空心腔体结构，所述浮力球采用不锈钢薄壁结构制造，所述浮力球的直径与厚度的比例不小于100。

优选的是，所述进水口设有不锈钢滤网，所述导向滑杆设置为3组，所述储液腔设置为3组。

本发明至少包括以下有益效果：

1、地脚具备良好的扩展能力，能够实现在多种条件下完成测试，由立方体对称结构的地脚和平行撑杆、水平安装座之间形成平行四边形并联结构，能够实现水平安装座在三个地脚不同位置时依然保持水平的能力，解决由于环境安装问题带来的水平安装座水平度不够的问题，水平安装座在一定容错范围内保持水平程度的能力，方便使用，容易保持水平度，使用过程中处理速度快、便携性高，解决了现有技术中便携性和可靠性的问题；

2、扭矩指示盒能够指示水位传输绳的负载扭矩，当储液筒悬空时，负载扭矩要承担储液筒的质量，当储液筒接触水面时，负载扭矩变小，当储液筒收集水的样本时，负载扭矩又会变大，将刻度指示标进行一次标定后，即可通过扭矩指针的变化来判断储液筒是否接触液面，以及是否完成了采集样本的任务，解决了现有技术中线绳存在多放的情况而造成测量误差的问题；

3、通过浮力球受到浮力控制浮球杆带动联动开关杆组移动，打开进水口，让水分别从不同的水层同时进入对应的储液腔，当水流入储液腔后根据负载扭矩的变化判断是否完成采样，完成采样后通过水位传输绳拉起储液筒，由于储液筒拉升过程中浮力球丧失浮力，在重力的作用下坠落提供压力，带动滑套组堵塞进水口，切断进水口的通道，避免混淆不同水层的样本以及避免储液腔内的水流出，解决了高效率同时对更多水层取样过程中不同水层之间的互相干扰的问题。

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为本发明的左侧视图；

图2为本发明的右侧视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为安装框架的主视图；

图5为扭矩指示盒的结构示意图；

图6为储液筒的侧视图；

图7为储液筒的剖视图。

图中：1、便携式支架；2、安装框架；3、储液筒；4、水平安装座；5、平行撑杆；6、地脚；7、滑台；8、纵安装孔；9、横安装孔；10、底部安装座；11、放线槽；12、卷扬滚筒；13、水位传输绳；14、驱动电机；15、扭矩指示盒；16、圆腔外壳；17、涡卷弹簧；18、扭矩指针；19、配重钢锥；20、导向滑杆；21、储液腔；22、进水口；23、滑套组；24、弹簧元件；25、浮球杆；26、浮力球；27、联动开关杆组；28、电源盒；29、导向轮；30、不锈钢滤网。

具体实施方式

下面结合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。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

根据图1-7所示，本发明提供了一种水文地质用水位观测装置，技术方案如下：

包括便携式支架1、安装框架2、储液筒3，便携式支架1包括水平安装座4、平行撑杆5和地脚6，水平安装座4为六棱台形结构，水平安装座4的中心开设有纵向贯穿的放线孔，水平安装座4的四周分别通过铰链与平行撑杆5之间铰接，两根平行撑杆5作为一组，共分3组均匀分布在水平安装座4的外缘，每一组平行撑杆5的底端通过铰链铰接有立方体对称结构的地脚6，地脚6的内侧设置由滑槽组成的滑台7，地脚6的顶部中心和底部中心贯穿有纵安装孔8，地脚6的后侧面对称开设有多个横安装孔9，由滑台7、纵安装孔8、横安装孔9组成的地脚6具备良好的扩展能力，能够实现在多种条件下（如加长安装、加高安装、侧位安装）完成测试，由立方体对称结构的地脚6和平行撑杆5、水平安装座4之间形成平行四边形并联结构，根据机械原理可知，这种结构能够实现水平安装座4在三个地脚6不同位置时依然保持水平的能力，由于实际测试环境的复杂程度，并不能完全保证选取等边三角形组成的支撑区域，这种结构则能够解决由于环境安装问题带来的水平安装座4水平度不够的问题，水平安装座4在一定容错范围内保持水平程度的能力，方便使用，容易保持水平度，使用过程中处理速度快、便携性高，解决了现有技术中便携性和可靠性的问题；

安装框架2的底部设置有与水平安装座4配合的底部安装座10，水平安装座4的四周均匀开设有与底部安装座10配合的卡槽，卡槽用于底部安装座10和水平安装座4之间卡接安装，安装框架2的中部开设有纵向贯穿的放线槽11，放线槽11的上方安装有导向轮29，安装框架2与水平安装座4配合后放线槽11与放线孔之间同心设置，放线槽11的一侧设置有固定在安装框架2上的转轴架，放线槽11的另一侧设置有固定在安装框架2上的电机架，转轴架的中部通过轴承转动安装有卷扬滚筒12，卷扬滚筒12上绕接有水位传输绳13，放线槽11的作用是预置空间，提供水位传输绳13的工作通道，导向轮29的作用是调整水位传输绳13的角度，由于水位传输绳13是缠绕在卷扬滚筒12上，在收放水位传输绳13的过程中，水位传输绳13与竖直之间的夹角一直在变化，通过导向轮29后水位传输绳13变为竖直向下的方向，电机架的上方固定安装有驱动电机14，驱动电机14为卷扬滚筒12提供旋转的动力，卷扬滚筒12的一端和驱动电机14的输出轴之间安装有扭矩指示盒15，扭矩指示盒15包括圆腔外壳16和涡卷弹簧17，圆腔外壳16与卷扬滚筒12的一端固定，涡卷弹簧17的内端与驱动电机14的输出轴固定，涡卷弹簧17的外圆周设有刻度指示标，驱动电机14的输出轴上固定有扭矩指针18，安装框架2的一侧固定有电源盒28，电源盒28内置锂电池组和启闭开关，电源盒28内的锂电池组与驱动电机14之间通过电路连接，工作人员通过启闭开关控制驱动电机14，驱动电机14带动卷扬滚筒12旋转，通过水位传输绳13调整储液筒3的高度，其中，由于驱动电机14和卷扬滚筒12之间安装了扭矩指示盒15，能够指示水位传输绳13的负载扭矩，而负载扭矩不同，涡卷弹簧17的扭转角大小也不相同，通过扭矩指针18和对应的刻度指示标可以显示，根据浮力的原理，当储液筒3悬空时，负载扭矩要承担储液筒3的质量，当储液筒3接触水面时，负载扭矩变小，当储液筒3收集水的样本时，负载扭矩又会变大，将刻度指示标进行一次标定后，即可通过扭矩指针18的变化来判断储液筒3是否接触液面，以及是否完成了采集样本的任务，解决了现有技术中线绳存在多放的情况而造成测量误差的问题；

储液筒3的顶端与水位传输绳13连接，储液筒3的底端设置有配重钢锥19，配重钢锥19用于提供储液筒3下潜的重力，储液筒3的四周均匀分布有若干导向滑杆20，导向滑杆20用于提供滑行的轨道，储液筒3内均匀开设有多组储液腔21，储液腔21用于提供样本的采集空间，储液筒3的侧壁开设有与储液腔21数量相同的进水口22，进水口22用于让水流经进水口22进入储液腔21，进水口22设在对应的储液腔21顶部侧壁，进水口22设有不锈钢滤网30，不锈钢滤网30用于过滤异物和杂质，在水情不明的情况下避免异物堵塞进水口22，导向滑杆20上套接有与储液腔21数量相同的滑套组23，滑套组23分为滑套内圈和滑套导向环，滑套内圈的内壁与储液筒3的外壁滑动配合，滑套导向环与导向滑杆20滑动配合，导向滑杆20上设置有弹簧元件24，弹簧元件24用于提供弹性恢复力，弹簧元件24分别与滑套导向环串联，储液筒3的顶端铰接有浮球杆25，浮球杆25的顶端连接有浮力球26，浮力球26设置为空心腔体结构，浮力球26用于提供浮力，浮球杆25上套接有联动开关杆组27，联动开关杆组27与滑套内圈分别连接，由于浮力球26的空间位置关系，当浮力球26受到浮力时，储液筒3完成了下潜工作，而此时储液筒3相对于浮力球26的下沉，会让浮球杆25与储液筒3顶面之间的夹角发生变化，浮球杆25带动联动开关杆组27向上移动，打开进水口22，让水分别从不同的水层同时进入对应的储液腔21，当水流入储液腔21后根据负载扭矩的变化判断是否完成采样，完成采样后通过水位传输绳13拉起储液筒3，由于储液筒3拉升过程中浮力球26丧失浮力，在重力的作用下坠落提供压力，带动滑套组23堵塞进水口22，切断进水口22的通道，避免混淆不同水层的样本以及避免储液腔21内的水流出，解决了高效率同时对更多水层取样过程中不同水层之间的互相干扰的问题。

一个优选方案中，平行撑杆5采用带内锁的可固定伸缩杆，水位传输绳13采用不锈钢丝索，导向轮29采用滚珠轴承结构，浮力球26采用不锈钢薄壁结构制造，浮力球26的直径与厚度的比例不小于100，导向滑杆20设置为3组，储液腔21设置为3组。

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图例。

Claims (8)

1.一种水文地质用水位观测装置，包括便携式支架（1）、安装框架（2）、储液筒（3），其特征在于：

所述便携式支架（1）包括水平安装座（4）、平行撑杆（5）和地脚（6），所述水平安装座（4）为六棱台形结构，所述水平安装座（4）的四周分别通过铰链与平行撑杆（5）之间铰接，两根所述平行撑杆（5）作为一组，共分3组均匀分布在水平安装座（4）的外缘，每一组所述平行撑杆（5）的底端通过铰链铰接有立方体对称结构的地脚（6），所述地脚（6）的内侧设置由滑槽组成的滑台（7），所述地脚（6）的顶部中心和底部中心贯穿有纵安装孔（8），所述地脚（6）的后侧面对称开设有多个横安装孔（9）。

2.根据权利要求1所述的一种水文地质用水位观测装置，其特征在于：所述安装框架（2）的底部设置有与水平安装座（4）配合的底部安装座（10），所述安装框架（2）的中部开设有纵向贯穿的放线槽（11），所述放线槽（11）的一侧设置有固定在安装框架（2）上的转轴架，所述放线槽（11）的另一侧设置有固定在安装框架（2）上的电机架，所述转轴架的中部通过轴承转动安装有卷扬滚筒（12），所述卷扬滚筒（12）上绕接有水位传输绳（13），所述电机架的上方固定安装有驱动电机（14），所述卷扬滚筒（12）的一端和驱动电机（14）的输出轴之间安装有扭矩指示盒（15），所述扭矩指示盒（15）包括圆腔外壳（16）和涡卷弹簧（17），所述圆腔外壳（16）与卷扬滚筒（12）的一端固定，所述涡卷弹簧（17）的内端与驱动电机（14）的输出轴固定，所述驱动电机（14）的输出轴上固定有扭矩指针（18）。

3.根据权利要求1所述的一种水文地质用水位观测装置，其特征在于：所述储液筒（3）的顶端与水位传输绳（13）连接，所述储液筒（3）的底端设置有配重钢锥（19），所述储液筒（3）的四周均匀分布有若干导向滑杆（20），所述储液筒（3）内均匀开设有多组储液腔（21），所述储液筒（3）的侧壁开设有与储液腔（21）数量相同的进水口（22），所述进水口（22）设在对应的储液腔（21）顶部侧壁，所述进水口（22）设有不锈钢滤网（30），所述导向滑杆（20）设置为3组，所述储液腔（21）设置为3组，所述导向滑杆（20）上套接有与储液腔（21）数量相同的滑套组（23），所述滑套组（23）分为滑套内圈和滑套导向环，所述滑套内圈的内壁与储液筒（3）的外壁滑动配合，所述滑套导向环与导向滑杆（20）滑动配合，所述导向滑杆（20）上设置有弹簧元件（24），所述弹簧元件（24）分别与滑套导向环串联，所述储液筒（3）的顶端铰接有浮球杆（25），所述浮球杆（25）的顶端连接有浮力球（26），所述浮球杆（25）上套接有联动开关杆组（27），所述联动开关杆组（27）与滑套内圈分别连接。

4.根据权利要求1所述的一种水文地质用水位观测装置，其特征在于：所述水平安装座（4）的中心开设有纵向贯穿的放线孔，所述水平安装座（4）的四周均匀开设有与底部安装座（10）配合的卡槽，所述安装框架（2）与水平安装座（4）配合后放线槽（11）与放线孔之间同心设置。

5.根据权利要求1所述的一种水文地质用水位观测装置，其特征在于：所述平行撑杆（5）采用带内锁的可固定伸缩杆。

6.根据权利要求1所述的一种水文地质用水位观测装置，其特征在于：所述安装框架（2）的一侧固定有电源盒（28），所述电源盒（28）内置锂电池组和启闭开关，所述电源盒（28）内的锂电池组与驱动电机（14）之间通过电路连接。

7.根据权利要求2所述的一种水文地质用水位观测装置，其特征在于：所述水位传输绳（13）采用不锈钢丝索，所述放线槽（11）的上方安装有导向轮（29），所述导向轮（29）采用滚珠轴承结构。

8.根据权利要求2所述的一种水文地质用水位观测装置，其特征在于：所述涡卷弹簧（17）的外圆周设有刻度指示标，所述浮力球（26）设置为空心腔体结构，所述浮力球（26）采用不锈钢薄壁结构制造，所述浮力球（26）的直径与厚度的比例不小于100。

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