CN117870825A - 一种隧道地下水位勘测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隧道地下水位勘测装置，属于隧道水位勘测技术领域。一种隧道地下水位勘测装置，包括：支撑管以及勘测机构；支撑管竖直设置并且其内部设有浮力推动组件；勘测机构包括连接管以及分别设置在连接管两端的传动机构和勘测器，传动机构设置在支撑管的顶部并与浮力推动组件连接；浮力推动组件将浮力依次传递至传动机构和勘测器，从而获取地下水位的高度。本发明通过浮力推动组件获取水位高度，通过力的方式传递至传动机构，通过电信号的方式传递至勘测器，由于浮力的变化是实时的、连续的，因此勘测器能实时、连续监测隧道内的水位变化，而且该结构简单、占地面积小，适用于隧道内水位的监测。

Description

一种隧道地下水位勘测装置

技术领域

本发明涉及隧道水位勘测技术领域，具体涉及一种隧道地下水位勘测装置。

背景技术

隧道水位勘测技术是指通过使用各种测量技术和设备来监测和测量隧道中的水位情况，常用接触式设备如测量深度仪或压力传感器等，而非接触式如声呐测量或激光测距仪。

测量深度仪可以直接测量隧道中水的深度，这种方法需要人员进入隧道并使用测量仪器将水深读数记录下来，这是一种直观的方法，但对于较深的隧道或水流较大的情况可能不太适用；

声呐测量是通过将声波发送到水面上，测量声波的反射时间来计算水位的高度，这种方法适用于较大的水面，如水槽或洞穴中的水位测量；

而压力传感器是直接安装在隧道地面或墙壁上，以测量水压的变化，当地下水位上升时，压力传感器会检测到压力的增加，从而判断出水位的高度。

鉴于上述，非接触式测量技术较为适用于隧道水位勘测，但测量精度相对低于接触式测量，而接触式测量中如压力传感器此类，只能进行点对点测量，如需实现对各个水位高度的实时监测，可能需要安装多个压力传感器，尽管如此，测量精度还是依赖于压力传感器的个数，效果欠佳，达不到实时监测之效，另外，接触式测量设备还有如电容式水位监测仪，因是用于隧道，想达到实时监测之效，势必要大体积的电容式水位监测仪进行实现，一方面架设难度较大，另一方面后续在投入使用的过程中的运维成本相对较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道地下水位勘测装置，以解决现有非接触式测量技术不适用于隧道水位测量的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种隧道地下水位勘测装置，包括：支撑管以及勘测机构；支撑管竖直设置并且其内部设有浮力推动组件；勘测机构包括连接管以及分别设置在连接管两端的传动机构和勘测器，传动机构设置在支撑管的顶部并与浮力推动组件连接；浮力推动组件将浮力依次传递至传动机构和勘测器，从而获取地下水位的高度。

进一步地，上述传动机构包括等比传动组件、输出杆件以及活塞；等比传动组件分别与浮力推动组件和输出杆件连接，输出杆件伸入到连接管内并与活塞连接，活塞与连接管滑动配合，活塞与勘测器之间填充有液体，勘测器的勘测端头伸入到该液体中。

进一步地，上述连接管的顶部设有挡板，挡板设有排气孔，勘测器通过螺纹接头与挡板螺纹连接。

进一步地，上述等比传动组件包括与支撑管连接的安装架，以及设置在安装架内的主锥齿轮、副锥齿轮和输入齿轮；主锥齿轮与输出杆件连接并与副锥齿轮啮合，输入齿轮与浮力推动组件啮合并与副锥齿轮同轴设置并固定连接。

进一步地，上述输出杆件包括同轴设置并分别与主锥齿轮和活塞连接的第一螺纹杆和第二螺纹杆，第一螺纹杆和第二螺纹杆螺纹连接，第二螺纹杆上设有限位杆，限位杆沿连接管的轴向与连接管滑动配合。

进一步地，上述限位杆的数量至少为2，并沿第二螺纹杆的周向均匀设置。

进一步地，上述浮力推动组件包括浮力件以及与浮力件连接的齿条，齿条与支撑管的顶部滑动配合并与输入齿轮啮合。

进一步地，上述支撑管的顶部设有封头，封头的外侧设有限位凸起，齿条滑动穿过限位凸起并与输入齿轮啮合。

进一步地，上述浮力件的结构与支撑管的内腔结构相匹配，使浮力件在支撑管内沿支撑管的轴向滑动。

进一步地，上述支撑管的底部呈网状或栅栏状。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明通过浮力推动组件获取水位高度，通过力的方式传递至传动机构，通过电信号的方式传递至勘测器，由于浮力的变化是实时的、连续的，因此勘测器能实时、连续监测隧道内的水位变化，而且该结构简单、占地面积小，适用于隧道内水位的监测。

（2）本发明将隧道内大的水位变化通过等比传动组件转换成连接管内小的液位变化，勘测器通过对连接管内的液位进行监测即可获取隧道内水位的变化，使用的勘测器的体积较小，降低了监测难度，提高了监测的灵活性。

（3）本发明的等比传动组件采用多级齿轮来实现，在传递机械能时会维持较小的能量损失，精度较高，间接的保障了对隧道内的水位勘测精度；同时基于对各级齿轮之间传动比的合理计算，可实现对勘测器的等比例缩小，在此基础上，一方面勘测仪的尺寸小，监测的精度较高，另一方面会减小勘测器的占地空间，在一定基础上大幅减小了后期在投入使用的过程中所需的运维成本。

附图说明

图1为本发明的隧道地下水位勘测装置的结构示意图；

图2为图1的A部放大图；

图3为本发明的隧道地下水位勘测装置的结构示意图，其中支撑管10为剖切状态；

图4为图3的B部放大图；

图5为图3的C部放大图；

图6为本发明的齿条与勘测机构的连接结构示意图；

图7为本发明的勘测机构的结构示意图；

图8为本发明的传动机构的结构示意图；

图9为图8的D部放大图；

图10为等比传动组件的结构示意图。

图中：10-支撑管；11-浮力推动组件；12-浮力件；13-齿条；14-封头；15-限位凸起；20-勘测机构；21-连接管；22-传动机构；23-勘测器；211-挡板；221-等比传动组件；222-输出杆件；223-活塞；2211-安装架；2212-主锥齿轮；2213-副锥齿轮；2214-输入齿轮；2221-第一螺纹杆；2222-第二螺纹杆；2223-限位杆。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

请参照图1，本发明提供一种隧道地下水位勘测装置，包括：支撑管10以及勘测机构20，在安装时，支撑管10可以伸入到隧道内与地下水相通的腔体内，也可以伸入到隧道的底部，勘测机构20可以直接位于隧道内，也可以设置在隧道的外部，此时支撑管10贯穿隧道的顶部。

请参照图1至图5，支撑管10竖直设置，其底部开口，顶部设有用于封口的封头14，封头14的外侧设有限位凸起15。支撑管10的内部设有浮力推动组件11，浮力推动组件11包括浮力件12和齿条13，浮力件12与支撑管10的内腔相匹配，使得浮力件12能够在浮力的作用下沿支撑管10的内壁滑动，确保浮力件12的移动方向为支撑管10的延伸方向，齿条13与支撑管10齐平，其一端与浮力件12固定连接，另一端穿过限位凸起15并与限位凸起15滑动配合，具体地，齿条13没有设置齿的三个侧面均与限位凸起15滑动配合。限位凸起15的存在用于增加对齿条13的限位长度。限位凸起15对齿条13的限位以及支撑管10对浮力件12的限位，使得齿条13的运动方向固定，避免齿条13在运动过程中出现卡阻现象。

在本实施例中，浮力件12采用浮力球，显然，浮力件12还可以采用如椭球型、矩形等结构。为了便于地下水进入支撑管10内，支撑管10的底部呈网状或栅栏状，网孔大小以及栅栏间隙的具体尺寸根据实际使用情况而定，以尽量减少泥沙进入支撑管10内为准。齿条13还可以通过杆件与浮力件12连接，显然齿条13可以与该杆件一体成型。

请参照图6至图10，勘测机构20包括连接管21以及分别设置在连接管21两端的传动机构22和勘测器23，传动机构22固定安装在支撑管10的顶部。连接管21内填充有液体，传动机构22将浮力件12产生的浮力传递至液体，使液体的液面发生变化，勘测器23通过监测液体的液面来获取地下水的水位。在本实施例中，选用较大介电常数的勘测器23对液体进行液位变化的直接监测，可以获取精度较高的监测数值。

传动机构22包括等比传动组件221、输出杆件222以及活塞223。等比传动组件221包括与支持管连接的安装架2211，以及转动设置在安装架2211内的主锥齿轮2212、副锥齿轮2213和输入齿轮2214。输出杆件222与连接管21同轴设置，其一端与主锥齿轮2212的中心固定连接，另一端与活塞223固定连接。副锥齿轮2213与主锥齿轮2212啮合，输入齿轮2214与副锥齿轮2213同轴设置并固定连接，即输入齿轮2214与副锥齿轮2213联动。输入齿轮2214的一部分伸出安装架2211并与齿条13啮合。

在本发明的其他实施例中，等比传动组件221中的齿轮数量和设置方式还可以是其他形式，如通过多级直齿轮和主、副锥齿轮配合的方式，直齿轮、链条传动和主、副锥齿轮配合的方式，或者斜齿轮和主、副锥齿轮配合的方式等等，此时齿条13上的齿会相应调整。

浮力件12在浮力的作用下带动齿条13向上移动，从而依次带动输入齿轮2214、副锥齿轮2213以及主锥齿轮2212运动，从而带动输出杆件222运动。本实施例的等比传动组件221采用多级齿轮来实现，在传递机械能时会维持较小的能量损失，精度较高，间接的保障了对隧道内的水位勘测精度；同时基于对各级齿轮之间传动比的合理计算，可实现对勘测器23的等比例缩小，在此基础上，一方面勘测仪的尺寸小，监测的精度较高，另一方面会减小勘测器23的占地空间，在一定基础上大幅减小了后期在投入使用的过程中所需的运维成本。

活塞223位于连接管21内并与连接管21滑动配合，连接管21内的液体位于活塞223与勘测器23之间。为了使活塞223在连接管21内滑动，输出杆件222包括同轴连接的第一螺纹杆2221和第二螺纹杆2222，第一螺纹杆2221的一端与主锥齿轮2212固定连接，第一螺纹杆2221的另一端通过螺纹与第二螺纹杆2222的一端连接，第二螺纹杆2222的另一端与活塞223固定连接，同时，第二螺纹杆2222的外侧设有至少两根限位杆2223，限位杆2223沿连接管21的轴向与连接管21滑动配合，具体地，连接管21的内侧壁设有与限位杆2223相配合的滑槽（未示出），确保第二螺纹杆2222仅在连接管21内滑动。在本实施例中，所有限位杆2223绕第二螺纹杆2222的周向均匀间隔设置。

为了确保不漏液，在本实施例中，活塞223的外侧套设有密封圈，而且活塞223在运动过程中不会与滑槽相接。

在隧道内地下水的水位降低后，浮力件12和齿条13在重力的作用下向下移动，实现浮力件12的复位。

连接管21的底端与安装架2211固定连接，连接管21的顶部设有挡板211，液体填充在挡板211与活塞223之间的腔体中，勘测器23固定安装在挡板211的外侧，勘测器23的勘测端头通过螺纹接头与挡板211连接，并伸入到液体内，用以对液面高度进行监测。本实施例将隧道内大的水位变化通过等比传动组件221转换成连接管21内小的液位变化，勘测器23通过对连接管21内的液位进行监测即可获取隧道内水位的变化，使用的勘测器23的体积较小，降低了监测难度，提高了监测的灵活性。

在本实施例中，液体采用不易挥发的液体。显然，还可以在活塞223与挡板211之间设置复位弹簧（未示出），辅助浮力件12的复位。为了使活塞223移动顺畅，在本实施例中，挡板211上设有排气孔（未示出），排气孔在不影响排气功能的前提下尽可能晓，以减少液体的挥发。

在本实施例中，勘测器23优选为接触式电容液位检测仪，并且勘测器23是外接通信模块与外部控制系统进行电性连接，上述电路原理及线路排布参数均为本领域的公知技术，故在此不作过多赘述。

本实施例的隧道地下水为勘测装置通过浮力件12产生的浮力推动齿条13向上运动，从而带动等比传动组件221进行运动，进而带动第一螺纹杆2221进行转动，在限位杆2223的作用下，第二螺纹杆2222随着第一螺纹杆2221的转动而在连接管21内移动，使得活塞223在连接管21内滑动，进而改变液面高度，勘测器23的勘测端头对液面高度进行实时并连续监测，由于传动机构22采用等比传动组件221，从而可以间接获取隧道内地下水的水位高度。由于勘测器23仅需要对连接管21内的液面进行监测，而且连接管21中液面高度变化相对于隧道内地下水的水位高度变化等比例缩小，因此，可以选用体积较小的勘测器23，降低了监测难度和成本，提高了监测的灵活性。在水位下降后，浮力件12和齿条13在重力的作用下以及在复位弹簧（若安装有复位弹簧）的作用下下降到初始为止。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隧道地下水位勘测装置，其特征在于，包括：支撑管（10）以及勘测机构（20）；所述支撑管（10）竖直设置并且其内部设有浮力推动组件（11）；所述勘测机构（20）包括连接管（21）以及分别设置在所述连接管（21）两端的传动机构（22）和勘测器（23），所述传动机构（22）设置在所述支撑管（10）的顶部并与所述浮力推动组件（11）连接；所述浮力推动组件（11）将浮力依次传递至所述传动机构（22）和所述勘测器（23），从而获取地下水位的高度。

2.根据权利要求1所述的隧道地下水位勘测装置，其特征在于，所述传动机构（22）包括等比传动组件（221）、输出杆件（222）以及活塞（223）；所述等比传动组件（221）分别与所述浮力推动组件（11）和所述输出杆件（222）连接，所述输出杆件（222）伸入到所述连接管（21）内并与所述活塞（223）连接，所述活塞（223）与所述连接管（21）滑动配合，所述活塞（223）与所述勘测器（23）之间填充有液体，所述勘测器（23）的勘测端头伸入到该液体中。

3.根据权利要求2所述的隧道地下水位勘测装置，其特征在于，所述连接管（21）的顶部设有挡板（211），所述挡板（211）设有排气孔，所述勘测器（23）通过螺纹接头与所述挡板（211）螺纹连接，所述挡板（211）与所述活塞（223）之间设有复位弹簧。

4.根据权利要求2所述的隧道地下水位勘测装置，其特征在于，所述等比传动组件（221）包括与所述支撑管（10）连接的安装架（2211），以及设置在所述安装架（2211）内的主锥齿轮（2212）、副锥齿轮（2213）和输入齿轮（2214）；所述主锥齿轮（2212）与所述输出杆件（222）连接并与所述副锥齿轮（2213）啮合，所述输入齿轮（2214）与所述浮力推动组件（11）啮合并与所述副锥齿轮（2213）同轴设置并固定连接。

5.根据权利要求4所述的隧道地下水位勘测装置，其特征在于，所述输出杆件（222）包括同轴设置并分别与所述主锥齿轮（2212）和所述活塞（223）连接的第一螺纹杆（2221）和第二螺纹杆（2222），所述第一螺纹杆（2221）和所述第二螺纹杆（2222）螺纹连接，所述第二螺纹杆（2222）上设有限位杆（2223），所述限位杆（2223）沿所述连接管（21）的轴向与所述连接管（21）滑动配合。

6.根据权利要求5所述的隧道地下水位勘测装置，其特征在于，所述限位杆（2223）的数量至少为2，并沿所述第二螺纹杆（2222）的周向均匀设置。

7.根据权利要求4所述的隧道地下水位勘测装置，其特征在于，所述浮力推动组件（11）包括浮力件（12）以及与所述浮力件（12）连接的齿条（13），所述齿条（13）与所述支撑管（10）的顶部滑动配合并与所述输入齿轮（2214）啮合。

8.根据权利要求7所述的隧道地下水位勘测装置，其特征在于，所述支撑管（10）的顶部设有封头（14），所述封头（14）的外侧设有限位凸起（15），所述齿条（13）滑动穿过所述限位凸起（15）并与所述输入齿轮（2214）啮合。

9.根据权利要求7所述的隧道地下水位勘测装置，其特征在于，所述浮力件（12）的结构与所述支撑管（10）的内腔结构相匹配，使所述浮力件（12）在所述支撑管（10）内沿所述支撑管（10）的轴向滑动。

10.根据权利要求1至9任一项所述的隧道地下水位勘测装置，其特征在于，所述支撑管（10）的底部呈网状或栅栏状。