CN220336952U - 用于软土富水地层的电阻突变式降水水位实时监测装置 - Google Patents

Abstract

一种用于软土富水地层的电阻突变式降水水位实时监测装置，包括用于实时监测降水水位的降水水位监测元件，所述降水水位监测元件的两侧均与导线的一端电连接，单侧所述导线套装在导线收缩控制杆上，两侧导线收缩控制杆上的导线缠绕方向相同，所述导线收缩控制杆可转动地安装在主体支撑柱的上部，所述导线收缩控制杆上设有下链轮，所述下链轮通过链条与上链轮连接，所述上链轮安装在传动杆上；所述导线的另一端与数据处理器连接，所述数据处理器与显示屏连接。本实用新型能够有效解决降水水位难以精准监测、实时监测的问题。

Description

用于软土富水地层的电阻突变式降水水位实时监测装置

技术领域

本实用新型属于地铁隧道施工监测设备领域，涉及一种用于软土富水地层的电阻突变式降水水位实时监测装置。

背景技术

随着城市化进程的飞速发展，地铁、隧道在城市中的应用越来越广，地铁以其快速、安全、环保等优点已逐渐成为城市交通出行最主要的方法之一。而在地铁隧道施工过程中，降水水位的监测是一个绕不开的问题。

其中，因为复杂地层环境等问题，如软土承压水地区，在进行洞内降水后，降水水位的监测数据往往难以实时精确的获得，从而导致现场技术人员无法及时准确的下达指示，进行下一步的施工工作，既延误工程工期，又没有安全保障，施工风险较大，不利于城市地铁隧道的建设发展，急需相关的研究来改进此类问题。

发明内容

为了克服现有地铁隧道洞内降水水位监测因场地有限监测不便、降水水位难以实时精准监测引发施工风险、延误工期的不足，本实用新型提供了一种用于软土富水地层的电阻突变式降水水位实时监测装置，能够有效解决降水水位难以精准监测、实时监测的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于软土富水地层的电阻突变式降水水位实时监测装置，包括用于实时监测降水水位的降水水位监测元件，所述降水水位监测元件的两侧均与导线的一端电连接，单侧所述导线缠绕在导线收缩控制杆上，两侧导线收缩控制杆上的导线缠绕方向相同，所述导线收缩控制杆可转动地安装在主体支撑柱的上部，所述导线收缩控制杆上设有下链轮，所述下链轮通过链条与上链轮连接，所述上链轮安装在传动杆上；所述导线的另一端与数据处理器连接，所述数据处理器与显示屏连接。

进一步，所述传动杆上分布有限位孔，限位插销贯穿固定于传动杆的限位孔内，所述限位插销位于主体支撑柱远离降水水位监测元件的外侧。

再进一步，所述降水水位监测元件包括单组分聚氨酯防水材料、高密度亲水纤维、导线绑接口、接口固定杆和半导体陶瓷湿敏元件，所述聚氨酯防水材料包裹于降水水位监测元件最外侧，用于避免周边环境中的水分对装置元件的干扰；所述高密度亲水纤维包覆于聚氨酯防水材料内侧，所述高密度亲水纤维上面插装有接口固定杆和半导体陶瓷湿敏元件，所述导线绑接口固定连接在接口固定杆上，所述导线绑接口与导线的一端进行绑扎连接。

所述主体支撑柱安装在稳固底板上，所述主体支撑柱的中部安装侧支撑柱，所述侧支撑柱的底部设有固定螺栓。

优选的，所述显示屏上设有高清显示屏开关和降水高度归零开关。

本实用新型的装置因占地面积小，体积较小，在进行降水处理后可进行实时的降水水位监测工作，解决了降水水位监测不及时，施工工期拖长的问题。同时降水水位监测元件中因含有半导体陶瓷湿敏元件，在接触到地下水位时可以利用湿敏电阻触水后介电常数发生变化，使其电容量也发生变化从而引起电阻大幅改变的原理，立即通过高韧导线将电流变化数值反映到高清显示屏上，达到数智化实时监测的效果，极大减少了人力物力的消耗，提高工作效率，缩短施工工期。

本申请装置的降水水位监测元件外圈为聚氨酯防水材料，内圈为高密度亲水纤维，其构造能有效避免周边环境对半导体陶瓷湿敏元件的影响，确保监测的精确性。同时数据处理器中安装有DSP芯片与数字计数式频率计，通过数字计数式频率计可以对导线收缩控制杆的旋转圈数进行计数，DSP芯片则通过预先在芯片内设好的公式对降水水位进行计算，降水高度计算公式如下：

H＝nπD

式中，H为降水高度，n为导线收缩控制杆的旋转圈数，D为导线收缩控制杆的直径。

计算得到的降水高度将通过导线显示在高清显示屏上，无需多余的人工操作，自动化程度高。

本实用新型的有益效果主要表现在：1、数智化实时监测；2、高精度自动化监测；3、操作简单、拆装方便灵活、牢固可靠、成本低、通用性好。

附图说明

图1为用于软土富水地层的电阻突变式降水水位实时监测装置剖面图；

图2为图1所示装置左视图；

图3为图1所示装置工作示意图；

图4为降水水位监测元件1详图；

其中，1为降水水位监测元件、101为聚氨酯防水材料、102为高密度亲水纤维、103为导线绑接口、104为接口固定杆、105为半导体陶瓷湿敏元件；2为高韧导线，3为传动杆，4为限位插销，5为导线收缩控制杆，6为链条传动装置，7为高清显示屏，8为数据处理器，9为主体支撑柱，10为稳固底板，11为侧支撑杆，12为固定螺栓，13为隧道周边土层，14为地下水，15为高清显示屏开关，16为降水高度归零开关。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1～图4，一种用于软土富水地层的电阻突变式降水水位实时监测装置，包括：

降水水位监测元件1，通过高韧导线2绑扎连接于导线收缩控制杆5，用于实时监测降水水位。

高韧导线2，一端绑扎在降水水位监测元件1上，另一端绕在导线收缩控制杆5上，两侧导线收缩控制杆5上的导线缠绕方向相同，从而保证当一边导线收缩控制杆5旋转，导线下降(上升)时，另一边的导线保持同步下降(上升)；外部包有绝缘材料，主要作用是传递半导体陶瓷湿敏元件105引起的电流变化，并绑扎好降水水位监测元件1。

传动杆3，贯穿于主体支撑柱9内，上面有若干限位孔，主要作用是当一端导线收缩控制杆5转动时，通过链条传动装置6将动力传递给另一端，保持同步旋转。

限位插销4，共两个，贯穿固定于传动杆3上，主要作用是防止传动杆3进行左右方向的位移，从而控制主体支撑柱9的宽距，可随传动杆3进行旋转，使其满足施工要求。

导线收缩控制杆5，共两个，贯穿于主体支撑柱9内，两边螺纹转向相反，通过旋转控制高韧导线2的伸缩，从而控制降水水位监测元件1的升降。

链条传动装置6，安装于传动杆3和导线收缩控制杆5之间，传动杆3和导线收缩控制杆5上分别套有特殊齿形的链轮，在链轮之间安装链条。主要作用是当一端导线收缩控制杆5转动时，通过导线收缩控制杆5上的链轮带动链条转动传动杆3上的链轮，从而实现传动杆3的旋转，最后再通过同样的原理传动杆3带动另一边导线收缩控制杆5旋转，实现两端导线收缩控制杆5的同步旋转。

高清显示屏7，固定连接在数据处理器8上，用于实时将降水水位监测元件1的下降高度与电阻电流值等数据呈现出来。

数据处理器8，固定于主体支撑柱9内，内含DSP芯片与数字计数式频率计，主要作用是对输入的电流与数字信号进行分析处理，并将输出数据转为相应数字信号传给高清显示屏7。

主体支撑柱9，底部与稳固底板10焊接，装置的主要支撑结构。

稳固底板10，与主体支撑柱9焊接，主要作用是保证主体结构的稳定。

侧支撑杆11，与主体支撑柱9铰接，分有二级可伸缩段，用于从侧面加固稳定主体支撑柱9。

固定螺栓12，根据长度需要安装于侧支撑杆11上，用于固定侧支撑杆11的长度。

高清显示屏开关15，安装在高清显示屏7上，控制显示屏的开启关闭。

降水高度归零开关16，安装在高清显示屏7上，控制高清显示屏7上降水高度数据归零。

进一步地，所述降水水位监测元件1，包括单组分聚氨酯防水材料101、高密度亲水纤维102、导线绑接口103、接口固定杆104、半导体陶瓷湿敏元件105，其中：

聚氨酯防水材料101，包裹于降水水位监测元件1最外侧，主要作用是避免周边环境中的水分对装置元件的干扰；

高密度亲水纤维102，包于聚氨酯防水材料101内侧，上面插装有接口固定杆104、半导体陶瓷湿敏元件105，通过吸收水分更好触发半导体陶瓷湿敏元件105的电阻变化；

导线绑接口103，焊接在接口固定杆104上，主要作用是方便高韧导线2进行绑扎连接；

接口固定杆104，插接在高密度亲水纤维102上，用于连接导线绑接口103；

半导体陶瓷湿敏元件105，插接在高密度亲水纤维102内，主要用于实时监测降水水位。

本实施例的装置的施工过程如下：

(1).施工前期准备。提前视察隧道内监测场地的情况，确保监测环境的安全，选择合适的降水井作为降水水位监测点。

(2).主体支撑结构的架设。选取合适的场地铺设主体支撑柱9和稳固底板10，并将侧支撑杆11伸出合适长度进行固定。

(3).宽距与支撑杆距离的调整。在主体支撑结构架设好后，根据场地降水井的需要，对主体支撑柱9的位置进行调整，将限位插销4松开，选取合适的宽距调整后，再重新将限位插销4安在相应限位孔中。侧支撑杆11上的固定螺栓12同时进行相应距离的微调，调整好后应及时旋紧螺栓并按下高清显示屏开关15来打开高清显示屏7。

(4).监测元件的绑扎与下井。在确保整体结构安装稳定后，先将高韧导线2穿过导线绑接口103进行绑扎，绑扎需牢固可靠，确保降水水位监测元件1在降水井口上方，之后按下降水高度归零开关16，再旋转导线收缩控制杆5进行高韧导线2的松放，让降水水位监测元件1进行下井，下降速度不宜过快。

(5).降水水位监测原理。在降水水位监测元件1下降的过程中，数据处理器8中因安装有数字计数式频率计，可以采集导线收缩控制杆5旋转过程中的变化频率，从而对导线收缩控制杆5的旋转圈数进行计数。在降水水位监测元件1下降到降水水位线时，因半导体陶瓷湿敏元件105触水后介电常数发生变化，使其电容量也发生变化从而引起电阻大幅改变的原理，此时高清显示屏7上的电阻电流值发生突变，故停止旋转导线收缩控制杆5。同时因数据处理器8中安装有DSP芯片，通过在DSP芯片内预设好的公式H＝nπD自动对降水高度进行计算，从而观察高清显示屏7即可得出降水水位高度的精确数据。

本实施例中根据现场降水井位置架设降水水位实时监测装置于降水井口附近，其安装完成后的现场工作图如图3所示。

本说明书的实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本实用新型构思所能想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.一种用于软土富水地层的电阻突变式降水水位实时监测装置，其特征在于，所述装置包括用于实时监测降水水位的降水水位监测元件，所述降水水位监测元件的两侧均与导线的一端电连接，单侧所述导线套装在导线收缩控制杆上，两侧导线收缩控制杆上的导线缠绕方向相同，所述导线收缩控制杆可转动地安装在主体支撑柱的上部，所述导线收缩控制杆上设有下链轮，所述下链轮通过链条与上链轮连接，所述上链轮安装在传动杆上；所述导线的另一端与数据处理器连接，所述数据处理器与显示屏连接。

2.如权利要求1所述的用于软土富水地层的电阻突变式降水水位实时监测装置，其特征在于，所述传动杆上分布有限位孔，限位插销贯穿固定于传动杆的限位孔内，所述限位插销位于主体支撑柱远离降水水位监测元件的外侧。

3.如权利要求1或2所述的用于软土富水地层的电阻突变式降水水位实时监测装置，其特征在于，所述降水水位监测元件包括单组分聚氨酯防水材料、高密度亲水纤维、导线绑接口、接口固定杆和半导体陶瓷湿敏元件，所述聚氨酯防水材料包裹于降水水位监测元件最外侧，用于避免周边环境中的水分对装置元件的干扰；所述高密度亲水纤维包覆于聚氨酯防水材料内侧，所述高密度亲水纤维上面插装有接口固定杆和半导体陶瓷湿敏元件，所述导线绑接口固定连接在接口固定杆上，所述导线绑接口与导线的一端进行绑扎连接。

4.如权利要求1或2所述的用于软土富水地层的电阻突变式降水水位实时监测装置，其特征在于，所述主体支撑柱安装在稳固底板上，所述主体支撑柱的中部安装侧支撑柱，所述侧支撑柱的底部设有固定螺栓。

5.如权利要求1或2所述的用于软土富水地层的电阻突变式降水水位实时监测装置，其特征在于，所述显示屏上设有高清显示屏开关和降水高度归零开关。