一種實(shí)現(xiàn)自動檢測的水位觀測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種水位觀測系統(tǒng)，其包括電源、機(jī)械部件、控制部件以及數(shù)據(jù)采集部件。本實(shí)用新型的水位觀測系統(tǒng)運(yùn)用水體浮力原理設(shè)計制作，利用浮標(biāo)重力及其所受浮力平衡點(diǎn)確定水面位置，浮標(biāo)可隨水位變化而靈敏的、準(zhǔn)確的移動；水位觀測系統(tǒng)實(shí)時的采集記錄浮標(biāo)移動信息，從而完成水位觀測工作。本實(shí)用新型的水位觀測系統(tǒng)可以通過控制電路及電磁離合器實(shí)現(xiàn)自動控制，從而減少人力支出，電磁離合器由PLC輸出短暫的電流啟動，并控制剎車輪的回位，從而實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)自動下移及平衡；通過電機(jī)帶動集線輪轉(zhuǎn)動，從而使浮標(biāo)上移至其受平衡力時自動停止。由于電磁離合器只是短暫的啟動，因此可以減少能耗并防止電路過熱燒損。
【專利說明】—種實(shí)現(xiàn)自動檢測的水位觀測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種水位觀測系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在水文地質(zhì)勘探活動中，常進(jìn)行鉆孔地下水位長期動態(tài)觀測、大型抽水試驗(yàn)鉆孔地下水位觀測等工作，用以研究地下水流場空間分布形態(tài)及其動態(tài)變化規(guī)律。該項工作具有觀測頻率高、歷時長、人力物力資源占用率高、綜合成本高的特點(diǎn)。
[0003]目前用以觀測鉆孔內(nèi)水位的工具主要有以下四個種類:(1)測鐘，最原始簡單的工具，其裝置為一根帶有刻度的繩子下端吊一個上細(xì)下粗的兩個圓柱形鐵制圓筒(大圓柱直徑在5厘米左右，小圓柱在3厘米左右)，通過圓筒撞擊水面產(chǎn)生的回音判斷測鐘是否到達(dá)水面位置；(2)萬用表法，其裝置主要由探頭、普通帶刻度電線和萬用表構(gòu)成，電線上端連接萬用表，下端錯位綁扎在探頭上，探頭下至水面，綁扎在探頭上的兩極連通，回路電阻發(fā)生變化，萬用表指針偏轉(zhuǎn)，以此判斷探頭是否到達(dá)水面位置；(3)電測水位計，其裝置主要由導(dǎo)電測繩、探頭、報警燈(報警笛)和電源構(gòu)成，探頭接觸水面時電路連通，報警燈亮(報警笛響)；(4)壓力計，主要由壓力探頭、數(shù)據(jù)電纜、微機(jī)處理系統(tǒng)和電源構(gòu)成，使用時需預(yù)先將壓力探頭安置在鉆孔內(nèi)指定深度處，微機(jī)處理系統(tǒng)將采集記錄該深度處水壓力，然后將水壓力轉(zhuǎn)換為深度數(shù)據(jù)。
[0004]上述工具中，(I)、( 2 )、( 3 )類工具測繩延展性大、人為測量誤差大而導(dǎo)致測量精度低，且需往復(fù)提、下測繩，人工占用率高；(4)類雖可實(shí)現(xiàn)自動記錄水位，但儀器龐大復(fù)雜，不易操作，且制作成本很高，不適宜大范圍推廣。
[0005]綜上所述，目前需要一種簡單、實(shí)用、自動、長效的水位計來解決頻繁的、準(zhǔn)確的、低成本的觀測鉆孔內(nèi)水位之難題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可重復(fù)使用、長時間自動采集記錄水位、功耗極低、成本低廉的尤其適用于鉆孔內(nèi)使用的水位觀測系統(tǒng)。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下:
[0008]本實(shí)用新型的水位觀測系統(tǒng)包括電源、機(jī)械部件、控制部件以及數(shù)據(jù)采集部件；所述機(jī)械部件包括電機(jī)、通過齒輪組與電機(jī)聯(lián)動的集線輪、計數(shù)輪、線輪、浮標(biāo)、設(shè)置于集線輪上的剎車輪以及連接集線輪、計數(shù)輪、線輪和浮標(biāo)的測線；所述控制部件包括行程開關(guān)、PLC以及與剎車輪配合的電磁離合器；所述行程開關(guān)上設(shè)置有彈片，所述彈片的一端設(shè)置有線軸，所述線輪套置在線軸上，所述彈片與行程開關(guān)的彈鈕相接觸；所述彈鈕彈起后，電源的輸出端經(jīng)行程開關(guān)連接PLC的XO輸入端，PLC的YO輸出端連接電機(jī)的電源端；所述彈鈕下壓時，電源的輸出端經(jīng)行程開關(guān)連接PLC的Xl輸入端，PLC的Yl輸出端連接電磁離合器的電源端；；所述數(shù)據(jù)采集部件包括設(shè)置于計數(shù)輪上的計數(shù)器以及數(shù)據(jù)采集記錄器，所述計數(shù)器的數(shù)據(jù)輸出端連接數(shù)據(jù)采集記錄器的數(shù)據(jù)輸入端；所述電源的輸出端連接數(shù)據(jù)采集記錄器的電流輸入端，所述數(shù)據(jù)采集記錄器的電流輸出端連接計數(shù)器的電流輸入端。
[0009]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型所述彈鈕下壓時，PLC的輸出電流至電磁離合器的輸入端，電流輸出的時長為1~10秒。
[0010]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型所述計數(shù)輪與線輪之間還設(shè)置有張緊線輪。
[0011]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型所述數(shù)據(jù)采集記錄器通過開機(jī)開關(guān)控制，所述PLC通過啟動開關(guān)控制。
[0012]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型所述數(shù)據(jù)采集部件還包括設(shè)置于數(shù)據(jù)采集記錄器上的CPU芯片和/或數(shù)字顯示屏。
[0013]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型還包括機(jī)箱，所述機(jī)箱包括機(jī)箱筒狀外殼，用于固定部件的橫向固定板和縱向固定板、蓋板以及第一隔板、第二隔板。
[0014]本實(shí)用新型運(yùn)用水體浮力原理設(shè)計制作，利用浮標(biāo)重力與浮標(biāo)所受浮力的平衡點(diǎn)確定水面位置，浮標(biāo)通過柔性線可隨水位變化而靈敏、準(zhǔn)確的上下移動。
[0015]本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案所獲得的技術(shù)收益包括:
[0016]本實(shí)用新型的水位觀測系統(tǒng)運(yùn)用水體浮力原理設(shè)計制作，利用浮標(biāo)重力及其所受浮力平衡點(diǎn)確定水面位置，浮標(biāo)可隨水位變化而靈敏的、準(zhǔn)確的移動；水位觀測系統(tǒng)實(shí)時的采集記錄浮標(biāo)移動信息，從而完成水位觀測工作。
[0017]本實(shí)用新型的水位觀測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡單，方便操作，圓形機(jī)箱外徑140mm，方便安裝于鉆孔頂部。
[0018]本實(shí)用新型的水位觀測系統(tǒng)能夠自動準(zhǔn)確采集和記錄鉆孔內(nèi)水位，水位精度Imm ；數(shù)據(jù)采集記錄器采樣間隔可自由設(shè)置，最小時間間隔I s，可記錄單位時間水位浮動值、運(yùn)行時間段水位浮動總值、運(yùn)行時間、電池余量，顯示屏中顯示上述數(shù)值，并可通過數(shù)據(jù)采集記錄器中的無線傳輸模塊定時將上述數(shù)據(jù)發(fā)送至指定手機(jī)，便于觀測者實(shí)時掌握數(shù)據(jù)動態(tài)和電池余量。
[0019]本實(shí)用新型的水位觀測系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集記錄器、電機(jī)、電磁離合器功耗低，且下降測量時電機(jī)不工作，并裝備大容量電池，單電池續(xù)航時間不小于I個月，另可設(shè)置備用電池一個，因此可減少人力、物力投入，降低水位觀測成本。
[0020]本實(shí)用新型的水位觀測系統(tǒng)制作成本較低，且易損部件全部置于鉆孔頂部，不會被人為損壞或掉落入孔內(nèi)，僅測線和浮標(biāo)置于鉆孔內(nèi)深處，即使損壞掉落也不會影響鉆孔正常使用并可以極低成本更換。
[0021]本實(shí)用新型的水位觀測系統(tǒng)可以通過控制電路及電磁離合器實(shí)現(xiàn)自動控制，從而減少人力支出，電磁離合器由PLC輸出短暫的電流啟動，并控制剎車輪的回位，從而實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)自動下移及平衡；通過電機(jī)帶動集線輪轉(zhuǎn)動，從而使浮標(biāo)上移至其受平衡力時自動停止。由于電磁離合器只是短暫的啟動，因此可以減少能耗并防止電路過熱燒損。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型水位觀測系統(tǒng)的正視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本實(shí)用新型水位觀測系統(tǒng)的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本實(shí)用新型水位觀測系統(tǒng)的電路原理圖；
[0025]圖4為本實(shí)用新型水位觀測系統(tǒng)的電路原理框圖；
[0026]圖5為本實(shí)用新型水位觀測系統(tǒng)的遙控器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]在附圖中，I電機(jī)、2齒輪組、3集線輪、4計數(shù)輪、4-1計數(shù)器、5線輪、6浮標(biāo)、7測線、8行程開關(guān)、8-1彈鈕、8-2 PLC,9剎車輪、10彈片、10_1線軸、11數(shù)據(jù)采集記錄器、11-1CPU芯片、11-2數(shù)字顯示屏、12電磁離合器、13張緊線輪、14電源、14-1備用電源、15、電源開關(guān)、
15-1開機(jī)開關(guān)、15-2啟動開關(guān)、16機(jī)箱、16-1機(jī)箱筒狀外殼、16_2橫向固定板、16_3縱向固定板、16-4蓋板、16-5第一隔板、16-6第二隔板。

【具體實(shí)施方式】
[0028]實(shí)施例1
[0029]如圖1~2所示，本實(shí)用新型包括機(jī)械部件、控制部件以及數(shù)據(jù)采集部件；所述機(jī)械部件包括電機(jī)1、通過齒輪組2與電機(jī)I聯(lián)動的集線輪3、計數(shù)輪4、線輪5、浮標(biāo)6以及連接集線輪3、計數(shù)輪4、線輪5和浮標(biāo)6的測線7 ;所述控制部件包括行程開關(guān)8以及控制集線輪3的剎車輪9，在電磁離合器12接合時剎車，在電磁離合器12離時回位；所述行程開關(guān)8上設(shè)置有彈片10，所述彈片的另一端設(shè)置有線軸10-1，所述線輪5套置在線軸10-1上；所述彈片10與行程開關(guān)8的彈鈕8-1相接觸；所述數(shù)據(jù)采集部件包括設(shè)置于計數(shù)輪4上的計數(shù)器4-1以及與計數(shù)器4-1連接的數(shù)據(jù)采集記錄器11。所述計數(shù)輪4與線輪5之間還設(shè)置有張緊線輪13，可以使測線張緊，進(jìn)一步提高測量的準(zhǔn)確性。所述電源14的輸出端通過電源電路輸入數(shù)據(jù)采集記錄器11和/或行程開關(guān)8，所述數(shù)據(jù)采集記錄器11通過開機(jī)開關(guān)15-1控制，所述行程開關(guān)8通過啟動開關(guān)15-2控制。本實(shí)用新型還包括機(jī)箱16，所述機(jī)箱16包括機(jī)箱筒狀外殼16-1,用于固定部件的橫向固定板16-2和縱向固定板16-3、蓋板
16-4以及第一隔板16-5、第二隔板16-6。
[0030]如圖3、4所示，本實(shí)施例的行程開關(guān)8連接PLC8-2 ;所述電源14的輸出端與PLC8-2的輸入端連通；所述行程開關(guān)8的彈鈕8-1彈起后，PLC8-2的YO輸出端與電機(jī)I的輸入端相連通；所述彈鈕8-1下壓時，PLC8-2的Yl輸出端與電磁離合器12的輸入端連通，使電磁離合器12分離，進(jìn)一步使剎車輪9回位，輸出電流的時長為2秒。
[0031]本實(shí)用新型所述數(shù)據(jù)采集部件還包括CPU芯片11-1和數(shù)字顯示屏11-2。CPU芯片用于存儲預(yù)設(shè)的程序。
[0032]本實(shí)用新型的水位觀測系統(tǒng)與軟件配合實(shí)現(xiàn)自動檢測，通過軟件設(shè)置采樣間隔、初始水位埋深(0m)、初始時間等參數(shù)，通過水位觀測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)檢測和數(shù)據(jù)采集，如果不使用軟件，使用本水位觀測系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)即時檢測。
[0033]本實(shí)用新型的第一隔板16-5將機(jī)箱分為數(shù)據(jù)采集記錄器放置區(qū)(上部)、電池放置區(qū)(中部)，第二隔板16-6將電池放置區(qū)(中部)與機(jī)械系統(tǒng)放置區(qū)(下部)分隔，三個區(qū)塊密封隔壁，避免鉆孔中水汽腐蝕、損壞電池和數(shù)據(jù)采集記錄器。
[0034]本實(shí)施例的電機(jī)為深圳市金順來特電機(jī)有限公司生產(chǎn)的ASLONG-JGB37-520型減速馬達(dá)；電磁離合器為樂清市浩達(dá)電氣有限公司生產(chǎn)的DC12V型分合閘電磁鐵；數(shù)據(jù)采集記錄器的廠家型號為華北有色工程勘察院有限公司生產(chǎn)的鉆孔水位采集記錄器；計數(shù)器的為徐州華宇電子測控有限公司生產(chǎn)的光電增量編碼器，型號為型號GD/42-200ABZEG6-30V ；PLC為臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的DVP14ES00R2型可編程控制器。
[0035]本實(shí)用新型的PLC可以進(jìn)一步集合入數(shù)據(jù)采集記錄器，從而進(jìn)一步減少空間，縮小整體水位觀測系統(tǒng)的體積。
[0036]本實(shí)用新型的使用過程如下:
[0037]1.松開剎車輪9，調(diào)節(jié)浮標(biāo)6的位置，使其浮力平衡點(diǎn)刻線與地面(水位埋深Om)對齊后擰緊剎車輪9 ;將水位觀測系統(tǒng)固定于鉆孔孔口管內(nèi)，水位觀測系統(tǒng)的機(jī)箱16外徑140mm,孔口管內(nèi)徑不宜小于150mm。
[0038]2.按下電源開關(guān)15全裝置供電；按下開機(jī)開關(guān)15-1，數(shù)據(jù)采集記錄器11啟動，使用遙控器設(shè)置初始參數(shù)，主要參數(shù)包括采樣間隔、初始水位埋深(0m)、初始時間；隨后按下機(jī)械部分啟動開關(guān)15-2 ;此時水位觀測系統(tǒng)正式開始工作。遙控器可以使用如圖5所示的結(jié)構(gòu)。
[0039]所述遙控器為紅外遙控器，IXD液晶實(shí)時顯示時間和水位變化等信息，其中遙控器僅需要O至9十個按鍵，鍵值即為O到9?！癘”鍵為設(shè)置時間鍵。若IXD屏上顯示的時間不準(zhǔn)，則按“O”進(jìn)入設(shè)置時間的頁面，然后通過按鍵值從左至右設(shè)置時間的每一位(例如:擬設(shè)置的時間為12:07:00，則需要在遙控器上依次按下I 2 0 7 0 O即可)。設(shè)置完成后，按任意鍵即可進(jìn)入“設(shè)置水位測量時間間隔”環(huán)節(jié)，具體操作為:“1”鍵為設(shè)置水位測量時間間隔。若LCD屏上顯示的時間準(zhǔn)確，則不用再按“0”，直接按“I”即進(jìn)入設(shè)置水位測量時間間隔頁面，然后通過按鍵值從左至右設(shè)定間隔時間的每一位(例如:擬設(shè)置的水位測量時間間隔為5秒，則依次輸入O 0 0 0 0 5即可)，設(shè)定完成后，按“9”確定，這時系統(tǒng)開始正常工作。最小可設(shè)置的時間間隔為I秒。
[0040]3.水位觀測系統(tǒng)工作過程:
[0041]①浮標(biāo)重力拉緊測線，使線輪5下行，則行程開關(guān)8的彈鈕8-1壓下，PLC8-2獲得該信號后，其Yl輸出端向電磁離合器12輸出電流，歷時2秒，電磁離合器12工作，切換至“離”狀態(tài)，此時剎車輪9的剎車作用撤銷，浮標(biāo)6帶動測線7順利下行；
[0042]②浮標(biāo)6下行，測線7與計數(shù)輪4的摩擦力帶動計數(shù)輪4轉(zhuǎn)動，計數(shù)器4_1將該信號通過數(shù)據(jù)電纜傳輸至數(shù)據(jù)采集記錄器進(jìn)行運(yùn)算記錄；浮標(biāo)平衡點(diǎn)刻線下至水面時，系統(tǒng)受力平衡，停止下行；
[0043]③水位下降時，浮力減小，浮標(biāo)(6)繼續(xù)下行，直至②所述平衡狀態(tài)時停止；
[0044]④水位上漲時，浮力增大，浮標(biāo)(6)上行，測線7卸力，線輪5上行，彈鈕8-1彈起后，PLC8-2獲得該信號后，其YO輸出端與電機(jī)I連通，電機(jī)I啟動，通過齒輪組2和集線輪3，首先剎車輪9微轉(zhuǎn)動使剎車撥叉彈回，剎車作用生效，集線輪3轉(zhuǎn)動收線，并帶動計數(shù)輪4轉(zhuǎn)動，計數(shù)器4-1和數(shù)據(jù)采集記錄器11采集和記錄數(shù)據(jù)。當(dāng)水位停止上漲時，浮標(biāo)6達(dá)到平衡狀態(tài)并將線輪5壓下，PLC的YO輸出端關(guān)閉，Yl輸出端連通，電磁離合器12切換至“離”狀態(tài)，預(yù)備下一次水位下降或上漲過程；
[0045]4.水位計進(jìn)行水位觀測過程中無需人為守護(hù)、調(diào)節(jié)，水位觀測工作結(jié)束后觀測人員可抽出存儲卡，將卡上記錄數(shù)據(jù)拷貝至計算機(jī)，若只需定時查看數(shù)據(jù)，觀測人員可通過數(shù)據(jù)采集記錄器的USB接口將數(shù)據(jù)拷貝至計算機(jī)；
[0046]5.該水位計配有兩塊大容量電池，理論續(xù)航時間不小于一個月，若觀測工作歷時很長，中間需更換其中電池進(jìn)行充電，保留備用電池則不影響觀測工作連續(xù)性，電池充電完畢后重新裝入。
【權(quán)利要求】
1.一種實(shí)現(xiàn)自動檢測的水位觀測系統(tǒng)，其特征在于其包括電源(14)、機(jī)械部件、控制部件以及數(shù)據(jù)采集部件； 所述機(jī)械部件包括電機(jī)(I)、通過齒輪組(2 )與電機(jī)(I)聯(lián)動的集線輪(3 )、計數(shù)輪(4 )、線輪(5)、浮標(biāo)(6)、設(shè)置于集線輪(3)上的剎車輪(9)以及連接集線輪(3)、計數(shù)輪(4)、線輪(5)和浮標(biāo)(6)的測線(7); 所述控制部件包括行程開關(guān)(8)、PLC (8-2)以及與剎車輪(9)配合的電磁離合器(12); 所述行程開關(guān)(8)上設(shè)置有彈片(10)，所述彈片的一端設(shè)置有線軸(10-1)，所述線輪(5)套置在線軸(10-1)上，所述彈片(10)與行程開關(guān)(8)的彈鈕(8-1)相接觸； 所述彈鈕(8-1)彈起后，電源(14)的輸出端連接PLC (8-2)的XO輸入端，PLC (8-2)的YO輸出端連接電機(jī)(I)的電源端； 所述彈鈕(8-1)下壓時，電源(14)的輸出端連接PLC (8-2)的Xl輸入端，PLC (8-2)的Yl輸出端連接電磁離合器(12)的電源端； 所述數(shù)據(jù)采集部件包括設(shè)置于計數(shù)輪(4)上的計數(shù)器(4-1)以及數(shù)據(jù)采集記錄器(11)，所述計數(shù)器(4-1)的數(shù)據(jù)輸出端連接數(shù)據(jù)采集記錄器(11)的數(shù)據(jù)輸入端； 所述電源(14)的輸出端連接數(shù)據(jù)采集記錄器(11)的電流輸入端，所述數(shù)據(jù)采集記錄器(11)的電流輸出端連接計數(shù)器(4-1)的電流輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)自動檢測的水位觀測系統(tǒng)，其特征在于所述彈鈕(8-1)下壓時,PLC (8-2)的輸出電流至電磁離合器(12)的輸入端，電流輸出的時長為1~10秒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種實(shí)現(xiàn)自動檢測的水位觀測系統(tǒng)，其特征在于所述計數(shù)輪(4)與線輪(5)之間還設(shè)置有張緊線輪(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種實(shí)現(xiàn)自動檢測的水位觀測系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集記錄器(11)通過開機(jī)開關(guān)(15-1)控制，所述PLC (8-2 )通過啟動開關(guān)(15_2 )控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種實(shí)現(xiàn)自動檢測的水位觀測系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集部件還包括設(shè)置于數(shù)據(jù)采集記錄器(11)上的CPU芯片(11-1)和/或數(shù)字顯示屏(11-2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種實(shí)現(xiàn)自動檢測的水位觀測系統(tǒng)，其特征在于其還包括機(jī)箱(16),所述機(jī)箱(16)包括機(jī)箱筒狀外殼(16-1),用于固定部件的橫向固定板(16-2)和縱向固定板(16-3)、蓋板(16-4)以及第一隔板(16-5)、第二隔板(16-6)。
【文檔編號】G01F23/40GK204214521SQ201420690801
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】鄔立, 宋峰, 劉新社, 楊顯文, 宋俊磊, 王洪亮, 趙璐, 張偉, 史建松, 席大鵬, 方良平, 王國棟, 郭強(qiáng), 劉建文, 李貴仁, 趙珍, 崔世新, 韓貴雷, 賈偉杰, 李剛 申請人:華北有色工程勘察院有限公司