一种水文地质勘查的钻孔水位测量装置

技术领域

本发明主要涉及地质勘查设备技术领域，具体是一种水文地质勘查的钻孔水位测量装置。

背景技术

水文地质勘查中，钻孔水位测量装置是一种用于测量地下水位的设备，通常由传感器、信号传输装置和数据采集系统或记录仪组成，在实际使用过程中，水文地质勘查钻孔水位测量装置需要通过将传感器部分安装到钻孔中，确保传感器与地下水接触，并通过信号传输装置将测得的水位数据传输到数据采集系统或记录仪中进行记录和分析。这种测量装置可以广泛应用于地下水资源调查、水文地质勘查、水文监测、环境保护和地下水管理等领域。通过准确测量和监测地下水位，可以获得关于地下水动态变化、水文地质条件和水资源利用情况等重要信息，为水资源管理和决策提供科学依据。

中国专利申请号为CN116201530 A的发明专利公开了一种水文地质勘查的钻孔水位测量系统，包括安装机构、测量机构，安装机构固定设置于钻孔的上方，安装机构包括升降机构，所述的测量机构安装于升降机构上，测量机构处于钻孔内，所述的测量机构包括安装壳体、触发机构。

上述装置在对钻孔水位测量时，通过地下水作为导体进行信号的传输，其电极直接裸露在外侧易发生误触和漏电，且容易造成电极的腐蚀影响导电效率；此装置通过滚筒转动的圈数进行放线长度的测量，由于线绳缠绕在辊筒外周后存在一定厚度，线绳在释放过程中随着缠绕在辊筒外周线绳的厚度的变化，线绳的释放长度始终在发生变化，并且滚筒周长与线绳释放一圈的长度并不一致因此通过滚筒转动的圈数进行线绳释放长度的检测，其误差会随着辊筒转动圈数的增加而进一步增大，大大影响了对地下水位的测量精度；且此装置在对地下水深度进行测量时，需要通过气囊将安装壳体固定于钻孔的内壁处，然后再进行水深的测量，结构复杂，操作不便，影响使用者的工作效率。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种水文地质勘查的钻孔水位测量装置，通过以下技术方案实现：

一种水文地质勘查的钻孔水位测量装置，包括支架，所述支架底面的两侧分别固定安装支撑腿，所述支架的顶面设有放线组件，所述放线组件上设有线绳，所述线绳的下端固定安装有水位感知组件，所述支架的底面设有测距组件，所述线绳在测距组件内穿过，所述测距组件用于测量线绳的放线长度，所述水位感知组件包括；测量筒，所述测量筒顶面的中心与线绳相应的一端固定连接，所述测量筒内壁的顶面固定安装有第一弹簧伸缩杆，所述第一弹簧伸缩杆的活动端固定安装推杆，所述推杆两侧上部分别开设滑槽，所述滑槽内分别滑动配合安装有滑块，两个所述滑块的外端共同固定安装环形的浮筒；第一霍尔感应器，所述推杆外周的顶部固定安装有圆环，所述圆环底面的一侧固定安装第一霍尔感应器，所述滑块的顶面分别固定安装支撑杆，所述支撑杆的顶面共同固定安装环形架，所述环形架的顶面固定安装与第一霍尔感应器相对设置的第一感应磁铁；第二霍尔感应器，所述第一弹簧伸缩杆外周一侧的下部固定安装第二霍尔感应器，所述环形架的顶面固定安装与第二霍尔感应器相对设置的第二感应磁铁；微型控制器，所述微型控制器与第一霍尔感应器、第二霍尔感应器电性连接，所述微信控制器外设有防水罩。

进一步的，所述测量筒的顶面开设有若干均匀分布的透水孔。

进一步的，所述浮筒的浮力小于第一弹簧伸缩杆的弹力。

进一步的，所述放线组件包括放线轮，所述支架顶面的两侧分别固定安装有支撑板，两个所述支撑板之间共同转动安装放线轮，其中一个所述支撑板的外侧固定安装步进电机，所述步进电机的输出端与放线轮的一端固定连接，所述线绳固定安装于放线轮上，且所述线绳在放线轮外缠绕数周。

进一步的，所述支架顶面的中部开设有透槽，所述透槽位于放线轮的下方，所述线绳竖向穿过透槽。

进一步的，所述测距组件包括壳体，所述壳体的顶面和底面均开口，所述壳体内壁的两侧分别转动安装有转轴，两个所述转轴呈对角设置，所述转轴上分别固定安装有导轮，所述线绳呈“Z”字型缠绕在两个所述导轮上，所述壳体的前面固定安装有与转轴一一对应的角位移传感器，所述转轴的一端分别与相应的角位移传感器的输入端固定连接，所述壳体内设有防止线绳松动的限位组件。

进一步的，所述限位组件包括第二弹簧伸缩杆，所述壳体内壁一侧的前面和后面分别铰接安装第二弹簧伸缩杆，所述第二弹簧伸缩杆均斜向下设置，所述第二弹簧伸缩杆的活动端分别固定安装U型架，所述U型架内分别转动安装夹紧轮，两个所述夹紧轮相对设置，所述线绳在两个所述夹紧轮之间的空隙穿过，所述第二弹簧伸缩杆外周的底部固定连接弹簧的一端，所述弹簧的另一端分别与壳体内壁相应的一侧固定连接。

进一步的，所述壳体顶面的前侧和后侧分别固定安装限位挡板，所述限位挡板分别位于相应的第二弹簧伸缩杆的上方。

对比现有技术，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的水文地质勘查的钻孔水位测量装置，通过支架、放线组件、水位感知组件、测距组件等部分的设置，实现了对钻孔水位的准确测量。本装置通过本发明的水位感知组件进行地下水位的检测，可在线绳释放过程中第一霍尔感应器输出的信号直接记录地下水水面与水位感知组件接触时线绳的释放长度，并能够通过第二霍尔感应器输出的信号直接记录水位感知组件与井底接触时线绳的释放长度，大大提高了本装置的测量效率。

2、本装置通过角位移传感器、转轴、导轮之间的相互配合，实现了对线绳放线长度的精确测量，通过计算线绳在导轮外侧移动的长度来进行线绳释放长度的测算，进一步提高了钻孔水位测量的准确性。

综上所述，本发明提供的水文地质勘查的钻孔水位测量装置，具有结构合理、测量精度高、操作简便等优点，适用于水文地质勘查、地下水资源调查、水文监测等领域，为我国水资源管理和决策提供了有力的技术支持。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的侧视图；

图4是图2的局部放大图；

图5是图3的局部放大图；

图6是本发明限位组件的结构示意图。

附图中所示标号：1、支架；2、支撑腿；3、线绳；4、测量筒；5、第一弹簧伸缩杆；6、推杆；7、滑槽；8、滑块；9、浮筒；10、第一霍尔感应器；11、圆环；12、支撑杆；13、环形架；14、第一感应磁铁；15、第二霍尔感应器；16、第二感应磁铁；17、微型控制器；18、透水孔；19、放线轮；20、支撑板；21、步进电机；22、透槽；23、壳体；24、转轴；25、导轮；26、角位移传感器；27、第二弹簧伸缩杆；28、U型架；29、夹紧轮；30、弹簧；31、限位挡板。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

实施例：一种水文地质勘查的钻孔水位测量装置

如图1-3所示，一种水文地质勘查的钻孔水位测量装置，其具体结构包括：

支架1，所述支架1底面的两侧分别固定安装支撑腿2，所述支架1的顶面设有放线组件，所述放线组件上设有线绳3，所述线绳3的下端固定安装有水位感知组件，所述支架1的底面设有测距组件，所述线绳3在测距组件内穿过，所述测距组件用于测量线绳3的放线长度，所述水位感知组件包括；测量筒4，所述测量筒4的底面开口，所述测量筒4顶面的中心与线绳3相应的一端固定连接，所述测量筒4内壁的顶面固定安装有第一弹簧伸缩杆5，所述第一弹簧伸缩杆5为防水伸缩杆，所述第一弹簧伸缩杆5的活动端固定安装推杆6，所述推杆6两侧上部分别开设滑槽7，所述滑槽7内分别滑动配合安装有滑块8，两个所述滑块8的外端共同固定安装环形的浮筒9，所述浮筒9套装于推杆6外；第一霍尔感应器10，所述第一霍尔感应器10与电源电性连接，所述推杆6外周的顶部固定安装有圆环11，所述圆环11底面的一侧固定安装第一霍尔感应器10，所述滑块8的顶面分别固定安装支撑杆12，所述支撑杆12的顶面共同固定安装环形架13，所述环形架13的顶面固定安装与第一霍尔感应器10相对设置的第一感应磁铁14；第二霍尔感应器15，所述第二霍尔感应器15与电源电性连接，所述第一弹簧伸缩杆5外周一侧的下部固定安装第二霍尔感应器15，所述环形架13的顶面固定安装与第二霍尔感应器15相对设置的第二感应磁铁16；微型控制器17，所述微型控制器17通过蓄电池进行供电，，所述微型控制器17集成有信号传输天线，所述微型控制器17与第一霍尔感应器10、第二霍尔感应器15电性连接，所述微信控制器17外设有防水罩。

所述测量筒4的顶面开设有若干均匀分布的透水孔18。此结构设计在使用时，当测量筒4浸入地下水中时，地下水能够顺利灌入测量筒4中，并将测量筒4内的空气通过透水孔18挤出，从而保证测量筒4内外水压的平衡。

所述浮筒9的浮力小于第一弹簧伸缩杆5的弹力。此结构设计能够保证推杆6未触底前不会因浮筒9的浮力导致推杆6向上移动，避免推杆6未触底前第二感应磁铁16与第二霍尔感应器15接触，防止误触，提高本装置的可靠性。

所述放线组件包括放线轮19，所述支架1顶面的两侧分别固定安装有支撑板20，两个所述支撑板20之间共同转动安装放线轮19，其中一个所述支撑板20的外侧固定安装步进电机21，所述步进电机21与电源电性连接，所述步进电机21为正反转电机，所述步进电机21的输出端与放线轮19的一端固定连接，所述线绳3固定安装于放线轮19上，且所述线绳3在放线轮19外缠绕数周。通过步进电机21的转动能够带动与其连接的放线轮19同步转动，通过放线轮19的正反转动能够实现线绳3的收放，当放线轮19释放线绳3时，在测量筒4重力的作用下向下拉动线绳3，从而使测量筒4能够下放到井中；反之，当放线轮19回收线绳3时，线绳3能够拉动与之连接的测量筒4向上移动，实现测量筒4的回收。

所述支架1顶面的中部开设有透槽22，所述透槽22位于放线轮19的下方，所述线绳3竖向穿过透槽22。此结构设计能够便于线绳3的布线，通过将线绳3直接穿过透槽22进行竖向设置，可减少线绳3的弯折，提高线绳3收放的效率。

所述测距组件包括壳体23，所述壳体23的顶面和底面均开口，且所述壳体23为矩形结构，所述壳体23内壁的两侧分别转动安装有转轴24，所述转轴24的两端分别与壳体23内壁相应的一侧轴承连接，两个所述转轴24呈对角设置，所述转轴24上分别固定安装有导轮25，所述线绳3呈“Z”字型缠绕在两个所述导轮25上，所述壳体23的前面固定安装有与转轴24一一对应的角位移传感器26，所述角位移传感器26与电源电性连接，所述转轴24的一端分别与相应的角位移传感器26的输入端固定连接，所述壳体23内设有防止线绳3松动的限位组件。本装置在使用时，通过角位移传感器26能够实现对相应的转轴24及导轮25转动圈数的测量记录，线绳3在释放过程中能够带动与之接触的导轮25同步转动，假设导轮25与线绳3接触面的周长为a、导轮25的转动圈数为n、线绳3的释放长度为C，则C=a*n，在测量过程中使用者可同时获得两组数据，通过对两组数据的对照或取两组数据的平均值，可更加精确的获得线绳3的释放长度，从而大大提高了本装置的可靠性。

所述限位组件包括第二弹簧伸缩杆27，所述壳体23内壁一侧的前面和后面分别铰接安装第二弹簧伸缩杆27，所述第二弹簧伸缩杆27均斜向下设置，所述第二弹簧伸缩杆27的活动端分别固定安装U型架28，所述U型架28内分别转动安装夹紧轮29，两个所述夹紧轮29相对设置，所述线绳3在两个所述夹紧轮29之间的空隙穿过，且所述夹紧轮29的外周均匀线绳3相接触，所述第二弹簧伸缩杆27外周的底部固定连接弹簧30的一端，所述弹簧30的另一端分别与壳体23内壁相应的一侧固定连接。此结构设计在使用时，通过两个所述夹紧轮29的相互配合能够实现对线绳3的夹持，弹簧30在使用过程中分别对相应的第二弹簧伸缩杆27施加有斜向上的力，从而使两个夹紧轮29能够对线绳3施加相应的向上的推力，从而保证线绳3在壳体23内能够被拉紧，从而避免放线轮19放线过快导致线绳3在壳体23内发生松弛，防止线绳3与导轮25发生分离，保证线绳3在释放过程中能够始终贴紧导轮25的外周并带动其进行转动，避免线绳3与导轮25发生滑动，进一步提高本装置对线绳3释放长度的测量精度；当线绳3在回收过程中，线绳3受到放线轮19向上的拉力，此时，由于弹簧伸缩杆27均斜向下设置，会导致弹簧伸缩杆27带动相应的夹紧轮29向上摆动，使两个夹紧轮29对线绳3的夹紧力更大，此时第二弹簧伸缩杆27在线绳3反作用力的作用下会发生收缩，从而保证两个夹紧轮29之间的空隙能够顺利使线绳3通过，防止线绳3被卡主，提高线绳3的回收效率。

所述壳体23顶面的前侧和后侧分别固定安装限位挡板31，所述限位挡板31分别位于相应的第二弹簧伸缩杆27的上方。通过设置限位挡板31能够防止相应的第二弹簧伸缩杆27翻转角度过大，使第二弹簧伸缩杆27能够保持倾斜方向，提高本装置的可靠性。

本方案还包括控制器，控制器的位置由工作人员作业时据实际情况进行设置，所述的控制器用于控制本方案内的所用的用电器件，包括但不限于传感器、电动机、伸缩杆、水泵、电磁阀、电热丝、热泵、显示屏、电脑输入设备、开关按钮、通信设备、灯、喇叭和麦克风；所述的控制器为英特尔处理器、AMD处理器、PLC控制器、ARM处理器或者单片机，与之配套使用的还包括主板、内存条、储存介质和供电电源，所述的供电电源为市电或锂电池；当具备显示屏时，还具备显示卡；关于控制器的运行原理，请参考清华大学出版社出版的《自动控制原理》、《微控制器原理及应用仿真案例》和《传感器原理与应用》，其他本领域书籍均可参考阅读；其他未提及的自动化控制和用电器件，均属于本领域技术人员所熟知的知识，在此不再赘述。

工作原理：

在使用本装置时，将支架1架设与井口处，并将测量筒4放置于井口上方，启动步进电机21，步进电机21带动放线轮19转动进行放线，此时在测量筒4重力作用下向下拉动线绳3进入井中，在线绳3释放过程中，线绳3分别带动相应的导轮25进行转动，此时角位移传感器26能够实时记录转轴24及导轮25的转动圈数，通过测量导轮25的转动圈数可以精确计算出线绳3的释放长度。

当浮筒9与水面接触时，在浮力的作用下浮筒9通过与之连接的滑块8带动支撑杆12、环形架13、第一霍尔感应器10，第一感应磁铁14向上移动，第一感应磁铁14与第一霍尔感应器10相接触，此时第一霍尔感应器10产生相应的电信号，此时通过记录导轮25的转动圈数即可计算出线绳3的释放长度，即实现地下水位的测量；

继续释放线绳3，测量筒4浸入地下水中继续向下移动，当推杆6触底后，在测量筒4重力的作用下，测量筒4向下移动导致第一弹簧伸缩杆5被压缩，此时第二感应磁铁16与第二霍尔感应器15相接触，此时第二霍尔感应器15产生相应的电信号，此时通过记录导轮25的转动圈数即可计算出线绳3的释放长度，即实现地下水深度的测量；

在线绳3回收过程中，第二感应磁铁16与第二霍尔感应器15、第一感应磁铁14与第一霍尔感应器10依次分离均能够产生第二次电信号，通过记录导轮25的转动圈数可再次实现对水深、水位的测量，因此本装置在线绳3释放、回收的过程能够产生多组数据进行对照，从而进一步提高本装置的测量精度。

本发明的解释中，需要说明的是，表示方位的术语名词仅仅是为了便于描述和理解，并非对具体技术特征的安装位置进行唯一的限定，不排除其他能够实现的安装方式。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。