一种带光电声提示的量水堰水位观测装置及方法与流程

本发明涉及水利工程水位监测，具体涉及一种带光电声提示的量水堰水位观测装置及方法。

背景技术：

1、量水堰是明渠流量与水位观测的核心构筑物，依靠人工操作测针接触水面读取水位高程，是中小型水利工程、灌区、野外水文站点的主流观测方式。

2、目前传统量水堰的人工测针设备在实际应用中存在多方面缺陷：

3、其一，人为系统误差大，不同观测人员的操作习惯、视觉角度存在差异，判断测针接触水面的标准不统一，同一水位多次测量数据偏差明显；在强光、逆光、水面波纹较大的野外场景中，肉眼难以精准分辨接触临界点，误差问题进一步加剧。

4、其二，测针垂直度校准难度高，传统墙面测针支架多采用单点或两点螺栓固定，无平面调平机构，只能依靠加装薄垫片粗略找平，前后、左右倾斜调节互相耦合，微调操作难度大，校准精度低；长期受水流振动、墙体沉降影响后支架极易偏移，再次校正需整体拆除支撑座重新打孔，运维工作量大。

5、其三，现有测针升降结构多为螺杆式，长期使用易出现螺纹卡滞、回程间隙大的问题，微调精度不足，且缺少锁止结构，读数时测针易发生位移，影响数据准确性。

6、其四，现有落地式调平支架会伸入堰槽过水断面，干扰堰流原始流态，破坏量水堰计量边界条件；一体式自动水位监测设备结构复杂、成本高，无法适配传统人工测针式量水堰的轻量化改造需求。

7、因此，在保留人工观测模式的基础上，同时实现接触精准提示、测针便捷调平与升降精准锁止，全面消除系统误差，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有传统量水堰人工测针观测存在的人为读数标准不统一、系统误差大，测针垂直度校准难度高、运维繁琐，升降结构调节精度不足、易位移，以及现有改造方案成本高、易干扰堰流流态的缺陷，本发明提供一种带光电声提示的量水堰水位观测装置及方法，在不改变原有测针测量逻辑与操作习惯的前提下，集成壁挂式无耦合调平机构、齿轮齿条式精准升降结构与接触导通式光电声提示电路，统一读数时机、校准测针垂直度、提升调节精度，全面提升观测精度与作业效率，降低长期运维成本。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种带光电声提示的量水堰水位观测装置，包括量水堰主体、带刻度的金属测针、手动升降测针组件、壁挂式测针调平装置与水位接触导通电路组件。

4、量水堰主体采用常规薄壁量水堰结构，包含堰板、导流槽与水位观测区，为水位测量的基础载体，保留原有尺寸与安装结构。

5、壁挂式测针调平装置包括设备支撑座与调节安装板，设备支撑座固定安装在量水堰主体侧部，调节安装板装配于设备支撑座上，手动升降测针组件安装于调节安装板上并使金属测针竖向设置。

6、进一步地，设备支撑座采用l形板并锚固于量水堰侧部混凝土墙面，整套调平装置壁挂式安装，不伸入量水堰的过水断面；调节安装板的板面螺纹连接有三颗呈等边三角分布的顶起螺丝，调节安装板与设备支撑座之间设置有多颗紧固螺丝，测针支架的中部集成有水准圆气泡；三颗呈等边三角分布的顶起螺丝用于分别调节金属测针的前后与左右倾斜方向，两个维度的调节互不耦合；调节安装板与测针支架之间连接有弧形的连接座，用于适配测针支架的安装角度，分散受力。

7、手动升降测针组件包括测针支架、测针升降装置、刻度盘与金属测针，测针支架固定连接在壁挂式测针调平装置的末端，测针升降装置用于升降金属测针，刻度盘固定套接在测针支架的顶端，金属测针滑动设置在测针支架上。

8、进一步地，测针升降装置包括安装座、齿轮、转动手柄，安装座固定安装在测针支架上，齿轮转动连接在安装座内，并与设置条形齿条的金属测针啮合配合，转动手柄用于转动齿轮以升降金属测针，安装座还安装有锁止结构以固定金属测针位置，避免读数时发生位移。

9、水位接触导通电路组件包含供电电源、水下导电电极、连接导线、发光灯具、蜂鸣发声器；水下导电电极固定在量水堰主体的水位观测区内并浸没于水体中；发光灯具、蜂鸣发声器与供电电源串联并安装于量水堰主体外侧的密封安装盒内；水下导电电极通过连接导线接入串联电路一端，金属测针通过连接导线接入串联电路另一端，水体作为导电介质，当金属测针尖端接触水面时，电路闭合，发光灯具点亮且蜂鸣发声器发出提示音。

10、对应的量水堰水位观测声光电提示方法，采用上述装置实施，包含如下步骤：

11、第一步测针垂直度校准，通过壁挂式测针调平装置调整调节安装板的倾斜角度，观测水准圆气泡位置，迭代调节三颗顶起螺丝，直至水准圆气泡居中，锁紧全部固定部件完成调平；

12、第二步水位观测读数，操作测针升降装置带动金属测针缓慢下降，当金属测针尖端接触水面时，水体导通串联电路，发光灯具与蜂鸣发声器同步触发提示，观测人员立即停止操作并读取刻度盘的水位数值，通过锁止结构固定金属测针位置；

13、第三步装置复位，读数完成后操作测针升降装置抬升金属测针使其脱离水面，电路断开，声光提示停止，完成单次观测。

14、进一步地，测针垂直度校准步骤中，单次顶起螺丝的旋转幅度不大于四分之一圈，交替校正前后与左右方向倾斜；锁紧时按照先顶起螺丝、再紧固螺丝、最后测针支架固定螺丝的顺序分级锁紧，锁紧后静置复核水准圆气泡无漂移。二次维护调平时，仅松动调节安装板处的紧固螺丝，重复倾斜校正与锁紧步骤即可完成校准，无需拆除墙面的设备支撑座。

15、相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

16、1.观测精度全面提升。一方面以电路导通、光电声同步提示作为唯一读数判定标准，摆脱观测人员主观视觉、操作习惯的影响，所有人员读数时机完全统一，彻底消除人为操作带来的系统误差；另一方面通过三角分布顶起螺丝配合水准圆气泡精准校准测针垂直度，双向调节无耦合，消除测针倾斜引入的固定系统误差；搭配齿轮齿条式升降结构与锁止功能，调节精度更高、读数时无位移，三重保障测量数据的准确性与一致性。

17、2.改造成本低、兼容性强。无需拆除、更换原有量水堰主体结构，仅加装调平机构、升降组件与电路组件即可完成改造，安装简单便捷，可直接对现有存量设备升级，适合大面积推广应用。

18、3.作业效率与环境适应性提升。观测人员无需持续紧盯测针与水面接触状态，依靠声光提示即可判断读数节点，降低长时间作业的视觉疲劳；led灯光与蜂鸣提示不受强光、逆光、水面波纹、夜间等恶劣观测环境影响，全天候均可稳定工作；齿轮齿条式升降操作顺滑、微调精准，配合锁止结构可快速固定读数，单人单次观测时间显著缩短。

19、4.运维便捷、长期稳定性好。壁挂式安装结构不伸入堰槽过水断面，不干扰堰流原始流态，保障量水堰计量边界条件稳定；二次校准无需拆除、重新锚固底座，仅松动紧固螺丝即可微调，大幅减少现场运维工作量；调平后多点螺丝分级锁紧，抗水流振动、墙体微小沉降能力强，长期连续观测不易失准。

20、5.安全耐用、操作无门槛。电路整体做防水、绝缘、防锈处理，采用低压供电方案无漏电风险，适配野外河道、灌区、水库等潮湿作业场景，故障率低、维护便捷；完全沿用人工测针的操作逻辑，观测人员无需重新学习操作流程，上手难度低。