一种观测井的水位测量装置及测量方法与流程

1.本发明属于地下水位测量技术领域，具体涉及一种观测井的水位测量装置及测量方法。


背景技术：

2.在基础土方开挖以及地下空间施工阶段，需要地下水位下降至施工作业面之下方，才能保证施工的顺利进行。因此，在建筑施工中，需要对基础工程中降水施工阶段的地下水位进行控制监测。目前常用的地下水测量方法包括测绳法、测钟法、电测法、超声波测法等。然而，上述地下水位的测量方法均存在缺点：
3.测绳法虽然操作简单，但是测绳不能在短时间内重复利用，且得出结果繁琐。另外，在建筑施工期间，需要频繁地对地下水位进行测量记录，测绳法难以满足高频率的地下水位测量要求。钟测法经常存在信息反映不清，数据不准的问题。电测法在潮湿空气、孔壁含水等介质环境下难以对水位明确区分，最终导致误判从而形成水位度数偏差。超声波测量法成本过高，并且架设和安装设备过于麻烦。
4.因此，需要一种测量准确、可靠性强、稳定性好、成本较低的水位测量装置和方法。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.为了解决现有技术中存在的地下水位测量设备不准确，可靠性差、不适应野外测量以及制造成本高的问题，本发明提供一种观测井的水位测量装置及测量方法。
7.(二)技术方案
8.为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
9.一种观测井的水位测量装置，包括测量组件、浮标组件以及感应组件；
10.所述测量组件包括测绳以及磁感应部件，所述磁感应部件与所述测绳连接，并随着所述测绳在观测井中升降；
11.所述浮标组件与所述测绳连接，并随着所述测绳在观测井中升降，所述浮标组件位于所述磁感应部件的下方；所述浮标组件下降至水面后漂浮于水面；
12.所述浮标组件产生磁场，所述浮标组件漂浮于水面后，所述磁感应部件下降至水面以下，穿过所述浮标组件产生的磁场，在所述磁场的作用下发出水位信号；
13.所述感应组件位于观测井的外部，以接收所述磁感应部件发出的水位信号，以及固定和调节所述测绳的长度。
14.如上所述的观测井的水位测量装置，优选地，所述磁感应部件为磁感应杆，所述磁感应杆包括干簧管，所述干簧管内密封惰性气体，外壁设置绝缘层。
15.如上所述的观测井的水位测量装置，优选地，所述测绳包括第一导线和第二导线，所述第一导线和所述第二导线的一端连接，另一端分别连接干簧片；所述第一导线的干簧片和所述第二导线的干簧片密封在所述干簧管内；所述干簧片上设置可磁化的舌簧触点，
所述舌簧触点的表面设置金属铑或钌层，所述第一导线的舌簧触点和所述第二导线的舌簧触点在所述浮标组件产生的磁场的作用下吸附在一起形成通路。
16.如上所述的观测井的水位测量装置，优选地，所述浮标组件包括泡沫外层以及磁铁；
17.所述泡沫外层位于所述磁铁的外侧，并与所述磁铁固定连接；
18.所述磁铁上设置通道，所述磁感应杆穿过所述通道，切割所述磁铁的磁感线；所述第一导线和第二导线上的舌簧触点在所述磁铁产生的磁场的作用下磁化，互相吸引并接触，形成通路。
19.如上所述的观测井的水位测量装置，优选地，所述泡沫外层与所述测绳通过软绳连接；
20.所述软绳与所述测绳的连接点高于所述磁感应杆。
21.如上所述的观测井的水位测量装置，优选地，还包括固定环，以及3
‑
4组调节组件；
22.所述固定环固定在观测井的井口处，所述调节组件与所述固定环活动连接，所述调节组件可绕所述固定环周向旋转；
23.所述调节组件上设置测绳导口，所述测绳通过所述测绳导口伸入井口；所述调节组件调节所述测绳导口相对井口的位置。
24.如上所述的观测井的水位测量装置，优选地，所述调节组件包括位置调节器、调节管以及调节杆；
25.所述位置调节器包括位置调节器本体、凸点滑球以及转轴，所述固定环的上下两面向内凹陷，以与所述位置调节器的凸点滑球形成转动副；
26.所述调节管包括调节管本体以及旋转连接管口，所述旋转连接管口与所述位置调节器的转轴连接，所述调节管本体上开设第一销孔；
27.所述调节杆的直径小于所述调节管本体的内径，所述调节杆上设置3
‑
4个第二销孔，所述第一销孔与所述第二销孔通过固定栓连接。
28.如上所述的观测井的水位测量装置，优选地，所述感应组件包括底座、指示灯、蜂鸣器、开关以及调节轴；
29.所述底座固定在观测井外部的地面上；所述蜂鸣器以及信号灯与所述2根导线电性连接，当所述2根导线的舌簧触点闭合，所述信号灯亮起和/或所述蜂鸣器报警；
30.开关控制导线的开关，且具有三重按钮，使得单独的信号灯亮起或单独的蜂鸣器发出警报，或者使信号灯和蜂鸣器同时做出反应。
31.如上所述的观测井的水位测量装置，优选地，所述测绳绕置在所述感应组件上，所述调节轴调节所述测绳的长度，当所述调节轴按下，所述测绳的长度固定；当所述调节轴抽出，所述测绳收缩或者放出。
32.本发明还提供一种观测井的水位测量方法，包括如下步骤：
33.s1：将固定环与调节组件安装为一体，然后将固定环安装在观测井的井口处；
34.s2：将连接磁感应部件和浮标组件的测绳放入固定环内，然后调整调节组件，使测绳位于测绳导口内，然后将测绳导口调节至合适的位置；
35.s3：测绳带动磁感应部件和浮标组件下降，直到浮标组件漂浮于水面；
36.s4：减小测绳的下放速度，磁感应部件穿过浮标组件的磁场并发出水位信号，感应
组件接收水位信号并发出提示；
37.s5：调节感应组件，固定测绳的高度，对测绳进行读数，并记录初始水位；
38.s6：在固定的时间间隔内，按照步骤s1
‑
s5重复测量并记录观测井内的水位高度，直到抽水试验或水位测量活动结束。
39.(三)有益效果
40.本发明的有益效果是：
41.本发明的水位测量装置将磁感应部件以及能够产生磁场的浮标组件与测绳连接，浮标组件设置于磁感应部件的下方。随着测绳的下降，浮标组件先到达并漂浮于水面，测绳继续下降的过程中，磁感应部件穿过浮标组件产生的磁场，在所述磁场的作用下将水位信号反馈至感应组件。
42.本发明的水位测量装置装置结构较为简单，测量的精确度高，不受潮湿等不良环境条件影响，施工测量效率高，克服了现有技术中的地下水位测量方法测量不精确、受环境影响大、成本高等问题，通过磁感应部件的磁感应特性进行测量，提高了测试的精度，操作简单，测得的水位数据较为准确。
43.另外，本发明的水位测量装置还可以对水位进行监测，为渗透系数的计算提供必要的计算参数，功能更加全面、施工效率高。
附图说明
44.图1为本发明中水位测量装置的结构示意图；
45.图2为本发明中磁感应部件的剖面图；
46.图3为本发明中位置调节器以及调节管的结构示意图；
47.图4为本发明中感应组件的结构示意图。
48.【附图标记说明】
49.1：固定环；2：位置调节器；3：固定栓；4：测绳导口；5：调节杆；6：调节管；7：测绳；8：磁感应杆；9：软绳；10：磁铁；11：泡沫外；层；12：导棍；13：开关；14：信号灯；15：蜂鸣器；16：调节轴；17：底座；
50.21：位置调节器本体；22：凸点滑球；23：转轴；
51.51：第二销孔；
52.61：旋转连接管口；62：第一销孔；
53.71：第一导线；72：第二导线；
54.81：塑封胶；82：干簧片；83：舌簧触点；84：干簧管；85：绝缘层。
具体实施方式
55.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
56.实施例1
57.如图1
‑
图4所示，本实施例提供一种观测井的水位测量装置，包括固定环1、调节组件、测量组件、浮标组件以及感应组件。
58.固定环1固定在观测井的井口处，调节组件与固定环1活动连接，调节组件能够绕
固定环1周向旋转。调节组件上设置测绳导口4，测绳7通过测绳导口4伸入井口。调节组件能够改变测绳导口4相对井口的位置，以调节测绳7以及测量组件、漂浮组件在井内的相对位置，避免和障碍物产生碰撞影响测量结果。
59.井口一般是圆形，固定环1能够完全或者部分与井口接触，用于固定调节组件，并且为测量组件以及浮标组件提供支撑。常见的井口的直径包括400mm、600mm、800mm等，针对不同的井口直径，固定环1也包括不同的尺寸。
60.测量组件包括测绳7以及磁感应部件，磁感应部件与测绳7连接，并随着测绳7在观测井中升降。浮标组件与测绳7连接，同样随着测绳7在观测井中升降，为了使浮标组件先到达水面，浮标组件设置于磁感应部件的下方。浮标组件能够产生磁场，浮标组件下降至水面后漂浮于水面。浮标组件漂浮于水面后，磁感应部件随着测绳7继续下降至水面以下，磁感应部件在下降至水面到水面以下的同时穿过浮标组件产生的磁场，在浮标组件产生的磁场的作用下发出水位信号。
61.感应组件位于观测井的外部，测绳7的一端绕置在感应组件上。感应组件能够调节以及固定测绳7的深处长度，还能够接收磁感应部件发出的水位信号，并对操作者发出提醒。
62.本实施例的水位测量装置将磁感应部件以及能够产生磁场的浮标组件与测绳7连接，浮标组件设置于磁感应部件的下方。随着测绳7的下降，浮标组件先到达并漂浮于水面，测绳7继续下降的过程中，磁感应部件穿过浮标组件产生的磁场，并在磁场的作用下将水位信号反馈至感应组件。
63.本实施例的水位测量装置装置结构较为简单，测量的精确度高，不受潮湿等不良环境条件影响，施工测量效率高，克服了现有技术中的地下水位测量方法测量不精确、受环境影响大、成本高等问题。通过磁感应部件的磁感应特性进行测量，提高了测试的精度，操作简单，测得的水位数据较为准确。
64.优选地，磁感应部件为磁感应杆8，如图2所示，磁感应杆8为干簧管84，干簧管84的两端通过塑封胶81密封，干簧管84的外壁设置绝缘层85，以提高干簧管84的使用年限。
65.进一步地，测绳7的内部包括第一导线71和第二导线72，外部为绝缘外层，绝缘外层上标刻测绳7的长度。第一导线71和第二导线72的一端连接，另一端分别连接干簧片82。第一导线71的干簧片82和第二导线72的干簧片82密封在干簧管84内，干簧管84内密封惰性气体，防止干簧片82氧化损坏，增加其使用寿命。干簧片82上设置可磁化的舌簧触点83，第一导线71的舌簧触点83和第二导线72的舌簧触点83在浮标组件产生的磁场的作用下吸附在一起形成通路。
66.干簧片82相当于一个磁通导体，能够在外加磁场的作用下被磁化。在磁感应杆8未到达水面之前，第一导线71和第二导线72的干簧片82并未接触。当磁感应杆8穿过浮标组件产生的磁场时，两片干簧片82的端点位置附近产生不同的极性。当舌簧触点83之间的吸引力超过簧片本身的弹力时，这两片簧片会吸附在一起，将导线所在的电路连通。当磁场减弱或消失后，两片干簧片82会在本身的弹性下自动分离，从而打开电路。
67.优选地，舌簧触点83的表层镀有较为坚硬的金属铑或钌，能够极大地提升舌簧触点83切换次数和使用寿命。
68.优选地，浮标组件包括泡沫外层11以及磁铁10。泡沫外层11位于磁铁10的外侧，并
与磁铁10固定连接。泡沫外层11位于磁铁10的外侧，面积更大，质量更轻，有利于实现磁铁10的漂浮。磁铁10上设置通道，磁感应杆8下降的过程中能够穿过该通道，切割磁铁10的磁感线。第一导线71和第二导线72上的干簧片82/舌簧触点83在磁铁10产生的磁场的作用下磁化，互相吸引并接触，形成通路。
69.本实施例中，泡沫外层11以及磁铁10优选为环形，环形磁铁便于磁感应杆8穿过，并且质量分布均匀，在下放过程中不容易出现倾斜进而影响水位测量。当然，本实施例中的磁铁10并不仅限于环形，还可以采用u型磁铁、条形磁铁或者电磁铁，只需满足磁感应杆8切提供磁场的功能即能够达到使舌簧触点83被磁化的效果，从而吸附形成回路。优选地，若采用u型磁铁10或者条形磁铁10，则最好保证泡沫外环和磁铁10整体的质量分布的均匀性，以避免磁铁10与外层泡沫翻覆。
70.优选地，泡沫外层11与测绳7通过软绳9连接。如图1所示，软绳9包括3
‑
4根，软绳9的一端均匀地与泡沫外层11连接，另一端与测绳7的同一高度连接，以保证泡沫外层11和磁铁10能够平稳地到达井内的水面。软绳9与测绳7的连接点高于磁感应杆8，以保证测绳7下放过程中磁铁10与泡沫外层11先接触到水面。磁铁10与泡沫外层11到达水面后，软绳9上的张力消失，然而软绳9具有一定的长度，因此测绳7还可以继续下放，同时外环泡沫与环形磁铁的位置相对水面不再改变。
71.优选地，测量组件还包括导棍12，导棍12与干簧管84的下端连接，导棍12的直径远小于环形磁铁的内径。本实施例中的导棍12具有一定重量，能够确保磁感应杆8准确地贯入环形磁铁，达到精确监测水位的效果。进一步地，导棍12由铝或铜等磁铁10不吸引的密度较大的材料制成，以保障当软绳9的长度较长时，导棍12依旧可以引导磁感应杆8顺利的通过磁铁10的通道，对磁感线进行切割。
72.优选地，本实施例中共设置3
‑
4组调节组件。每组调节组件包括位置调节器2、调节管6以及调节杆5。如图3所示，位置调节器2包括位置调节器本体21、凸点滑球22以及转轴23。固定环1的上下两面向内凹陷，以与位置调节器2的凸点滑球22完美契合，形成转动副，使位置调节器2能够绕着固定环1轴向运动而不会脱落。
73.调节管6包括调节管6本体以及旋转连接管口61，旋转连接管口61与位置调节器2的转轴23连接，旋转连接管口61的直径略微大于转轴23的直径，以保证旋转连接管口61能够绕转轴23进行旋转，进而实现对测绳7下放位置的调节。调节管6本体上开设第一销孔62。
74.调节杆5的直径小于调节管6本体的内径，调节杆5上设置3
‑
4个第二销孔51，第一销孔62与第二销孔51通过固定栓3连接。本实施例中，为节省器件，在调节杆5上设置3
‑
4个第二销孔51，当井口直径不同时，需要不同直径的固定环1以及不同长度的调节杆5，此时只需根据不同的井口直径将调节杆5的不同第二销孔51与调节管6的第一销孔62用固定栓3固定即可实现一管多用，能够减少设备部件的数量。
75.调节杆5远离调节管6的一端设置测绳导口4，测绳导口4决定测绳7的下放位置，下放位置不能太靠近井壁，以避免测量设备与井壁发生碰撞影响测量精度。测绳7的理想下放位置为井口所在的圆心，然而在实际观测井的水位测量过程中，井内通常设置水泵、水管等设备，在井中央造成障碍，若测绳7继续在井口的圆心处下放，则会造成测量不准确。因此，为了避免井内障碍物，包括上述的水管、水泵等阻碍测绳下放，进而对水位测量造成干扰，可以通过调整调节管6相对位置调节器2的角度，或者改变调节杆5的长度，实现调节组件中
测绳导口4的位置改变，偏离井口的中心，从而避免井内障碍物，顺利而精准地测量水位。
76.本实施例中的调节组件，除了能够调节测绳7的下放位置，避免触碰障碍物之外，还能够调节测绳7在井口处的水平度。具体地，在实际测量过程中，井内通常设置水泵、水管等设备，水管通常需要经过井口，造成井口所在的平面与水平面之间存在一定的角度。另外，自然状态下，井口所在的平面也并非完全与水平面之间平行。
77.本实施例中，通过转动位置调节器2，使凸点滑球22相对固定环1径向滑动，从而将调节组件所在的平面调整至与水平面平行，测绳7通过与水平面平行的测绳导口4下放至井内，井口处的测绳7也保持水平状态。
78.优选地，如图4所示，感应组件包括底座17、信号灯14、蜂鸣器15、开关13以及调节轴16。底座17固定在观测井外部的地面上，信号灯14以及蜂鸣器15与2根导线电性连接。开关13能够控制线路的开关13，且具有三重按钮，可以让单独的信号灯14亮起或单独的蜂鸣器15发出警报，或者使信号灯14和蜂鸣器15同时做出反应。测绳7绕置在感应组件上，调节轴16用于调节测绳7的长度，当调节轴16按下，测绳7的长度固定，当调节轴16抽出，测绳7能够收缩或者放出。
79.本实施例的水位测量装置装置结构较为简单，测量的精确度高，不受潮湿等不良环境条件影响，施工测量效率高，克服了现有技术中的地下水位测量方法测量不精确、受环境影响大、成本高等问题。提高了测试的精度，操作简单，测得的水位数据较为准确，减少了人工的投入和工作量，且减少了测量过程中人为的操作的误差。
80.实施例2
81.本实施例提供一种基于实施例1的测量设备的观测井的水位测量方法，包括如下步骤：
82.s1：将固定环1与调节组件安装为一体，然后将固定环1安装在观测井的井口处。
83.s2：将连接磁感应部件和浮标组件的测绳7放入固定环1内，然后调整调节管6相对位置调节器2的角度，或者改变调节杆5的长度，将测绳导口4的位置移动到所需位置。
84.s3：测绳7带动磁感应部件和浮标组件下降，直到浮标组件漂浮于水面。
85.s4：减小测绳7的下放速度，磁感应部件穿过磁铁10的磁场，第一导线71和第二导线72上的干簧片82在磁铁10产生的磁场的作用下磁化，舌簧触点83互相吸引并接触，形成通路，发出水位信号，感应组件接收水位信号并做出提示。
86.s5：按下调节轴16，将测绳7的长度进行固定，然后进行读数，并记录初始水位。
87.s6：在固定的时间间隔内，按照步骤s1
‑
s5重复测量并记录观测井内的水位高度，直到抽水试验或水位测量活动结束。
88.本实施例的水位测量方法还能够对固定水位高度恢复所需的时间，或固定水位下降所需的时间进行测量，为渗透系数计算提供必要的参数。在井内水位恢复期间，测量水位高度恢复时，可将磁感应杆8提升一定的高度，待蜂鸣器15和信号灯14响应后，得到出水位恢复对应高度所需的时间，进而进行渗透系数计算。
89.同样地，在井内水位下降期间，初次水位测量完成后，可将测绳7也就是磁感应杆8下放一定高度，最终待水面下降至磁感应杆8的高度时，浮标组件也会随水面下降至磁感应杆8的高度，并产生足够强的磁场，使磁感应杆8做出反应。记录从测绳下放到磁感应杆内部的舌簧触点再次触碰，蜂鸣器或者信号灯发出信号的时间，即可得到水位下降对应的高度
所需的时间，进而进行渗透系数的计算。
90.以上实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定，本领域技术人员在权利要求的范围内做出各种变形或修改，均属于本发明的实质内容。