一种非接触式检查井水位测量装置以及使用方法与流程

1.本发明涉及检查井测量技术领域，尤其涉及一种非接触式检查井水位测量装置及其使用方法。


背景技术：

2.检查井水位测量在市政工程和环境工程领域具有重要意义，其在对管网的漏损排查以及管道淤积的监测工作中起到重要作用，但现有的检查井水位测量技术仍存在一定的误差。
3.非接触式距离测量装置常采用超声波、电磁波或激光测距仪计进行测量。其中，超声波、电磁波液位计对水位的测量是根据检查井地面标高、液面距离探头距离、探头距离地面距离进行换算，水位＝地面高程-探头距离地面距离-液面距离探头距离。由于生活污水具有高温、高湿、强对流等特点，超声波探头的测量缺乏对温湿度和气流的校正功能，且现有温度校正探头均布置于超声波探头周边，无法反映声波传播过程中不同井深条件下的温度、湿度差异。过大的温湿度断层还会造成超声波甚至电磁波的反射，进而造成水位测量偏差。此外，由于超声波、电磁波测量仪存在最小发射角的问题，波束会在深井井筒上发生多次折射，形成测量噪音，影响测量精度。激光测距仪的光束平行性较优，但由于水面存在不规则的镜面反射，激光测距仪容易接收到经镜面反射至检查井壁面上的光信号，导致测量偏差，还可能因为水面镜面反射后光线未能进入感知器而导致测量失败。
4.为减小下水道系统中复杂的管内环境对水位测量造成的误差，更好地对检查井液位进行稳定的监测，目前急需一款新型的非接触式检查井水位测量装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种非接触检查井水位测量装置，以解决现有技术中存在的问题。
6.本发明提供了一种非接触式检查井水位测量装置，包括同心设置的外环和内环，以及用于连接所述外环和内环的多个连接杆，所述外环的外径大于检查井的井盖直径，其底部间隔地设有多个水平调节机构，用于帮助所述外环保持水平；所述内环内设有液位计，所述液位计的测量原点与连接杆的上表面齐平；还包括设置在同一个或不同连接杆上的电源、rtk天线以及卷尺测量机构，所述rtk天线用于测量所述连接杆的上表面高程；所述卷尺测量机构包括支架、安装在所述支架上的激光测距仪和转轴，所述激光测距仪的中线平行于所述转轴的轴线；所述转轴与摇杆相连接，且所述转轴上同轴绕设有卷尺，通过转动所述摇杆，可以放下或收起所述卷尺；所述卷尺的端部连接有吊盘，所述吊盘具有浮力，且上表面涂有高反光材料；所述电源用于为所述rtk天线、激光测距仪、液位计供电。
7.优选地，所述水平调节机构包括由上向下依次设置的旋钮、调节螺杆和垫脚，所述调节螺杆贯穿所述外环且与所述外环螺纹连接，所述旋钮上嵌有气泡式水平仪。
8.优选地，所述内环内设有内环套筒，所述液位计安装在所述内环套筒中。
9.优选地，所述液位计为超声波液位计探头或电磁波液位计探头。
10.优选地，还包括导流筒，所述导流筒的进风口与风源相连接，底部设有进风口支架，用于稳定所述进风口；所述导流筒的出风口与外环相连接；所述导流筒的内径沿所述进风口向所述出风口方向逐渐增大。
11.优选地，所述风源为静音风扇。
12.本发明还提供了一种前述非接触式检查井水位测量装置的使用方法，包括以下步骤:
13.将卷尺的零刻度与吊盘盘底之间的距离记为d1，接着将卷尺安装至转轴上，将转轴与连接杆上表面之间的距离记为d2；调节水平调节机构，使得外环保持水平，接着转动摇杆下放卷尺，使得位于卷尺端部的吊盘下降；当卷尺上的张力骤减时，吊盘已与检查井内的水面接触，此时操作人员的视线与激光测距仪的中线以及转轴共线，读取张力突变点所在卷尺上的刻度d3；计算d3 d1-d2得到连接杆上表面与与水面之间的粗测距离l1；
14.将激光测距仪与连接杆上表面之间的距离记为d4，然后打开激光测距仪，确认激光点位于吊盘的上表面上；接着在外环上套上导流筒，保证进风口稳定，外环保持水平；打开风源，向检查井内送入干洁空气，待激光测距仪读数稳定后，读取激光测距仪的度数d5。计算d5-d4得到连接杆上表面与水面之间的精测距离l2；
15.根据液位计的反射角α，判断tan(α/2)*l1与检查井半径的关系，并判断是否会发生漫反射；
16.若tan(α/2)*l1大于检查井半径，则移除导流筒，测量结束；
17.若tan(α/2)*l1小于检查井半径，则可以采用液位计进行精测量，此时先移除导流筒，转动摇杆回收卷尺，使得吊盘上升，拆除卷尺和吊盘；接着套上导流筒，保证进风口稳定，外环保持水平；打开风源，向检查井内送入干洁空气，然后打开液位计，待液位计读数稳定后，读取液位计，获得连接杆上表面与水面之间的精测距离l3；
18.对比l1与l2/l3差距，若l1与l2/l3之间的差距小于5％，则采用l2或(l2 l3)/2为液位深l4；如果l1与l2/l3之间的差距大于5％，则采用l1为液位深l4；
19.打开rtk天线，测量连接杆上表面的高程l5，得到检查井的液位值为l5-l4。
20.本发明的有益之处在于：
21.1)采用相互连接的卷尺和吊盘，通过拉离卷尺，判断吊盘是否达水面的，最终实现水面的标尺粗测量；
22.2)结合标尺粗测量结果，根据当前液位计的发射角，计算是否会发生漫反射，影响测量精度；
23.3)由到达水面的吊盘为激光测距仪提供一个有效反射平面，实现激光测距仪的液位测量；
24.4)集成rtk天线，综合换算检查井的井内液位；
25.5)加入导流罩和风扇，向检查井内通入干洁气体，保证井室内温湿度一致，优化温湿度校正效果，消除温湿度断层，防止温湿度断层带来的信号反射及液位误测。
附图说明
26.图1是本发明非接触式检查井测量装置的仰视图；
27.图2是本发明非接触式检查井测量装置的侧视图；
28.图3是本发明非接触式检查井测量装置处于预备测量状态下的仰视图；
29.图4是本发明非接触式检查井测量装置处于预备测量状态下的侧视图；
30.图5是本发明非接触式检查井测量装置处于测量状态下的仰视图；
31.图6是本发明非接触式检查井测量装置处于测量状态下的侧视图。
32.元件标号说明：
[0033]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
外环
[0034]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
外环壁
[0035]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
旋钮
[0036]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
调节螺杆
[0037]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
垫脚
[0038]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
上加强筋
[0039]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
下加强筋
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内环
[0041]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
内环套筒
[0042]
10
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连接杆
[0043]
11
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电源
[0044]
12
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支杆
[0045]
13
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rtk天线
[0046]
14
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支架
[0047]
15
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激光测距仪
[0048]
16
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转轴
[0049]
17
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摇杆
[0050]
18
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卷尺
[0051]
19
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吊盘
[0052]
20
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液位计
[0053]
21
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导流筒
[0054]
22
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进风口
[0055]
23
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进风口支架
[0056]
24
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进风口支脚
具体实施方式
[0057]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
[0058]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0059]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相
连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0060]
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0061]
如图1-4所示，本发明提供了一种非接触式检查井水位测量装置，包括同心设置的外环1和内环8，以及用于连接外环1和内环8的多个连接杆10。连接杆10的数量优选地为四个，四个连接杆10呈十字分布，可以有效加强本装置在水平方向上的结构强度。外环1的外径大于检查井的井盖直径，其底部间隔地设有多个水平调节机构，用于帮助外环1保持水平。具体地，水平调节机构包括由上向下依次设置的旋钮3、调节螺杆4和垫脚5，调节螺杆4贯穿外环1且与外环1螺纹连接，旋钮3上嵌有气泡式水平仪。通过扭动旋钮3，可以带动螺杆4升降，实现对外环1的水平度调节。沿外环1的周向还设有一圈向上延伸的外环壁2，外环壁2用于与后续的导流筒21套接。
[0062]
在内环8的内侧设有内环套筒9，内环套筒9中安装有液位计20，液位计20为超声波液位计探头或电磁波液位计探头，液位计20的测量原点与连接杆10的上表面齐平，便于后续计算。内环8可以加强本装置在垂直方向上的结构强度，并对内环套筒9进行支撑。在外环壁2和各连接杆10之间设有上加强筋6，同时在内环8与各连接杆10之间设有下加强筋7，上加强筋6和下加强筋7可以增加本装置的抗弯能力。
[0063]
本装置还包括电源11、rtk天线13以及卷尺测量机构，考虑这些部件的安装位置时，可以如本发明的一个具体实施例，将每个部件设置在不同的连接杆10上，防止装置重心偏移发生倾倒，也可以根据需要，将其中的两个或三个部件设置在同一个连接杆10上。其中，rtk天线13通过支杆12安装在连接杆10上，用于测量连接杆10的上表面高程。卷尺测量机构包括安装在连接杆10上的两个支架14、分别安装在两个支架14上的激光测距仪15和转轴16，激光测距仪15的中线平行于转轴16的轴线。转轴16与摇杆17相连接，且转轴16上同轴绕设有卷尺18，通过转动摇杆17，可以放下或收起卷尺18。卷尺18的端部设有挂钩，用于与吊盘19相连接。吊盘19具有浮力，且上表面涂有高反光材料，其可以为激光测距仪15提供一个有效的反射平面，帮助激光测距仪15实现准确的液位测量。电源11用于为rtk天线13、激光测距仪15、液位计20供电。
[0064]
为保证检查井内温度和湿度一致，无温湿度突变断面，优化温湿度校正效果，进而确保测量的准确性，本发明的非接触式水位测量装置还包括如图5和图6所示的导流筒21，导流筒21的进风口22与风源相连接，风源优选地为静音风扇。在进风口22的底部设有进风口支架23，进风口支架23的底部设有进风口支脚24，进风口支架23和进风口支脚24可以帮助稳定进风口22，弱化进风口22的振动影响。导流筒21的出风口与外环1的外环壁2相套接。导流筒21的内径沿进风口22向出风口方向逐渐增大，同时在进风口22和出风口之间设有弯折部，这样设置可以在便于装卸导流筒21的同时合理安排安装空间。优选地，电源11与进风口支架23、进风口支脚24设置在装置的不同方向，从而可以平衡装置的中心，避免装置偏斜。
[0065]
本发明还提供了一种前述装置的使用方法，包括以下步骤：
[0066]
将卷尺18的零刻度与吊盘19盘底之间的距离记为d1，接着将卷尺18安装至转轴16
上，将转轴16与连接杆10上表面之间的距离记为d2；调节水平调节机构，使得外环1保持水平，接着转动摇杆17下放卷尺18，使得位于卷尺18端部的吊盘19下降；当卷尺18上的张力骤减时，意味着吊盘19已与检查井内的水面接触，此时操作人员的视线与激光测距仪15的中线以及转轴16共线，准确读取张力突变点所在卷尺18上的刻度d3；计算d3 d1-d2得到连接杆10上表面与水面之间的粗测距离l1；
[0067]
将激光测距仪15与连接杆10上表面之间的距离记为d4，然后打开激光测距仪15，确认激光点位于吊盘19的上表面上；接着在外环1上套上导流筒21，保证进风口22稳定，且在此安装过程中的动作幅度应尽量小，使外环1保持水平；打开风源，向检查井内送入干洁空气，待激光测距仪15读数稳定后，读取激光测距仪15的度数d5。计算d5-d4得到连接杆10上表面与水面之间的精测距离l2；
[0068]
根据液位计20的反射角α，判断tan(α/2)*l1与检查井半径的关系，并判断是否会发生漫反射；
[0069]
若tan(α/2)*l1大于检查井半径，则无法采用液位计20进行精测量，此时可以移除导流筒21，结束测量；对比l1与l2的差距，若l1与l2之间的差距小于5％，则采用l2为液位深l4；若l1与l2之间的差距大于5％，则采用l1为液位深l4；打开rtk天线13，测量连接杆10上表面的高程l5，得到检查井的液位值为l5-l4；
[0070]
若tan(α/2)*l1小于检查井半径，则可以采用液位计20进行精测量，此时先移除导流筒21，转动摇杆17回收卷尺18，使得吊盘19上升，拆除卷尺18和吊盘19；接着在外环壁2上套接导流筒21，保证进风口22稳定，外环1保持水平；打开风源，向检查井内送入干洁空气，然后打开液位计20，待液位计20读数稳定后，读取液位计20，获得连接杆10上表面与水面之间的精测距离l3；对比l1与l2、l3的差距，若l1与l2、l3之间的差距小于5％，则采用(l2 l3)/2为液位深l4；如果l1与l2/l3之间的差距大于5％，则采用l1为液位深l4；打开rtk天线13，测量连接杆10上表面的高程l5，得到检查井的液位值为l5-l4。
[0071]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。