便携式防卡手自一体水位测试仪的制作方法
【专利摘要】一种便携式防卡手自一体水位测试仪，具有线锤、绕线盘、测线、支架、测线分配器、测线计数采集器、第一电机、第一电机驱动模块、第二电机、第二电机驱动模块、PLC可编程控制器、编码器、触摸屏、电刷、24V直流电源。线锤由一个塑料软管和铁粉构成，测线的前端部与塑料软管固定连接。缠绕在绕线盘的卷筒上的测线通过其尾端与电刷电连接而和PLC可编程控制器相连接，编码器的信号输出端与PLC可编程控制器的输入端相连接，PLC可编程控制器的输出端分别与第一、二电机驱动模块的输入端相连接，第一、二电机驱动模块的输出端与第一、二电机电连接。本发明解决了线锤和测线在水井中被卡住的问题，操作方便，测量结果准确，便于野外使用。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在水井下自动测量地下水水位的仪器，应用在水文地质、工程地 质等领域，具体是一种便携式防卡手自一体水位测试仪。 便携式防卡手自一体水位测试仪
【背景技术】
[0002] 目前，公知的水位测试装置有两类，一类的构造是由万用表、电线、线轴和铅锤组 成，在测量水井中地下水水位时，将系着电线的铅锤手动、缓慢、匀速的放入水井中，当铅锤 到达水面时，电线末端万用表被连通，指针摆动提示已到达水面，通过电线上标记的刻度来 计量水井中地下水水位，最后手动将电线和铅锤收回。但是在整个测量过程中，存在这样几 个问题： 第一：铅锤可能在收、放线过程中卡在水井下水泵或其他设备中，造成铅锤和电线无法 收回；第二：全过程需要人工手动操作，相对劳动强度较大；第三：计量读数人工操作，相对 误差较大。
[0003] 另一类是井下投入式水文记录仪，测量过程中，将水文记录仪投入井中，对该水井 的地下水水位进行长期观测，再由电脑读取数据，但是在整个测量过程中，存在这样几个问 题：第一，需将水文记录仪长期投入水中，只可用于单点长期观测；第二，需将记录仪从井 中打捞上来，将记录卡连接电脑才能读取数据，不能即测即知。
[0004] 发明人检索到以下专利文献：CN203455054U公开了一种机械式水位测试仪，浮子 固定在浮子曲柄的一端，浮子曲柄的另一端与连杆的一端铰接在一起，浮子曲柄还铰接在 固定在箱体底部的支座上；连杆的另一端与转轴铰接在一起，转轴上端插并卡接在支撑框 底壁上；压辊两端的轴固定在支撑框上，压辊可旋转地安装在两端的轴上；支撑框上面的 圆柱插在箱体上端的插接孔内；两块定位块分别固定在箱体的两端内壁上，垫块固定在两 块定位块上；上、下簧片的一侧分别固定在垫块上；上、下簧片分别由导线连接在报警装置 的常开开关上；报警装置置于远离水源的位置。CN2777511Y公开了一种真空预压加固区内 地下水位测试装置，包括孔压计、真空表、水位管，包覆于水位管管口的密封膜，其特征在于 还包括一塑料软管，一端伸入水位管管口内，另一端埋入砂垫层；及一密封膜，包覆于水位 管外及水位管周的砂垫层。
[0005] 以上这些技术对于如何使水位测试仪不仅能够有效的解决线锤和电线在水井中 被卡住的问题，还能实现全过程手自一体的全自动操作，并未给出具体的指导方案。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种便携式防卡手自一体水位测试仪，该 水位测试仪不仅能够有效的解决线锤和测线（电线）在水井中被卡住的问题，还能实现全过 程手自一体的全自动操作，且操作方便，测量结果准确，便于野外使用。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下： 一种便携式防卡手自一体水位测试仪，具有线锤、绕线盘、测线，上述绕线盘具有卷筒、 位于卷筒两侧的左轴头和右轴头，测线缠绕在绕线盘的卷筒上，其技术方案在于：所述的 便携式防卡手自一体水位测试仪还具有支架、测线分配器、测线计数采集器、驱动绕线盘旋 转的第一电机、第一电机驱动模块、与测线分配器相连接的第二电机、第二电机驱动模块、 PLC可编程控制器、编码器、触摸屏、电刷、24V直流电源；上述绕线盘的左轴头和右轴头分 别通过左支座和右支座安装在支架上，第一电机的动力输出端与绕线盘的左轴头（即动力 输入端）固定连接，电刷安装在绕线盘的右轴头的中心孔内；上述测线分配器具有丝杠、与 丝杠螺纹连接的且上述测线从其孔中穿过的摆线体、固定安装在支架上的用以支撑丝杠的 两个支撑座、横向穿过摆线体的对摆线体起导向限位作用使摆线体只能沿其移动而不能转 动的导向杆，该导向杆由上述两个支撑座限位支撑，第二电机与丝杠传动连接；上述线锤由 一个塑料软管和设于在塑料软管内的铁粉构成，测线的前端部与塑料软管固定连接，测线 的前端头为两根独立的裸电线；上述测线计数采集器具有与所述支架固定连接的两个支撑 体、由所述两个支撑体限位支撑的第一转动轮、由所述两个支撑体限位支撑的位于第一转 动轮下面的第二转动轮，所述测线从第一转动轮和第二转动轮之间的缝隙穿过，与编码器 的转轴一起转动的第二转动轮它的中心轴与编码器的转轴相连接；缠绕在绕线盘的卷筒上 的测线通过其尾端(末端）与电刷电连接而和PLC可编程控制器相连接，编码器的信号输出 端与PLC可编程控制器的输入端相连接，触摸屏的输出端与PLC可编程控制器的输入端相 连接，PLC可编程控制器的输出端分别与第一电机驱动模块的输入端、第二电机驱动模块的 输入端相连接，第一电机驱动模块的输出端与第一电机电连接，第二电机驱动模块的输出 端与第二电机电连接，上述24V直流电源分别与触摸屏、编码器、PLC可编程控制器、第一电 机驱动模块、第一电机、第二电机驱动模块、第二电机的供电端连接。
[0008] 上述技术方案中，所述第一电机最好固定安装在左支座上。上述第二电机最好固 定安装在两个支撑座中的一个支撑座上。上述编码器最好固定安装在支架上。第一转动轮 和第二转动轮之间的、用以测线穿过的缝隙，最好由第一转动轮的外圆周面上的圆弧形凹 槽和第二转动轮的外圆周面上的圆弧形凹槽共同形成。上述测线的前端部与塑料软管固定 连接的具体结构最好是，测线的前端部伸入塑料软管内并与塑料软管热塑连接。上述铁粉 最好封闭于塑料软管内。本发明最好还具有测线穿过的、便于测线进入测线计数采集器的 导向管，该导向管固定支撑在支架上。
[0009] 本发明具有线锤、绕线盘、缠绕在绕线盘上的测线、支架、测线分配器、测线计数采 集器、驱动绕线轴旋转的第一电机、第一电机驱动模块、与测线分配器相连接的第二电机、 第二电机驱动模块、PLC可编程控制器、编码器、触摸屏、电刷、24V直流电源(可为24V锂电 池)。这样，测线通过电刷连接PLC可编程控制器来控制第一电机（以及绕线盘）的自动放 线、收线和编码器计数(即PLC可编程控制器接受指令控制第一电机和编码器工作)，编码器 计数方法由测线控制，到达水面时通过编码器自动计数，精度可达毫米级。触摸屏操作输出 指令，能即时显示测量数并记录和存储测量数据，采用24V直流电源，可实现野外便携式操 作。本发明的线锤为防卡式设计，采用编码器计数，可实现防卡式操作，编码器电脑计数，精 度可达毫米级以上，触摸屏加PLC可编程控制器智能控制，智能操作手自一体，操作方便、 简洁，测量结果准确，误差小。
[0010] 与现有的水位测量装置相比，本发明的线锤为防卡式线锤，减少了用户的材料损 耗，手自一体化操作提高了使用者的可操作性，触摸屏和编码器电脑计数提高了测量精度。 toon] 综上所述，本发明不仅能够有效的解决了线锤和测线（电线）在水井中被卡住的情 况，还能实现全过程手自一体的全自动操作，操作方便，测量结果准确，便于野外使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本发明的结构示意图。
[0013] 图2为本发明在拆下测线、线锤以及连接导线时的结构示意图。
[0014] 图3为本发明中第一电机、绕线盘、电刷、测线、左支座、右支座、支架相连接的结 构示意图。
[0015] 图4为图2中A向的局部视图(或者说是本发明中测线计数采集器的结构示意图)。
[0016] 图5为本发明中测线与线锤相连接的结构示意图。
[0017] 图6为本发明的电路控制框图。
【具体实施方式】
[0018] 如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本发明（便携式防卡手自一体水位测试仪） 具有线锤11、绕线盘7、测线6,绕线盘7具有卷筒、位于卷筒两侧的左轴头和右轴头，卷筒为 带有挡盘的卷筒，挡盘分别设于卷筒的两侧，两个挡盘、两个轴头(左轴头和右轴头）与卷筒 可以呈一体结构（而固定连接在一起），测线6缠绕在绕线盘7的卷筒上。其特征在于：所 述的便携式防卡手自一体水位测试仪还具有支架8、测线分配器9、测线计数采集器12、驱 动绕线盘旋转的第一电机5、第一电机驱动模块15、与测线分配器相连接的第二电机4、第 二电机驱动模块14、PLC可编程控制器3、编码器10、触摸屏（智能触摸屏）1、电刷6'、24V 直流电源2。测线6可为两根并排设置的绝缘电线。支架8可以由方形钢管或者钢板焊接 而成。
[0019] 如图1、图2、图3所示，上述绕线盘7的左轴头和右轴头分别通过左支座72和右 支座71安装在支架8上，绕线盘的左轴头和右轴头与支座之间皆设有轴承，第一电机5的 动力输出端与绕线盘7的左轴头（即动力输入端）固定连接，电刷6'安装在绕线盘7的右 轴头的中心孔内，电刷上的圆形安装片通过若干个(可以是三个）螺钉与绕线盘的右轴头的 外端面固定连接，电刷6'为市售商品。上述第一电机5固定安装在左支座72上。上述测 线分配器9具有丝杠93、与丝杠螺纹连接的且上述测线从其孔中穿过的摆线体92、固定安 装在支架上的用以支撑丝杠93的两个支撑座91、横向穿过摆线体的对摆线体起导向限位 作用使摆线体只能沿其移动而不能转动的导向杆94,该导向杆由上述两个支撑座91限位 支撑，第二电机4与丝杠93传动连接。第二电机4固定安装在两个支撑座91中的一个支 撑座上，上述支撑座与丝杠的支撑端之间可以设有轴承。上述左支座72、右支座71、两个支 撑座91、摆线体92皆可以由钢板加工而成，摆线体92上具有测线穿过的呈横向设置的圆孔 (或者方孔或者其它形状的孔)。丝杠93、导向杆94可以由圆钢加工而成。
[0020] 如图1、图5所示，上述线锤11由一个(其直径较接近测线的）塑料软管111和设 于在塑料软管内的铁粉112构成，塑料软管可为DN7. 5mm热塑管，铁粉112最好封闭于塑 料软管111内，塑料软管表面光滑且其直径和测线的直径接近，这样塑料软管直径较小(较 细）。测线6的前端部与塑料软管固定连接，测线6的前端头为两根独立的裸电线(裸露的 金属线）61、62。当线锤到达水面时，水将裸电线61、62连通（电连通)。上述测线6的前端 部与塑料软管固定连接的具体结构是，测线6的前端部伸入塑料软管111内并与塑料软管 热塑连接。上述线锤为防卡式线锤，可实现在井下防卡，方便操作并减少用户成本。
[0021] 如图1、图2、图4所示，上述测线计数采集器12具有与所述支架固定连接的两个 支撑体123、由所述两个支撑体限位支撑的第一转动轮121、由所述两个支撑体限位支撑的 位于第一转动轮下面的第二转动轮122,所述测线从第一转动轮121和第二转动轮122之间 的缝隙穿过，所述缝隙由第一转动轮的外圆周面上的圆弧形凹槽和第二转动轮的外圆周面 上的圆弧形凹槽共同形成。与编码器10的转轴一起转动的第二转动轮122它的中心轴与 编码器10的转轴相连接。编码器10固定安装在支架8上。两个支撑体123可以由钢板加 工而成，第一转动轮121和第二转动轮122可以由圆钢加工而成。
[0022] 如图1、图2、图3、图6所示，缠绕在绕线盘的卷筒上的测线6通过其尾端(末端)与 电刷6'电连接而和PLC可编程控制器3相连接，测线的尾端与电刷电连接的具体结构是测 线的尾端伸入所述卷筒的空腔内，再经过绕线盘的右轴头的中心孔与电刷连接。编码器10 的信号输出端与PLC可编程控制器3的输入端相连接，触摸屏1的输出端与PLC可编程控 制器3的输入端相连接，PLC可编程控制器3的输出端分别与第一电机驱动模块15的输入 端、第二电机驱动模块14的输入端相连接，第一电机驱动模块15的输出端与第一电机5电 连接，第二电机驱动模块14的输出端与第二电机4电连接。上述24V直流电源(可为24V锂 电池)分别向触摸屏、编码器、PLC可编程控制器、第一电机驱动模块、第一电机、第二电机驱 动模块、第二电机供电(驱动供电)，即24V直流电源（的输出端）分别与触摸屏、编码器、PLC 可编程控制器、第一电机驱动模块、第一电机、第二电机驱动模块、第二电机的供电端连接。
[0023] 如图1、图2所示，本发明最好还具有测线6穿过的、便于测线进入测线计数采集器 12的导向管13,该导向管13固定支撑在支架8上。
[0024] 本发明的操作过程是触摸屏界面分为两部分：一部分为自动操作部分，另一部分 为手动操作部分。
[0025] 自动操作部分为：在水井附近将仪器放置好，并将线锤和测线放在水井口，首先在 触摸屏上设置零点，并在自动操作界面上，点击自动放线，仪器开始工作，系统同时开始计 数。当线锤到达水面时，系统接受信号同时输出指令，自动停止放线。系统停止计数并保存 数据，30秒后，仪器自动收线到达设置零点，完成水位测量工作。
[0026] 在一些不确定的水井中测量地下水水位时，也可以使用手动操作，同样，将仪器在 水井边放置好，设置零点，在触摸屏手动操作界面上，点击手动放线，仪器开始工作，系统同 时开始计数。当到达水面时，系统会出现提示界面，可选择继续放线或停止，当到达用户需 要的水位时，系统停止计数并保存，用户可点击手动收线或自动收线，当到达零点时，系统 自动停止。
[0027] 本发明的特点是，在测量地下水水位时可实现全过程全自动操作，操作简便，操作 界面友好，测线与线锤相连接的结构能有效防止线锤卡在井下，提高了用户的工作效率，降 低了用户的成本。
【权利要求】
1. 一种便携式防卡手自一体水位测试仪，具有线锤、绕线盘、测线，上述绕线盘具有卷 筒、位于卷筒两侧的左轴头和右轴头，测线缠绕在绕线盘的卷筒上，其特征在于： 所述的便携式防卡手自一体水位测试仪还具有支架（8)、测线分配器（9)、测线计数采 集器（12)、驱动绕线盘旋转的第一电机（5)、第一电机驱动模块（15)、与测线分配器相连接 的第二电机（4)、第二电机驱动模块（14)、PLC可编程控制器（3)、编码器（10)、触摸屏（1)、 电刷W )、24V直流电源（2); 上述绕线盘（7 )的左轴头和右轴头分别通过左支座（72 )和右支座（71)安装在支架（8 ) 上，第一电机（5)的动力输出端与绕线盘（7)的左轴头固定连接，电刷（6')安装在绕线盘 (7)的右轴头的中心孔内； 上述测线分配器（9)具有丝杠（93)、与丝杠螺纹连接的且上述测线从其孔中穿过的摆 线体（92)、固定安装在支架上的用以支撑丝杠（93)的两个支撑座（91)、横向穿过摆线体的 对摆线体起导向限位作用使摆线体只能沿其移动而不能转动的导向杆（94)，该导向杆由上 述两个支撑座（91)限位支撑，第二电机（4)与丝杠（93)传动连接； 上述线锤（11)由一个塑料软管（111)和设于在塑料软管内的铁粉（112)构成，测线（6) 的前端部与塑料软管固定连接，测线（6)的前端头为两根独立的裸电线（61、62); 上述测线计数采集器（12)具有与所述支架固定连接的两个支撑体（123)、由所述两个 支撑体限位支撑的第一转动轮（121)、由所述两个支撑体限位支撑的位于第一转动轮下面 的第二转动轮（122)，所述测线从第一转动轮（121)和第二转动轮（122)之间的缝隙穿过， 与编码器（10)的转轴一起转动的第二转动轮（122)它的中心轴与编码器（10)的转轴相连 接； 缠绕在绕线盘的卷筒上的测线（6)通过其尾端与电刷（6')电连接而和PLC可编程控 制器（3)相连接，编码器（10)的信号输出端与PLC可编程控制器（3)的输入端相连接，触摸 屏（1)的输出端与PLC可编程控制器（3)的输入端相连接，PLC可编程控制器（3)的输出端 分别与第一电机驱动模块（15)的输入端、第二电机驱动模块（14)的输入端相连接，第一电 机驱动模块（15)的输出端与第一电机（5)电连接，第二电机驱动模块（14)的输出端与第二 电机（4)电连接，上述24V直流电源分别与触摸屏、编码器、PLC可编程控制器、第一电机驱 动模块、第一电机、第二电机驱动模块、第二电机的供电端连接。
2. 根据权利要求1所述的便携式防卡手自一体水位测试仪，其特征在于：上述第一电 机（5)固定安装在左支座（72)上。
3. 根据权利要求1所述的便携式防卡手自一体水位测试仪，其特征在于：上述第二电 机（4)固定安装在两个支撑座（91)中的一个支撑座上。
4. 根据权利要求1所述的便携式防卡手自一体水位测试仪，其特征在于：上述编码器 (10)固定安装在支架（8)上。
5. 根据权利要求1所述的便携式防卡手自一体水位测试仪，其特征在于：第一转动轮 (121)和第二转动轮（122)之间的、用以测线穿过的缝隙，由第一转动轮的外圆周面上的圆 弧形凹槽和第二转动轮的外圆周面上的圆弧形凹槽共同形成。
6. 根据权利要求1所述的便携式防卡手自一体水位测试仪，其特征在于：上述测线（6) 的前端部与塑料软管固定连接的具体结构是，测线（6)的前端部伸入塑料软管（111)内并 与塑料软管热塑连接。
7. 根据权利要求1所述的便携式防卡手自一体水位测试仪，其特征在于：上述铁粉 (112)封闭于塑料软管（111)内。
8. 根据权利要求1所述的便携式防卡手自一体水位测试仪，其特征在于：它还具有测 线（6)穿过的、便于测线进入测线计数采集器（12)的导向管（13)，该导向管（13)固定支撑 在支架（8)上。
【文档编号】E21B47/047GK104110253SQ201410381366
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年8月5日 优先权日:2014年8月5日
【发明者】张发旺, 陈立, 王滨, 么红超, 张威, 李敏巍, 胡博文, 田红宇, 赵淼 申请人:中国地质科学院水文地质环境地质研究所