一种高度和水深的测量装置的制作方法

本实用新型涉及水深测量和高度测量领域，具体地说，是一种由固定扭矩马达、拉绳、测距装置等部件相互配合实现快速测量水深或者测点向下至某一平面的距离的机械装置。

背景技术：

在实际工程实践中，有时候需要重复多次测量水深，并且不适合携带或使用声呐测量设备、压力传感器测量设备等需要使用大量复杂线路和电力或体积较大难以携带的复杂设备，这时工作人员通常选择使用一种容易携带简单易行的测量设备。如，在大型船舶上，需要定期测量船舶上压载水舱内的水位，公约要求船舶除了固定在压载水舱内的水位测量系统，还要另外配置一套可靠的水位测量系统。一般使用带有刻度橡胶绳，将其缓缓放入压载水舱的测量孔，待测量人员感觉到测量绳接触到压载水舱底，即测量绳的重力变轻，将测量绳收回，读取被水浸湿的刻度，即为压载水舱内的水位。然而，大型船舶上一般会有多个压载水舱，需要使用测量绳进行多次测量，当完成一次测量后，需要将测量绳上的水擦干才能进行下一次测量，过程十分繁琐。并且，由于测量绳上需要标注刻度，导致测量绳一般比较粗重，而测量绳触底这一关键环节需要操作人员依靠自己的手感觉拉力的变化来判断，容易产生较大误差。当船舶的吨位较大时，压载水舱会很深，就需要很长的测量绳，导致工作人员每次都要携带很大一捆粗重的测量绳进行测量。在下雨时，一旦测量绳被雨水打湿，测量将会变得很困难。与船舶测量压载水舱的水深类似，有时候人们需要测量一 座桥梁下面的河流不同位置的水深或者某地区所有的水井的水深，人们通常都是使用测量绳或类似的测量水尺进行测量，过程都是很繁琐。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的主要技术问题是提供一种高度和水深的测量装置、可以在不使用传感器的情况下，快速完成多次水位和水底深度的测量，并且不受天气状况的影响。

为了解决上述的技术问题，本实用新型提供了一种高度和水深的测量装置，包括配重块、拉绳、卷线器、驱动装置和计数器；

所述拉绳的一端连接配重块，另一端缠绕于所述卷线器的外周；所述驱动装置驱动卷线器转动将所述配重块从水底拉出；所述配重块从水底向上运动的过程中，所述拉绳带动所述计数器记录拉绳移动的长度；

所述驱动装置具有两档驱动力，其中第一档驱动力能够使得配重块从水底提升至完全浮出水面；第二档驱动力能够使得配重块相向移动至拉绳回收至初始位置；当使用第一档驱动力时，计数器记得的数值就为水的深度，当使用第二档驱动力时，计数器记得的数值就为水的深度+测量点至水面的高度。

在一较佳实施例中：所述第一档驱动力提供的扭矩设为M2，其满足M₂>(F_重-F_浮+f)R，M₂<(F_重+f+F_水)R；第二档驱动力提供的扭矩设为M3，其满足M₃>(F_重+f+F_水)R；

其中配重块的重力为F_重；配重块全部入水后受到的浮力为F_浮；系统摩擦力为f；拉绳和配重块被拉出水面时带走水的重力为F_水；卷线器的半径为R。

在一较佳实施例中：所述驱动装置为电机，其输出转轴连接第一传动齿轮，所述卷线器的转轴连接第二传动齿轮；第一传动齿轮和第二传动齿轮啮合。

在一较佳实施例中：所述计数器包括一测距滑轮，该拉绳带动测距滑轮转动；以及一单向传动转轴；所述单向传动转轴与测距滑轮同轴连动设置；当所述配重块带动拉绳相向下移动时，所述单向传动转轴不转动，当所述配重块带动拉绳向上移动时，所述单向传动转轴转动；

所述单向传动转轴与一转动计数装置转动连接，转动计数装置随着单向传动轴同步转动，记录测距滑轮的转动圈数。

在一较佳实施例中：所述转动计数装置包括三级齿轮，其中第一级齿轮和测距滑轮的转速相同；第一级齿轮和第二级齿轮的转速配合比是10:1，第二级齿轮和第三级齿轮的转速配合比是10:1。

在一较佳实施例中：所述单向传动转轴朝向测距滑轮的一面具有一容置腔，该容置腔的内壁沿着周向设有连续分布的棘齿；所述棘齿沿着顺时针方向为斜面，逆时针方向为垂直面。

在一较佳实施例中：所述测距滑轮容置于该容置腔内，并且测距滑轮的外周设置有柔性弹片；所述柔性弹片与所述斜面同向设置；当所述测距滑轮顺时针转动，所述柔性弹片与斜面挤压向着远离斜面的方向变形，单向传动转轴不转动；当所述测距滑轮逆时针转动时，所述柔性弹片的端面与所述垂直面顶抵，产生的作用力带动单向传动转轴转动。

在一较佳实施例中：所述驱动装置还具有第三档驱动力，其提供的扭矩设为M1，M₁<(F_重-F_浮-f)R；当电机提供第三档驱动力时，配重块拉动拉绳向下缓慢沉入水底。

在一较佳实施例中：所述配重块为圆柱形，整体密度为1.8g/mm³。

相较于现有技术，本实用新型的技术方案具备以下有益效果：

本实用新型提供一种高度和水深的测量装置，通过电机、拉绳、测距滑轮、 转动计数装置等部件的相互配合来完成测量。这种机械式水深测量装置的原理主要是利用配重块从水底被拉起到达水面时，恰好达到受力平衡静止在水面，测距装置记录配重块上升的这段距离，即为水深。配重块被收回的过程中，测距装置会继续记录这段距离，这样转动计数装置最终测得水底至测点的距离。本实用新型利用固定扭矩的电机对配重块快速释放和收回，并利用水的浮力，实现对水深和水底至测点距离的快速测量，提高工作效率和测量精度。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例中测量装置的整体构造平面图；

图2为本实用新型优选实施例中测量装置的整体构造侧视图；

图3为本实用新型优选实施例中单向转动传动转轴与测距滑轮的配合示意图。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的技术内容，特举具体实施方法并配合所附图式说明如下。

参考图1-3，一种高度和水深的测量装置，包括配重块1、拉绳2、卷线器3、驱动装置4和计数器5；所述配重块1为圆柱形，整体密度为1.8g/mm³。

所述拉绳2的一端连接配重块1，另一端缠绕于所述卷线器3的外周；所述驱动装置4驱动卷线器3转动将所述配重块1从水底拉出；所述配重块1从水底向上运动的过程中，所述拉绳2带动所述计数器5记录拉绳2移动的长度；

所述驱动装置具有两档驱动力，其中第一档驱动力能够使得配重块从水底提升至完全浮出水面；第二档驱动力能够使得配重块相向移动至拉绳回收至初 始位置；当使用第一档驱动力时，计数器记得的数值就为水的深度，当使用第二档驱动力时，计数器记得的数值就为水的深度+测量点至水面的高度。

设配重块1的重力为F_重；配重块全部入水后受到的浮力为F_浮；系统摩擦力为f；假设拉绳2和配重块1被拉出水面时带走水的重力为F_水；卷线器3的半径为R，由于拉绳2很细，不考虑绳子缠绕使卷线器3增加的半径；驱动装置4为固定扭矩的电机，达提供三级扭矩M₁、M₂、M₃。

其中，M₁<(F_重-F_浮-f)R；M₂>(F_重-F_浮+f)R且M₂<(F_重+f+F_水)R；M₃>(F_重+f+F_水)R；

所述电机输出转轴连接第一传动齿轮41，所述卷线器3的转轴连接第二传动齿轮42；第一传动齿轮41和第二传动齿轮42啮合。这样电机转动时，就能够带动卷线器3转动。通过选择电机正转或者反转就可以控制拉绳2是放下还是收回。从而控制配重块1是向上运动还是向下运动。

所述计数器5包括一测距滑轮51，该拉绳2带动测距滑轮51转动；以及一单向传动转轴52；所述单向传动转轴52与测距滑轮51同轴连动设置；当所述配重块1带动拉绳2相向下移动时，所述单向传动转轴52不转动，当所述配重块1带动拉绳2向上移动时，所述单向传动转轴52转动；

所述单向传动转轴52与一转动计数装置53转动连接，转动计数装置53随着单向传动轴52同步转动，从而记录测距滑轮51的转动圈数。所述转动计数装置53包括三级齿轮，其中第一级齿轮和测距滑轮51的转速相同；第一级齿轮和第二级齿轮的转速配合比是10:1，第二级齿轮和第三级齿轮的转速配合比是10:1。

为了实现单向传动转轴52的单向转动，所述单向传动转轴52朝向测距滑轮51的一面具有一容置腔521，该容置腔521的内壁沿着周向设有连续分布的 棘齿522；所述棘齿522沿着顺时针方向为斜面，逆时针方向为垂直面。

所述测距滑轮51容置于该容置腔521内，并且测距滑轮51的外周设置有柔性弹片511；所述柔性弹片511与所述斜面同向设置；当所述测距滑轮51顺时针转动时，所述柔性弹片511与斜面挤压向着远离斜面的方向变形，单向传动转轴52不转动；当所述测距滑轮51逆时针转动时，所述柔性弹片511的端面与所述垂直面顶抵，产生的作用力带动单向传动转轴52转动。

上述高度和水深的测量装置在测量时：

测量第一步：转动旋钮开关至S1，利用配重块1自身的重力使其向下坠落，这时电机提供的扭矩为M₁，使卷线器3对拉绳2产生向上的拉力，同时由于系统摩擦力的存在，配重块1下坠的速度不致过快。当配重块1入水后受到水的浮力和阻力作用，下坠速度会减小。但是，由于M₁<(F_重-F_浮-f)R，所以最终配重块1会沉到水底。这个过程中，拉绳2在带动测距滑轮51顺时针转动，但是单向转动传动轴52只能传递逆时针转动，所以转动计数装置53的齿轮并没有转动，显示数据为0000。

测量第二步：当配重块1沉到水底后，转动旋钮开关至S2，这时固定扭矩电机提供的扭矩为M₂，使卷线器3对拉绳2产生向上的拉力。由于M₂>(F_重-F_浮+f)R，配重块1会被从水底拉起。由于速度较慢，不考虑水的阻力，配重块1会慢慢升至水面。当配重块1逐渐浮出水面时，受到的浮力F_浮逐渐减小，直至配重块1完全浮出水面时，浮力完全消失。而由于M₂<(F_重+f+F_水)R，所以当浮力消失后，配重块1无法被继续拉起，只能停留在水面。这个过程中，拉绳2在带动测距滑轮51逆时针转动，单向转动传动轴52能够传递逆时针转动，转动记数装置53的齿轮会随着单向转动传动轴52一起转动，并记录测距滑轮51的转动距离，即从水底至水面的距离，这样就测得了水深。转动记数 装置53显示数据的单位是cm，可以根据刻度盘估读至毫米。

测量第三步：测得水深后，转动旋钮开关至S3，这时固定扭矩电机提供的扭矩为M₃，使卷线器3对拉绳2产生向上的拉力，M₃>(F_重+f+F_水)R，配重块1会被持续收回，直至完全收回。这个过程中，拉绳2在带动测距滑轮51逆时针转动，单向转动传动轴52能够传递逆时针转动，转动记数装置53的齿轮会随着单向转动传动轴52一起转动，记录测距滑轮51的转动距离，最终记录下来的是从水底至测点的距离。记录好数据以后，可以转动旋钮开关至S0，关闭电源，将转动记数装置的数据清零，以备下次测量。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。