一种便携式地下水水位井深自动测量仪及测量方法与流程

本发明涉及一种便携式地下水水位井深自动测量仪及测量方法，便捷获得准确可靠地下水位及井深的测量数据，为地下水资源的合理开发利用与保护提供基础数据支撑，属于地下水水位、井深监测专用设备技术领域。

背景技术：

水资源是人类赖以生存和发展的自然环境要素之一，是构成生态系统的重要组成部分，其中地下水资源起得作用则更为重要，在我国北方的广大地区，地下水占全部生活用水供水总量的80%以上。由于长期的超负荷开采，我国北方大部分地区均处于地下水超采状态，局部则属严重超采状态。长期以来超量开采地下水导致地下水位大幅度下降、含水层疏干、区域性地下水位降落漏斗等一系列地质环境问题和地面沉降、地裂缝、岩溶塌陷等地质灾害的发生。因此地下水的监测工作为更加合理的开发利用和保护地下水资源提供基础性资料支撑显得越来越重要。

目前，地下水水位监测方法可以分为测线测量和感应测量两种类型，其中测线测量方法包括测钟法、电流法、浮筒法和压力传感法四种类型；感应测量包括超声波法、雷达法和激光法三种。其中测线测量方式，精度较高，是传统的水位测量方式，但是存在着费时费力等缺陷；感应测量方式虽省时省力，便捷高效，但是存在测量误差较大，且不能同时监测井深数据的缺陷。另外“国家地下水监测工程”要求，在测量水位的同时还要对监测井的井深数据进行监测。对地下水位的测线测量，目前主要有以下几种：中国专利cn207556618u“新型便携式不卡井的水位井深测量装置”，通过对传统电流法测量系统的改进，线锤采用带有导线的两个实心钢球,相较于现有线锤,能够避免在测量过程中被卡住,钢球更容易通过,能够自适应调节。该方案不仅可以测量井的水位,还可以准确测量井深，装置简易便携,成本低,容易组装和维修,实际使用效率高。但是也存在需要人工下放测量线缆，耗时费力，且对井深的测量需要人工的感觉，存在较大出错的可能。中国专利cn107990941a“一种多功能水井测量装置”，利用测绳联合测绳计数器记录水位和井深数据，同时利用数据传感线联合复合电极和温度传感器，测量温度和酸碱度数据，但是也存在需要人工下放测量线缆，耗时费力，且对井深的测量需要人工的感觉，存在较大出错的可能。中国专利cn206091973u“一种井深测量装置”，利用水位探头的接线端子与绝缘导线的一端连接；绝缘导线的另一端连接信号指示盒的接线端子连接。可安全精确地用于深水井动、静水位的测量,方便携带,安全可靠,提高了测量的精确度，但只能测量水位不能测量井深数据。中国专利cn205898230u“一种便携式井深测量仪”，通过测线和传感器的连接，可以实现对井深的测量，但该装置不能测量水位数据，同时测量过程需要人工放线，耗时费力。中国专利cn202229811u“水位井深一体探测仪”，主要利用模式转换开关和双模探头相连接，电源线和刻度线进行一体化布置，实现了对井深和水位的测量，但是该装置也存在测量过程需要人工放线，耗时费力的缺陷。对地下水位的感应测量，目前主要有以下几种：中国专利cn108344467a“一种野外用井深水位一体测量装置及其测量方法”，利用线缆往井下下放到水面一个放射装置后，通过手持操作仪发射无线信号测量水面到井口的距离以获得水位埋深数据，有效解决了感应测量误差较大的问题，但该方案只能测量水位埋深不能测量井深，同时也存在需要线缆协助下放反射装置，比较费时耗力。中国专利cn104060984a“一种监测水源井深水位的射频导纳装置及方法”，利用安装在出水管线管壁上的射频导纳传感器探头和安装在水源井井口地面的出水管线法兰盘上的射频导纳变送器接线盒,射频导纳传感器探头与射频导纳变送器接线盒通过电缆连接，利用射频信号转化为水位信号，实现水位的测量。该装置性能可靠、测量水位范围大,误差小，但是安装较为复杂，且不能同时测量井深。中国专利cn206876263u“一种超声波水位计”，通过利用放置在井中的测量外管,测量外管上设置通气孔,测量外管内设置一个可随水位上下浮动的浮球,测量外管顶部内嵌有超声波测量组件,利用超声波测量水位深度。该方案精度较高，但是需要在井内安装专门设备，测量成本高，且不能同时测量井深数据。中国专利cn207036216u“一种连续调频波制雷达水位计”，应用连续调频制雷达调制方式,实现大量程、大变率情况下水位的测量,具有精度高、稳定性高、功耗低、强抗干扰能力及可重复性强等特点，但是不能同时测量井深数据。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种便携式地下水水位井深自动测量仪及测量方法，将水位和井深的测量集成在一起，使测量过程得到了最大的简化，解决了水位测量过程中人工收放线的劳动强度，同时消除了井深测量过程需要人工感觉可能导致的误差等一系列弊端，通过计米器的校准功能设置，大大提升了测量数据的准确性，解决已有技术存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

一种便携式地下水水位井深自动测量仪，包含壳体、主支架、主线轮、主线轮电机、输线轮电机、输线轮、测线和测量探头，壳体内设有水平布置的主支架，主支架上设有主线轮、主线轮电机、输线轮电机、输线轮和输线轮支架，主线轮电机与主线轮连接，输线轮电机与输线轮连接，输线轮支架上设有计米器传感器，计米器传感器与输线轮匹配；所述输线轮前方的主支架上设有测线导孔一，测线一端缠绕在主线轮上，测线另一端从计米器传感器与输线轮之间穿过，通过测线导孔一后再穿过壳体底部的测线导孔二后与测量探头连接；所述测线由测线绝缘层、导线一和导线二构成，导线一和导线二外面设有测线绝缘层；所述测量探头由上部重锤、下部重锤和活动导电连杆构成，上部重锤与下部重锤之间通过活动导电连杆连接，活动导电连杆的一端固定在下部重锤的顶部，另一端进入上部重锤的底部，上部重锤内设有封闭的塑料绝缘层，塑料绝缘层内的顶部设有上部导电测量触片，塑料绝缘层内的底部设有下部导电测量触片，活动导电连杆进入下部重锤后穿入塑料绝缘层内部，活动导电连杆的端部设有导电触头，导电触头位于下部导电测量触片与上部导电测量触片之间；所述上部重锤表面设有进水孔，上部重锤与塑料绝缘层之间的空间通过进水孔与外部连通；所述测线中的导线一和导线二分别连接上部导电测量触片和下部导电测量触片。

本发明还设有控制模块，所述导线一和导线二通过测线信号导线与控制模块连接，所述主线轮电机、输线轮电机和计米器传感器分别通过主线轮电机导线、输线轮电机导线和计米器信号导线与控制模块连接。

所述主线轮与输线轮之间的主支架上设有导线轮支架，导线轮支架上设有导线轮，测线从主线轮出来后首先通过导线轮后再进入输线轮。

所述控制模块分别通过电源导线、控制导线和显示屏导线分别与锂电池、控制面板和显示屏连接。锂电池位于壳体上的电池仓内，控制面板和显示屏位于壳体上部；电池仓上设有电池仓盖。

所述控制模块连接蜂鸣器。

所述显示屏上，设有电源指示灯、校准指示灯、校准合格指示灯、水位测量指示灯、井深测量指示灯、收线指示灯和校准测量结果显示屏。

所述控制面板上，设有电源开关控制按钮、校准开关控制按钮、水位测量开关控制按钮、井深测量开关控制按钮和收线开关控制按钮。

将测量探头设置为遇水联通和触片解除联通两种模式，并用一条没有伸缩性的双线绝缘电缆作为测线，将测线分别通过输线轮（及计米器传感器）和导线轮后，在主线轮上缠绕，并与控制模块相连接。通过装置内设锂电池供电，通过控制模块分别与控制面板、显示屏、蜂鸣报警器、计米器传感器、主线轮电机、输线轮电机相连接。

一种便携式地下水水位井深自动测量方法，包含如下步骤：

在测量水位和井深的过程中，通过输线轮电机的转动和测量探头的重力，自动向监测井内下放测线，同时测线带动计米器传感器记录放线的距离数据，通过控制模块在显示屏实时显示具体数值；待遇到监测井中地下水后，测量探头传回一个电阻较大的电信号，自动停止放线，蜂鸣器报警，显示数据即为水位埋深数据；在人工给出继续测量井深的指令后，输线轮继续放线，在测量探头到达井底后传回一个电阻较小的电信号，此时自动停止放线，蜂鸣器报警，显示数据即为井深数据；测量结束后，人工给出收线指令，主线轮电机开始工作完成收线，测量完成。

本发明实现了水位井深测量的自动化、一体化，同时提高了测量的精度，节省大量的劳动，提升水位监测的效率。

本发明技术创新点：（1）通过采用电机与主线轴和输线轮的组合，以测量过程的电动收放线的形式，实现了测量过程的自动化；（2）通过计米器传感器与输线轮的组合，实现了下线测量过程中对测线长度的实时测量，消除了人为误差，提高了测量精度；（3）通过对测量探头的两种导电接触模式设置，实现了对水位和井深的同步测量，提高了设备的可靠性；（4）通过对控制模块的逻辑设置，实现了仪器校准、水位测量、井深测量的一次性完成，并在关键节点设置报警提醒功能，提高了装置测量数据的精度和自动化程度。

本发明特点：（1）在控制模块中预留了gps自动定位和监测数据远程传输的功能；（2）在装置外壳上设置针对不同孔径监测井的固定卡口；（3）在控制模块上布置一个蜂鸣报警器，设置在每个调试测试阶段完成后报警提示；（4）利用锂电池供电，设置充电孔，并保留便捷化地更换电池的功能；（5）在侧线端部设置相应的刻度标记，以便对设备进行校准；（6）在监测探头外部设置上部导电感应触片的位置标记，以便标定测量起始位置。

本发明的积极效果：解决现有地下水水位井深监测设备适用性不强，监测过程需要人工放线，特别是对井深的监测过程中需要人为感应，产生的误差较大等问题。本发明将水位和井深的测量集成在一起，使测量过程得到了最大的简化，减轻了人工收放线的劳动强度，同时消除了井深测量过程需要人工感觉可能导致的误差，通过计米传感器的校准功能设置，大大提升了测量数据的准确性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明测线结构示意图；

图3为本发明显示屏结构示意图；

图4为本发明控制面板结构示意图；

图5为本发明测量探头结构示意图；

图中：1-电池仓盖；2-电池仓；3-锂电池；4-电源导线；5-手持把手；6-控制面板；7-控制导线；8-显示屏；9-显示屏导线；10-蜂鸣器；11-控制模块；12-测线信号导线；13-主线轮电机导线；14-输线轮电机导线；15-计米器信号导线；16-主支架；17-主线轮电机；18-导线轮；19-导线轮支架；20-输线轮电机；21-输线轮支架；22-计米器传感器；23-测线导孔一；24-测线；25-测量探头；26-测线绝缘层；27-导线一；28-导线二、29-电源指示灯；30-校准指示灯；31-校准合格指示灯；32-水位测量指示灯；33-井深测量指示灯；34-收线指示灯；35-校准测量结果显示屏、36-电源开关控制按钮；37-校准开关控制按钮；38-水位测量开关控制按钮；39-井深测量开关控制按钮；40-收线开关控制按钮；41-上部重锤；42-塑料绝缘层；43-上部导电测量触片；44-进水孔；45-下部导电测量触片；46-活动导电连杆；47-下部重锤；48-壳体；49-主线轮；50-输线轮；51-测线导孔二；52-导电触头。

具体实施方式

下面结合附图通过实例对本发明做进一步的说明：

一种便携式地下水水位井深自动测量仪，包含壳体48、主支架16、主线轮49、主线轮电机17、输线轮电机20、输线轮50、测线24和测量探头25，壳体48内设有水平布置的主支架16，主支架16上设有主线轮49、主线轮电机17、输线轮电机20、输线轮50和输线轮支架21，主线轮电机17与主线轮49连接，输线轮电机20与输线轮50连接，输线轮支架21上设有计米器传感器22，计米器传感器22与输线轮50匹配；所述输线轮50前方的主支架16上设有测线导孔一23，测线24一端缠绕在主线轮49，测线24另一端从计米器传感器22与输线轮50之间穿过，通过测线导孔一23后再穿过壳体底部的测线导孔二51后与测量探头25连接；所述测线24由测线绝缘层26、导线一27和导线二28构成，导线一27和导线二28外面设有测线绝缘层26；所述测量探头25由上部重锤41、下部重锤47和活动导电连杆46构成，上部重锤41与下部重锤47之间通过活动导电连杆46连接，活动导电连杆46的一端固定在下部重锤47的顶部，另一端进入上部重锤41的底部，上部重锤41内设有封闭的塑料绝缘层42，塑料绝缘层42内的顶部设有上部导电测量触片43，塑料绝缘层42内的底部设有下部导电测量触片45，活动导电连杆46进入下部重锤47后穿入塑料绝缘层42内部，活动导电连杆46的端部设有导电触头52，导电触头52位于下部导电测量触片45与上部导电测量触片43之间；所述上部重锤41表面设有进水孔44，上部重锤41与塑料绝缘层42之间的空间通过进水孔44与外部连通；所述测线24中的导线一27和导线二28分别连接上部导电测量触片43和下部导电测量触片45。

本发明还设有控制模块11，所述导线一27和导线二28通过测线信号导线12与控制模块11连接，所述主线轮电机17、输线轮电机20和计米器传感器22分别通过主线轮电机导线13、输线轮电机导线14和计米器信号导线15与控制模块11连接。

所述主线轮49与输线轮50之间的主支架16上设有导线轮支架19，导线轮支架19上设有导线轮18，测线24从主线轮49出来后首先通过导线轮18后再进入输线轮50。

所述控制模块11分别通过电源导线4、控制导线7和显示屏导线9分别与锂电池3、控制面板6和显示屏8连接。锂电池3位于壳体48上的电池仓2内，控制面板6和显示屏8位于壳体48上部；电池仓2上设有电池仓盖1。

所述控制模块11连接蜂鸣器10。

所述显示屏8上，设有电源指示灯29、校准指示灯30、校准合格指示灯31、水位测量指示灯32、井深测量指示灯33、收线指示灯34和校准测量结果显示屏35。

所述控制面板6上，设有电源开关控制按钮36、校准开关控制按钮37、水位测量开关控制按钮38、井深测量开关控制按钮39和收线开关控制按钮40。

将测量探头设置为遇水联通和触片解除联通两种模式，并用一条没有伸缩性的双线绝缘电缆作为测线，将测线分别通过输线轮（及计米器传感器）和导线轮后，在主线轮上缠绕，并与控制模块相连接。通过装置内设锂电池供电，通过控制模块分别与控制面板、显示器、蜂鸣报警器、计米器传感器、主线轮电机、输线轮电机相连接。

一种便携式地下水水位井深自动测量方法，包含如下步骤：

在测量水位和井深的过程中，通过输线轮电机的转动和测量探头的重力，自动向监测井内下放测线，同时测线带动计米器传感器记录放线的距离数据，通过控制模块在显示屏实时显示具体数值；待遇到监测井中地下水后，测量探头传回一个电阻较大的电信号，自动停止放线，蜂鸣器报警，显示数据即为水位埋深数据；在人工给出继续测量井深的指令后，输线轮继续放线，在测量探头到达井底后传回一个电阻较小的电信号，此时自动停止放线，蜂鸣器报警，显示数据即为井深数据；测量结束后，人工给出收线指令，主线轮电机开始工作完成收线，测量完成。

本发明更具体的实施方式：

①仪器校准：测量开始前首先进行仪器校准，在确认设备电池仓2内的锂电池3电量充足的情况下进行。将全部测线收回设备内部的主线轮后开始校准工作。首先按下电源开关控制按钮36，此时电源指示灯29闪亮；然后按下校准开关控制按钮37，此时校准指示灯30闪亮，同时显示屏8显示三组校准数据，分别为1m、2m和5m同时闪烁。在校准过程中按照测线24顶端设置的校准刻度，逐次从设备中拉出1m、2m和5m长度，并在拉出相应的距离后按下校准开关控制按钮37，待显示屏8上显示的三组数据停止闪烁后，校准合格指示灯31亮起后，即完成了校准工作。

②测量前准备：测量开始前首先确认设备电池仓2内的锂电池3电量充足。到达监测井井位后，利用设备壳体48上设置的卡口，将设备固定在监测井井口上，使其测线导孔一23与监测井井口正中心重合，并保证测线24处于垂直悬吊状态，并在钢卷尺的协助下将测量探头25外的测量起始刻度（上部导电测量触片43底端位置）与监测井处地表处于同一水平面。

③水位测量：按下水位测量开关控制按钮38启动水位测量程序，此时水位测量指示灯32闪亮，输线轮电机及输线轮开始转动，向监测井内下放测量探头25及测线24，通过输线轮支架21的控制，此时计米器传感器22牢牢地压在测线24上并随之一起转动产生脉冲信号，信号通过计米器信号导线15传输给控制模块11，通过控制模块11和显示屏导线9，在显示屏8上实时显示下放导线的长度。待测量探头25接触到监测井内地下水后，地下水通过进水孔44进入到塑料绝缘层42的内部，利用地下水的导电性联通了测量探头25内部的下部导电测量触片45和上部导电测量触片43后，测线24通过测线信号导线12传给控制模块11一个高电阻的电信号，此时控制模块11立即通过输线轮电机导线14停止输线轮电机及输线轮的转动，此时蜂鸣器10开始响起测量完成的警报，显示屏8显示的数据即为水位埋深数据。

④井深测量：在完成水位测量后，按下井深测量开关控制按钮39启动井深测量程序，此时井深测量指示灯33亮起，输线轮电机及输线轮继续转动，向监测井内下放测量探头25及测线24，计米器传感器22继续产生脉冲信号传输给控制模块11，在显示屏8上继续实时显示下放导线的长度。待测量探头25的下部重锤47首先接触到监测井井底后即停止，上部重锤41在重力作用下继续沿活动导电连杆机构46向下运动，直到活动导电连杆机构46与上部导电测量触片43相接触后，测线24通过测线信号导线12传给控制模块11一个低电阻的电信号，此时控制模块11立即停止输线轮电机及输线轮的转动，此时蜂鸣器10开始响起测量完成的警报，同时由控制系统自动将测量数据修正（加上自上部导电测量触片43底端位置至下部重锤47底部的距离）后，显示屏8显示的数据即为井深数据。

⑤测量完成收线：井深测量完成后，按下收线开关控制按钮40，收线指示灯34闪亮，控制模块11通过主线轮电机导线13启动主线轮电机带动主线轮49转动,此时受输线轮支架21控制计米器传感器22抬起，不再产生脉冲信号，测线24沿测线导孔一23和导线轮18回收缠绕至主线轮49，待全部测线24回收完毕，蜂鸣器10报警提示后，按下电源开关控制按钮36关闭电源，即完成本次测量工作。

如有需要，本发明可对设备控制模块进行改进，增加gps或“北斗”自动定位系统和测量数据远程自动传输系统，以增加设备的实用性。