一种基于垂向孔内监测的地下水流速流向监测装置

1.本发明涉及滑坡地下水监测设备技术领域，尤其涉及一种基于垂向孔内监测的地下水流速流向监测装置。


背景技术：

2.滑坡在世界上是十分常见的自然灾害，会对人民的生活和安全造成非常大的危险，所以对滑坡发生的预测和提前预警很重要。滑坡地区的多场特征参数的联合作用导致了滑坡的形成，如变形场、渗流场、应力场和温度场等，其中渗流场是一个重要的因素，地下水的流速和流向集中反映了流体的流动情况和流动状态。所以我们要做到对地下水的流速流向的测量，以此来对渗流场的变化进行监测。有效的测量设备和测量方法能够为滑坡治理的理论提供重要的技术支持。
3.通过一条钻孔内的总线连接一个地下水测量单元，与其他的测量单元一同放入钻孔内，各单元测量数据经总线传输到地面数据站。当今时代对地下水的流速流向测量方法主要有自然电位法、同位素标记法和热感应电阻法等，市面上用的比较多的是同位素标记法，但是仪器价格比较昂贵，且测量的标记同位素3h、32p等对环境有一定的污染。自然电位法仅限于测量表层地下水的流动情况，热感应电阻法的测量精度无法达到地下水测量的要求。目前已存在的测量方法都存在一定的缺陷，为了实现在孔内对地下水的流速和流向进行测量，本发明已解决了污染、长期测量、精度和价格问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种基于垂向孔内监测的地下水流速流向监测装置。
5.本发明的实施例提供一种基于垂向孔内监测的地下水流速流向监测装置，包括：
6.电路舱，具有密闭腔；
7.pcb电路板，安装于所述密闭腔内，
8.测量电极板，安装于所述电路舱顶部，所述测量电极板中部连接有测量正极，所述测量正极与所述pcb电路板电连接，所述测量电极板上设有多个测量电极，多个所述测量电极绕所述测量正极周向设置；
9.电解质储罐，用于存储电解质，安装于所述电路舱上且位于所述电路舱上方，所述电解质储罐的出液口连接有输液管，所述输液管延伸至所述测量正极。
10.进一步地，所述测量电极板和所述电解质储罐之间通过连接件连接，所述连接件包括顶盖和自所述顶盖周向向下延伸形成的多个连接部，所述连接部下端与所述测量电极板连接，多个所述连接部在所述测量电极周向间隔设置，所述顶盖和所述电解质储罐连接。
11.进一步地，所述连接部上端呈t形设置，与所述顶盖可拆卸连接。
12.进一步地，所述连接部下端呈t形设置，与所述测量电极板可拆卸连接。
13.进一步地，所述电路舱包括舱体和端盖，所述舱体呈上下两端开口设置，所述端盖
与所述舱体下端可拆卸连接，所述舱体上端与所述测量电极板可拆卸连接。
14.进一步地，所述舱体上端与所述测量电极板之间设有密封圈。
15.进一步地，所述舱体下端与所述端盖之间设有密封圈。
16.进一步地，所述pcb电路板固定于铝板上，所述铝板安装于所述电路舱内。
17.进一步地，所述测量电极为通过电解原理将金属电极吸附在所述测量电极板形成。
18.进一步地，所述测量电极板与所述电路舱通过螺纹连接。
19.本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：在测量电极板中心位置设置测量正极，测量正极周围布设测量电极，由于周围土壤电位为零，会形成一定的电势差，通过电解质储罐向测量单元中的测量电极板中心部位(测量正极)滴入电解质(盐水)，在地下水的流动作用下，电解质溶液沿着水流方向扩散，沿着水流方向的电解质浓度大，导电率大，在对应路径上的测量电极到中心测量正极的电势差大，测量电极板与测量正极共同测量出测量正极与各个测量电极的电势差，传输到pcb电路板，pcb电路板将各个测量电极与测量正极的电势差传输到地面数据站，将等电势线连接起来形成一椭圆，从而达到对地下水流速流向测量的目的，解决了地下水微流速难以测量的问题，设备结构简单，拆装方便，成本较低，适用于在单一钻孔内进行地下水的流速流向测量。
20.本发明利用了电解池原理进行了测量电极的制作，可以保证测量电极的直径较小，从而减小了由于测量电极的体积和流体的张力作用造成的流体速度误差。利用盐水作为测量介质，成本低且环保，不同于价格高、污染环境的同位素示踪法。
附图说明
21.图1是本发明提供的基于垂向孔内监测的地下水流速流向监测装置一实施例的爆炸示意图；
22.图2是图1中基于垂向孔内监测的地下水流速流向监测装置的主视图；
23.图3是图1中基于垂向孔内监测的地下水流速流向监测装置的立体结构示意图；
24.图4是图3中测量电极板的放大图；
25.图5是多路选择开关的电路图；
26.图6是stm32单片机的电路图；
27.图7是降压电路的电路图；
28.图8是信号调理电路的电路图；
29.图9是can总线通讯电路的电路图。
30.图中：线缆固定头1、端盖2、密封圈3、舱体4、测量正极5、输液管6、线缆7、水密接头8、电解质储罐9、连接件10、顶盖10a、连接部10b、测量电极板11、测量电极12、m2螺钉13、双头螺柱14、m3螺栓15、铝板16、pcb电路板17、m5螺栓18。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
32.请参见图1至图4，本发明的实施例提供一种基于垂向孔内监测的地下水流速流向
监测装置，包括电路舱、pcb电路板17、测量电极板11和电解质储罐9。
33.电路舱具有密闭腔，测量电极板11安装于所述电路舱顶部，本实施例中，所述电路舱包括舱体4和端盖2，所述舱体4呈上下两端开口设置，所述端盖2与所述舱体4下端可拆卸连接，具体的通过螺栓连接，端盖2通过6个m5螺栓15安装于舱体4下端，端盖2与所述舱体4的螺纹连接处内侧灌密封胶，所述舱体4下端与所述端盖2之间设有密封圈3。所述舱体4上端与所述测量电极板11可拆卸连接，具体的所述测量电极板11与所述电路舱通过螺纹连接，测量电极板11通过6个m5螺栓18安装于舱体4上端，测量电极板11与电路舱的结合面、螺纹连接处内侧灌密封胶，所述舱体4上端与所述测量电极板11之间设有密封圈3，保证电路舱的密封性。
34.pcb电路板17安装于所述密闭腔内，具体的，所述pcb电路板17固定于铝板16上，pcb电路板17通过2个m3双头螺柱14与铝板16连接，所述铝板16安装于所述电路舱内，铝板16通过2个m3螺栓15安装在电路舱内。
35.所述测量电极板11中部连接有测量正极5，测量正极5通过螺纹安装在测量电极板11上后进行焊接，所述测量正极5与所述pcb电路板17电连接，pcb电路板17与线缆7内的电源线连接，为其供电，线缆7为铠装线缆，集成电源线和信号线等，线缆7下端穿出电路舱的端盖2，可与其他测量单元连接，线缆7与端盖2通过线缆固定头1连接。所述测量电极板11上设有多个测量电极12，多个所述测量电极12绕所述测量正极5周向设置，所述测量电极12为通过电解原理将金属电极吸附在所述测量电极板11形成，金属电极为铬锆铜电极，吸附在测量电极板11的激光孔中，实现对电极电压的采集。
36.电解质储罐9用于存储电解质，安装于所述电路舱上且位于所述电路舱上方，所述电解质储罐9的出液口连接有输液管6，所述输液管6延伸至所述测量正极5，本实施例中，所述电解质为盐水。
37.具体的，所述测量电极板11和所述电解质储罐9之间通过连接件10连接，所述连接件10包括顶盖10a和自所述顶盖10a周向向下延伸形成的多个连接部10b，所述连接部10b下端与所述测量电极板11连接，多个所述连接部10b在所述测量电极12周向间隔设置，所述顶盖10a和所述电解质储罐9连接。连接件10的设置，便于将电解质储罐9安装于电路舱上，同时为水流提供流动通道，便于监测水流流向和流速。所述连接部10b上端呈t形设置，与所述顶盖10a可拆卸连接，所述连接部10b下端呈t形设置，与所述测量电极板11可拆卸连接，具体的为螺纹连接，顶盖10a通过八个m2螺钉13安装在测量电极板11上。
38.所述线缆7上端穿过所述顶盖10a和所述电解质储罐9连接，所述电解质储罐9和所述线缆7通过水密接头8连接实现电解质储罐9的密封，所述顶盖10a和所述线缆7通过线缆固定头1连接，顶盖10a和线缆7的连接处内侧灌密封胶使其密封可靠，顶盖10a呈朝下开口的半球形设置。
39.测量电极板11与测量正极5共同测量出测量正极5与各个测量电极12的电势差，传输到pcb电路板17，pcb电路板17将各个测量电极12与测量正极5的电势差传输到地面数据站。具体的，请参见图5至图9，将所有测量电极12与16位插针连接，16位插针通过8个dg506型16位多路选择开关进行选择，选择开关输出信号到降压电路、信号调理电路进行信号处理，再传输到stm32单片机中通过can数据传输口将信息传输到can总线，进而将信号传递到地面数据站通过上位机进行数据处理和分析。利用多个多路选择开关可实现对多达120个
测量电极12的电压采集、信号传输和信号处理功能。
40.本发明提供的技术方案，在测量电极板11中心位置设置测量正极5，测量正极5周围布设测量电极12，由于周围土壤电位为零，会形成一定的电势差，通过电解质储罐9向测量单元中的测量电极板11中心部位(测量正极5)滴入电解质(盐水)，在地下水的流动作用下，电解质溶液沿着水流方向扩散，沿着水流方向的电解质浓度大，导电率大，在对应路径上的测量电极12到中心测量正极5的电势差大，测量电极板11与测量正极5共同测量出测量正极5与各个测量电极12的电势差，传输到pcb电路板17，pcb电路板17将各个测量电极12与测量正极5的电势差传输到地面数据站，将等电势线连接起来形成一椭圆，从而达到对地下水流速流向测量的目的，解决了地下水微流速难以测量的问题，设备结构简单，拆装方便，成本较低，适用于在单一钻孔内进行地下水的流速流向测量。
41.本发明利用了电解池原理进行了测量电极12的制作，可以保证测量电极12的直径较小，从而减小了由于测量电极12的体积和流体的张力作用造成的流体速度误差。利用盐水作为测量介质，成本低且环保，不同于价格高、污染环境的同位素示踪法。
42.在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本技术请求保护的范围。
43.在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
44.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。