CN109374091B - 一种地下水位测量装置与测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地下水位测量装置，包括光电测距仪，还包括用于反射光电测距仪发射的光线的反射装置；反射装置包括半球形壳体，半球形壳体内部设有固定在圆弧面中央的配重体，配重体的密度大于水密度；半球形壳体密封连接有平面反光镜；半球形壳体靠***面反光镜的一端设有储液仓，储液仓内填充有密度不大于水密度的液体，从而使得反射装置能够漂浮在水面上，并且配重体的重量能够满足使平面反光镜与水面齐平；光电测距仪中配置有根据光电测距仪到地下水面的距离计算地下水位的水位计算程序。还公开了一种地下水位测量方法，采用本发明的地下水位测量装置。本发明解决了现有技术中反射面难以保持水平、反射效果差导致测量精度不高的技术问题。

Description

一种地下水位测量装置与测量方法
技术领域
本发明涉及地下水位测量技术领域，尤其涉及一种地下水位测量装置，还涉及一种地下水位测量方法。
背景技术
随着城市化进程的加快和交通基础建设的不断发展，而这些交通基础设施给人们带来了极大的便利。在工程建设中，许多大小工程问题几乎都与地下水的活动紧密相关，尤其是地下水对路基的破坏、桥梁桩基的侵蚀以及降低隧道围岩的稳定性，其中地下水活动是塌陷产生的主要动力，地下水位的变化会引起岩土体的破坏，导致塌陷的产生，给施工单位的施工带来了很大的麻烦。因此，对地下水位的测量是必不可少的过程。
就目前而言，现有的地下水位测量技术有：1)绳索式测量，在绳索的一端系有重物并下放至水面，通过人为感知去判断水面与重物接触，没有电子报警信号，数据测量缺乏准确性。2)利用水质导电性，向井内投掷一个闭合回路的两个断开电极线头，等两极接触水时发出报警信号，取出闭合回路装置并测量距离，但井内湿度较大且井壁有水珠，易形成闭合回路报警，造成测量数据错误。3)发射雷达波法，通过雷达向水面发射雷达波，经过水面反射接受雷达波，测量出地下水的高程，该方法造价成本过高，仪器维修成本大，携带不方便。4)电子探头传感法，电子探头易出现损坏和误导的现象，在测量的过程中，需要人力反复提升和下降探头，消耗大量的时间和人力。5)采集器动态监测仪，适用于固定点测量地下水位，测量不便利，仪器投资大，且仪器的操作复杂和管理繁琐。6)现有的光电测距仪，采用地下水或反光膜反射光线。利用水面反光时，光在水面会进行透射和反射，且水中有杂质或漂浮物时，不能保证水面形成完整的水平反光面，反射效果较差；利用反光膜反射光时，反光膜较薄属于柔性材料，在实际运用中很难将其放置到地下水面并且形成水平平整的反光平面。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种地下水位测量装置与测量方法，解决现有技术中反射面难以保持水平、反射效果差导致测量精度不高的技术问题，能够形成水平平整的反射面，能够提高测量精度。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种地下水位测量装置，包括能够调节水平度的光电测距仪，还包括用于反射光电测距仪发射的光线的反射装置；所述反射装置包括半球形壳体，所述半球形壳体内部设有固定在其圆弧面中央的配重体，配重体的密度大于水密度；所述半球形壳体上密封连接有反光面朝向半球形壳体外的平面反光镜，所述平面反光镜与半球形壳体的圆形平面平行；所述半球形壳体靠***面反光镜的一端沿半球形壳体表面周向均匀布设有储液仓，所述储液仓内填充有密度不大于水密度的液体，从而使得反射装置能够漂浮在水面上，并且配重体的重量能够满足使平面反光镜与水面齐平。
所述光电测距仪中配置有根据光电测距仪到地下水面的距离计算地下水位的水位计算程序，并按如下公式计算：H2＝H1-H；其中，H2表示地下水位；H1表示地面高程；H表示光电测距仪距离地下水水平面的高度，并且H＝h2-h1-Δh，h1表示光电测距仪到地面距离的测量值，h2表示光电测距仪到地下水水面的距离；Δh表示光电测距仪到地面距离的误差。
优选的，所述储液仓为环绕半球形壳体外表面或内表面的环形储液仓。
优选的，所述储液仓为包括若干的储液单元的分布式储液仓，所述若干储液单元环绕半球形壳体内表面或外表面周向均匀分布。
优选的，所述储液仓为设置半球形壳体内并平行且位于平面反光镜下方的圆盘形储液仓。
优选的，所述储液仓中的液体采用水、乙醇与酯类液体中的任意一种。
优选的，所述光电测距仪包括外壳，所述外壳顶面设有水平仪，所述外壳底部中央设有能够沿竖直方向收发光线的光线收发模块，所述外壳底部环绕光线收发模块分布有若干调平螺旋脚。
优选的，所述外壳内设有控制器、显示屏以及电源；所述控制器的信号输入端与光线收发模块的信号输出端连接，控制器的信号输出端与显示屏信号输入端连接；所述外壳上开有能够露出显示屏的窗口。
本发明还提供一种地下水位测量方法，采用本发明的地下水位测量装置，包括以下步骤：
步骤1：从地下水位洞口下放反射装置，反射装置漂浮与水面上，并且平面反光镜与水面齐平；
步骤2：在地下水位洞口上覆盖中央开有通孔的垫板，并使通孔位于地下水洞口内，垫板厚度为d1；在垫板的通孔上放置厚度为d2的临时平面反光镜；
步骤3：将光电测距以放置在垫板上，并使其光线发射端朝向临时平面反光镜；然后调节光电测距仪的水平度，从而使得光电测距仪能够朝向临时平面反光镜垂直的发射光线；
步骤4：启动光电测距仪，测量光电测距仪到临时平面反光镜的距离，以作为光电测距仪到地面距离的测量值h1；然后，从通孔上移除临时平面反光镜，测量光电测距仪到反射装置上的平面反光镜的距离，即光电测距仪到地下水水面的距离h2；
步骤5：光电测距仪执行水位计算程序计算地下水位H2，其中Δh＝d1+d2，从而完成地下水位的测量。
优选的，所述垫板上开有能够容纳临时反光镜的通槽，所述通槽至少一端与垫板便于贯通，从而能够从通槽水平移除平面反光镜。
优选的，所述通槽的深度等于临时平面反光镜的厚度，从而使得临时平面反光镜与垫板上表面齐平；并且，Δh＝d1。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的地下水位测量装置增加了带平面反光镜的反射装置，以平面镜作为反射面比水面更加光滑平整，能够对光线产生更好的反射效果；另外，与反光膜相比，不会在水中发生变形、折叠、粘连，具有较高的稳定性。
2、反射装置采用半球形壳体，使其在水中能够受到均匀的浮力，便于保持平衡，并且由于配置体的作用，使反射装置的重心在圆弧面中央，这样就能形成不倒翁结构，使得反射装置投入水中后，圆弧部分朝下，平面反光镜朝上，从而保证平面反光镜朝向光电测距仪。
3、反射装置设置填充有密度不大于水的液体，从而使得反射装置能够漂浮在水中，再加上合适重量的配重体，能够使得反射装置漂浮后平面反光镜与水面齐平，这样能够降低误差，提高测量精度。
4、光电测距仪的光线收发模块设置在外壳底部，便于向下发射光线；水平仪设置在外壳顶面，便于观察光电测距仪的水平度。
5、光电测距仪设置显示屏，从而能够显示测量过程中的参数，如地面高程H1、表地面距离地下水水平面的高度H、地下水位H2等。
6、本发明的地下水位测量方法通过在垫板上调整光电测距仪以及能够在水中自平衡的反射装置，能使得光电测距仪发射的光纤垂直于反射装置的平面反光镜，从而提高测量精度。
7、本发明的地下水位测量方法在测量参数h1与h2时，光电测距仪均是在同一位置同一水平高度，从而避免移动光电测距仪带来的误差，从而提高测量精度。
8、在垫板上开设通槽能够实现沿通槽平稳的移除临时平面反光镜，避免引起抖动而导致光电测距仪移位。
附图说明
图1是本具体实施方式中反射装置的结构示意图；
图2是本具体实施方式中光电测距仪的结构示意图；
图3是采用本具体实施方式中的地下水位测量仪进行地下水位测量的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1与图2所示，一种地下水位测量装置，包括能够调节水平度的光电测距仪，还包括用于反射光电测距仪发射的光线的反射装置；所述反射装置包括半球形壳体21，所述半球形壳体21内部设有固定在其圆弧面中央的配重体22，配重体22的密度大于水密度；所述半球形壳体21上密封连接有反光面朝向半球形壳体外21的平面反光镜23，所述平面反光镜23与半球形壳体21的圆形平面平行；所述半球形壳体21靠***面反光镜23的一端沿半球形壳体21表面周向均匀布设有储液仓24，所述储液仓24内填充有密度不大于水密度的液体，从而使得反射装置能够漂浮在水面上，并且配重体22的重量能够满足使平面反光镜23与水面齐平；
所述光电测距仪中配置有根据光电测距仪到地下水面的距离计算地下水位的水位计算程序，并按如下公式计算：H2＝H1-H；其中，H2表示地下水位；H1表示地面高程；H表示地面距离地下水水平面的高度，并且H＝h2-h1-Δh，h1表示光电测距仪到地面距离的测量值，h2表示光电测距仪到地下水水面的距离；Δh表示光电测距仪到地面距离的误差。
在测量状态下，所述反射装置漂浮在水面上，且其配重体的重量使其平面反光镜与水面齐平，所述光电测距仪布设在反射装置的正上方位置处，且光电测距仪的光线收发模块正对反射装置的平面反光镜。
地下水位测量装置增加了带平面反光镜23的反射装置，以平面镜作为反射面比水面更加光滑平整，能够对光线产生更好的反射效果；另外，与反光膜相比，不会在水中发生变形、折叠、粘连，具有较高的稳定性。反射装置采用半球形壳体21，使其在水中能够受到均匀的浮力，便于保持平衡，并且由于配置体的作用，使反射装置的重心在圆弧面中央，这样就能形成不倒翁结构，使得反射装置投入水中后，圆弧部分朝下，平面反光镜23朝上，从而保证平面反光镜23朝向光电测距仪。反射装置设置填充有密度不大于水的液体，从而使得反射装置能够漂浮在水中，再加上合适重量的配重体22，能够使得反射装置漂浮后平面反光镜23与水面齐平，这样能够降低误差，提高测量精度。
配置体的重量可以通过实验来确定，具体的：在容器中加入地下水，然后选择不同质量的配重体22固定到各个反射装置内(即半球形壳体21内底部)，并密封平面反光镜23；将反射装置投入容器中，从中挑选出漂浮于水面并且平面反光镜23与水面齐平的反射装置，将该反射装置的配置体重量作为生产反射装置的标准重量。
本具体实施方式中可采用以下几种形式来设置储液仓24：1)储液仓24为环绕半球形壳体21外表面或内表面的环形储液仓24。2)储液仓24为包括若干的储液单元的分布式储液仓24，所述若干储液单元环绕半球形壳体21内表面或外表面周向均匀分布。3)储液仓24为设置半球形壳体21内并平行且位于平面反光镜23下方的圆盘形储液仓24。
本具体实施方式中所述储液仓24中的液体采用水、乙醇与酯类液体中的任意一种。
本具体实施方式中，所述光电测距仪包括外壳11，所述外壳11顶面设有水平仪14，所述外壳11底部中央设有能够沿竖直方向收发光线的光线收发模块12(激光收发模块)，所述外壳11底部环绕光线收发模块12分布有若干调平螺旋脚13，通过调整调平螺旋脚可使光电测距仪水平。光电测距仪的光线收发模块12设置在外壳11底部，便于向下发射光线；水平仪14设置在外壳11顶面，便于观察光电测距仪的水平度。光电测距仪设置显示屏15，从而能够显示测量过程中的参数，如地面高程H1、表示光电测距仪距离地下水水平面的高度H、地下水位H2等。
光电测距仪还可以采用现有技术中的激光测距仪，如中国专利“一种基于激光测距的激光水位计(公开号CN20352718U)”中公开的激光水位计，在其中配置上本发明的水位计算程序即可使用。
本具体实施方式中，所述外壳11内设有控制器、显示屏以及电源；所述控制器的信号输入端与光线收发模块12的信号输出端连接，控制器的信号输出端与显示屏信号输入端连接；所述外壳11上开有能够露出显示屏15的窗口。
一种地下水位测量方法，采用本具体实施方式中的地下水位测量装置，测量原理如图3所示，包括以下步骤：
步骤1：从地下水位洞口下放反射装置2，反射装置2漂浮与水面上，并且平面反光镜23与水面齐平；竖直下放反射装置即可，也可以采用细绳悬挂反射装置进行下放。
步骤2：在地下水位洞口上覆盖中央开有通孔的垫板3，并使通孔位于地下水洞口内，垫板厚度为d1；在垫板的通孔上放置厚度为d2的临时平面反光镜4。
步骤3：将光电测距仪1以放置在垫板3上，并使其光线发射端朝向临时平面反光镜4；然后调节光电测距仪1的水平度，从而使得光电测距仪1能够朝向临时平面反光镜4垂直的发射光线。
步骤4：启动光电测距仪1，测量光电测距仪1到临时平面反光镜4的距离，以作为光电测距仪1到地面距离的测量值h1；然后，从通孔上移除临时平面反光镜4，测量光电测距仪1到反射装置2上的平面反光镜23的距离，即光电测距仪1到地下水水面的距离h2。
步骤5：光电测距仪1执行水位计算程序计算地下水位H2，其中Δh＝d1+d2，从而完成地下水位的测量。
本发明的地下水位测量方法通过在垫板3上调整光电测距仪1以及能够在水中自平衡的反射装置2，能使得光电测距仪1发射的光纤垂直于反射装置2的平面反光镜23，从而提高测量精度。本发明的地下水位测量方法在测量参数h1与h2时，光电测距仪1均是在同一位置同一水平高度，从而避免移动光电测距仪1带来的误差，从而提高测量精度。
本具体实施方式中，所述垫板3上开有能够容纳临时反光镜的通槽，所述通槽至少一端与垫板3便于贯通，从而能够从通槽水平移除临时平面反光镜4。在垫板3上开设通槽，能够实现沿通槽平稳的移除临时平面反光镜4，避免引起抖动而导致光电测距仪1移位。
本具体实施方式中，所述通槽的深度等于临时平面反光镜4的厚度，从而使得临时平面反光镜4与垫板3上表面齐平；并且，Δh＝d1。这样，能够减少由临时平面反光镜4厚度带来的累积误差。

Claims (10)

1.一种地下水位测量装置，包括能够调节水平度的光电测距仪，其特征在于：还包括用于反射光电测距仪发射的光线的反射装置；所述反射装置包括半球形壳体，所述半球形壳体内部设有固定在其圆弧面中央的配重体，配重体的密度大于水密度；所述半球形壳体上密封连接有反光面朝向半球形壳体外的平面反光镜，所述平面反光镜与半球形壳体的圆形平面平行；所述半球形壳体靠***面反光镜的一端沿半球形壳体表面周向均匀布设有储液仓，所述储液仓内填充有密度不大于水密度的液体，从而使得反射装置能够漂浮在水面上，并且配重体的重量能够满足使平面反光镜与水面齐平；
所述光电测距仪中配置有根据光电测距仪到地下水面的距离计算地下水位的水位计算程序，并按如下公式计算：H2＝H1-H；其中，H2表示地下水位；H1表示地面高程；H表示地面距离地下水水平面的高度，并且H＝h2-h1-Δh，h1表示光电测距仪到地面距离的测量值，h2表示光电测距仪到地下水水面的距离；Δh表示光电测距仪到地面距离的误差。
2.根据权利要求1所述的地下水位测量装置，其特征在于：所述储液仓为环绕半球形壳体外表面或内表面的环形储液仓。
3.根据权利要求1所述的地下水位测量装置，其特征在于：所述储液仓为包括若干的储液单元的分布式储液仓，所述若干储液单元环绕半球形壳体内表面或外表面周向均匀分布。
4.根据权利要求1所述的地下水位测量装置，其特征在于：所述储液仓为设置半球形壳体内并平行且位于平面反光镜下方的圆盘形储液仓。
5.根据权利要求1所述的地下水位测量装置，其特征在于：所述储液仓中的液体采用水、乙醇与酯类液体中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的地下水位测量装置，其特征在于：所述光电测距仪包括外壳，所述外壳顶面设有水平仪，所述外壳底部中央设有能够沿竖直方向收发光线的光线收发模块，所述外壳底部环绕光线收发模块分布有若干调平螺旋脚。
7.根据权利要求6所述的地下水位测量装置，其特征在于：所述外壳内设有控制器、显示屏以及电源；所述控制器的信号输入端与光线收发模块的信号输出端连接，控制器的信号输出端与显示屏信号输入端连接；所述外壳上开有能够露出显示屏的窗口。
8.一种地下水位测量方法，其特征在于：采用如权利要求6所述的地下水位测量装置，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤1：从地下水位洞口下放反射装置，反射装置漂浮与水面上，并且平面反光镜与水面齐平；
步骤2：在地下水位洞口上覆盖中央开有通孔的垫板，并使通孔位于地下水洞口内，垫板厚度为d1；在垫板的通孔上放置厚度为d2的临时平面反光镜；
步骤3：将光电测距以放置在垫板上，并使其光线发射端朝向临时平面反光镜；然后调节光电测距仪的水平度，从而使得光电测距仪能够朝向临时平面反光镜垂直的发射光线；
步骤4：启动光电测距仪，测量光电测距仪到临时平面反光镜的距离，以作为光电测距仪到地面距离的测量值h1；然后，从通孔上移除临时平面反光镜，测量光电测距仪到反射装置上的平面反光镜的距离，即光电测距仪到地下水水面的距离h2；
步骤5：光电测距仪执行水位计算程序计算地下水位H2，其中Δh＝d1+d2，从而完成地下水位的测量。
9.根据权利要求8所述的地下水位测量方法，其特征在于：所述垫板上开有能够容纳临时反光镜的通槽，所述通槽至少一端与垫板便于贯通，从而能够从通槽水平移除平面反光镜。
10.根据权利要求9所述的地下水位测量方法，其特征在于：所述通槽的深度等于临时平面反光镜的厚度，从而使得临时平面反光镜与垫板上表面齐平；并且，Δh＝d1。
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