CN109898993A - 垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水文地质勘测技术领域，公开了一种垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置，包括伸入到垂直钻孔内的探测器本体，还包括与探测器本体连接的线缆***，探测器本体包括玻璃仓，玻璃仓内设有将玻璃仓分隔为上腔体和下腔体的水平隔板，隔板上设有镜头朝下的摄像头，玻璃仓下方通过立轴连接有电磁流速仪，电磁流速仪上设有三维电子罗盘传感器，线缆***包括悬吊探测器本体的钢丝绳及为探测器本体提供供电和通讯的供电通讯线缆。本发明垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置，可直接测定垂直钻孔中地下水的流速及流向，结构简单，测量方便，可靠性强。

Description

垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置

技术领域

本发明涉及水文地质勘测领域，具体涉及一种垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置。

背景技术

水文地质勘测领域，地下水的流向测定一般采用三点法，即在近似等边三角形的顶点布置三个钻孔，以其水位高程编制等水位线，垂直等水位线并向水位降低的方向为地下水流向。在等水位线图的地下水流向上，求出相邻两等水位线间的水力坡度，即可得出地下水流速。这种测定方法测定的是潜水的流向与流速，对于稳定层流运动的地下水具有较好的效果，而难以获取紊流状态的地下水任意位置任意时刻的水文参数。

另外，同位素示踪方法也可用于测定地下水的流向流速，但一方面当介质不均匀或者出现分支时，其计算结果往往不准确，同时放射性元素也会造成地下水环境的污染。

同时，在水文监测领域，直接测定的水流流速装置主要有旋浆式测速仪、多普勒测速仪、超声波流速仪等。但这些流速测定仪一般多用于江河、海洋等水流的流速测量。由于钻孔空间狭小，地下水流速缓慢，流态不稳定，传统的流速仪难以运用于地下水流速测定。因此，目前尚没有一种直观准确、实用有效测定钻孔中地下水流向、流速的装置。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置，可直接测定垂直钻孔中地下水的流速及流向，结构简单，测量方便，可靠性强。

为实现上述目的，本发明所设计的一种垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置，包括伸入到垂直钻孔内的探测器本体，还包括与所述探测器本体连接的线缆***，所述探测器本体包括玻璃仓，所述玻璃仓内设有将所述玻璃仓分隔为上腔体和下腔体的水平隔板，所述隔板上设有镜头朝下的摄像头，用于采集水体影像，所述玻璃仓下方通过立轴连接有电磁流速仪，直接与地下水接触，用于测量地下水流速并指示地下水流向，所述电磁流速仪上设有三维电子罗盘传感器，可读取所述电磁流速仪方位角，对所述电磁流速仪进行校准，所述线缆***包括悬吊所述探测器本体的钢丝绳及为所述探测器本体提供供电和通讯的供电通讯线缆。

优选地，地面上设有线缆线轴放线器，所述线缆线轴放线器与所述线缆***连接，所述垂直钻孔上方设有工作脚架，所述工作脚架上设有放线导轮，所述线缆***绕过所述放线导轮，所述工作脚架用于探测在所述垂直钻孔内工作的对中及记录所述探测器本体在所述垂直钻孔内所处深度。

优选地，所述玻璃仓下方设有保护所述电磁流速仪的流速仪保护架。

优选地，所述流速仪保护架的底部设有头部朝下的橡胶锥，用于配重引导所述探测器本体下钻，避免因所述垂直钻孔局部阻塞造成下钻困难。

优选地，所述隔板下表面上设有若干个LED灯，所述LED灯绕所述摄像头成一个圈，为影像采集提供光源。

优选地，所述工作脚架上设有转速传感器，用于测量所述放线导轮的线速度，计算下放所述线缆***的长度。

优选地，所述供电通讯线缆通过线夹固定连接在所述钢丝绳上，所述线夹以所述电磁流速仪位置为起点平均布置。

优选地，还包括通过所述供电通讯线缆与所述探测器本体连接的接收终端，所述接收终端包括主处理器模块及与所述主处理器模块连接的转速信号处理模块、视频信号处理模块和方位角信号处理模块，所述转速信号处理模块通过所述供电通讯线缆与所述电磁流速仪电连，所述视频信号处理模块通过所述供电通讯线缆与所述摄像头电连，所述方位角信号处理模块通过所述供电通讯线缆与所述三维电子罗盘传感器电连。

优选地，所述电磁流速仪内部安装有励磁线圈，所述电磁流速仪表面与磁力线垂直的方向上镶有一对与水体相通的电极。

优选地，所述摄像头为广角镜头摄像头，视角覆盖所述电磁流速仪平面处及下部水体，所述玻璃仓的下腔体底部设有角度刻度。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、利用电磁流速仪测量流速精度高、可靠性强，且可以绘制不同深度流速曲线，利用三维电子罗盘传感器可测量电磁流速仪的方位角，有效解决垂直钻孔中地下水流速及流向测量困难的问题；

2、利用钻孔摄像功能，可直观观察到地下水的流动影像，测量结果可靠性强，避免了其他测量方法因水下恶劣环境造成的仪器受损，从而导致测量结果失真的问题。

附图说明

图1为本发明垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置的结构示意图；

图2为图1中探测器本体的结构示意图；

图3为图1中探测器本体的结构分解示意图；

图4为图1中隔板的仰视图；

图5为图1中接收终端的结构示意图。

图中各部件标号如下：

垂直钻孔1、探测器本体2、线缆***3、玻璃仓4、上腔体5、下腔体6、隔板7、摄像头8、电磁流速仪9、三维电子罗盘传感器10、钢丝绳11、供电通讯线缆12、线缆线轴放线器13、工作脚架14、放线导轮15、流速仪保护架16、橡胶锥17、LED灯18、线夹19、接收终端20、转速信号处理模块21、视频信号处理模块22、方位角信号处理模块23、主处理器模块24、显示模块25。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置，包括伸入到垂直钻孔1内的探测器本体2，还包括与探测器本体2连接的线缆***3，结合图2及图3所示，探测器本体2包括玻璃仓4，玻璃仓4内设有将玻璃仓4分隔为上腔体5和下腔体6的水平隔板7，隔板7上设有镜头朝下的摄像头8，摄像头8为广角镜头摄像头，玻璃仓4的下腔体6底部设有角度刻度，结合图4所示，本实施例中，隔板7下表面上设有八个LED灯18，LED灯18绕摄像头8成一个圈，玻璃仓4下方通过立轴连接有电磁流速仪9，电磁流速仪9内部安装有励磁线圈，电磁流速仪9表面与磁力线垂直的方向上镶有一对与水体相通的电极，玻璃仓4下方还设有保护电磁流速仪9的流速仪保护架16，流速仪保护架16的底部设有头部朝下的橡胶锥17，电磁流速仪9上设有三维电子罗盘传感器10，线缆***3包括悬吊探测器本体2的钢丝绳11及为探测器本体2提供供电和通讯的供电通讯线缆12，供电通讯线缆12通过线夹19固定连接在钢丝绳11上，线夹19以电磁流速仪9位置为起点平均布置。

另外，地面上设有线缆线轴放线器13，线缆线轴放线器13与线缆***3连接，垂直钻孔1上方设有工作脚架14，工作脚架14上设有放线导轮15，线缆***3绕过放线导轮15，工作脚架14上还设有转速传感器，

同时，如图5所示，本装置还包括通过供电通讯线缆12与探测器本体2连接的接收终端20，接收终端20包括主处理器模块24及与主处理器模块24连接的转速信号处理模块21、视频信号处理模块22、方位角信号处理模块23和显示模块25，转速信号处理模块21通过供电通讯线缆12与电磁流速仪9电连，视频信号处理模块22通过供电通讯线缆12与摄像头8电连，方位角信号处理模块23通过供电通讯线缆12与三维电子罗盘传感器10电连，使用时，转速信号处理模块21接收电磁流速仪9的转速信号，视频信号处理模块22接收摄像头8的视频信号，方位角信号处理模块23接收三维电子罗盘传感器10的方位角信号。

本实施例使用时，可以在接收终端20上选择自动测量与手动测量两种模式：自动测量模式下，将装置自垂直钻孔1的孔口向孔底匀速缓慢下放，装置自动按1次/秒测量；手动测量模式下，将装置自垂直钻孔1的孔口向孔底匀速缓慢下放，人工按动测量按钮，装置随机测量一次。下放探测器本体2本体时，通过摄像头8及与之电连的视频信号处理模块22，结合显示模块25可以实时观看水体影像。最后，根据装置所处深度、流速及方位角数据经转速信号处理模块21、方位角信号处理模块23和主处理器模块24解译处理后，在显示模块25显示深度值曲线、流速曲线及流向方位角，通过读取曲线上最大流速位置，即可获取出水点孔深，通过方位角即可确定垂直钻孔1内地下水流向。

本发明垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置，利用水流在电磁流速仪9表面流动时，电极上产生微量电压信号，电压信号传送到计数器上，经放大和模数转换等电路处理显示流速，测量精度高，测量范围可达0.01m/s～10m/s，并结合仪器深度显示绘制不同深度流速曲线，电磁流速仪9上外置的三维电子罗盘传感器10可测量电磁流速仪9方位角，有效解决垂直钻孔1中地下水流速及流向测量困难的问题；且，利用钻孔摄像功能，可直观观察到地下水的水体特征，原理简单，测量方便，测量结果可靠性强，避免了其他测量方法因水下恶劣环境造成的仪器受损，从而导致测量结果失真的问题。

Claims (10)

1.一种垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置，包括伸入到垂直钻孔(1)内的探测器本体(2)，其特征在于：还包括与所述探测器本体(2)连接的线缆***(3)，所述探测器本体(2)包括玻璃仓(4)，所述玻璃仓(4)内设有将所述玻璃仓(4)分隔为上腔体(5)和下腔体(6)的水平隔板(7)，所述隔板(7)上设有镜头朝下的摄像头(8)，所述玻璃仓(4)下方通过立轴连接有电磁流速仪(9)，所述电磁流速仪(9)上设有三维电子罗盘传感器(10)，所述线缆***(3)包括悬吊所述探测器本体(2)的钢丝绳(11)及为所述探测器本体(2)提供供电和通讯的供电通讯线缆(12)。

2.根据权利要求1所述垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置，其特征在于：地面上设有线缆线轴放线器(13)，所述线缆线轴放线器(13)与所述线缆***(3)连接，所述垂直钻孔(1)上方设有工作脚架(14)，所述工作脚架(14)上设有放线导轮(15)，所述线缆***(3)绕过所述放线导轮(15)。

3.根据权利要求2所述垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置，其特征在于：所述玻璃仓(4)下方设有保护所述电磁流速仪(9)的流速仪保护架(16)。

4.根据权利要求3所述垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置，其特征在于：所述流速仪保护架(16)的底部设有头部朝下的橡胶锥(17)。

5.根据权利要求4所述垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置，其特征在于：所述隔板(7)下表面上设有若干个LED灯(18)，所述LED灯(18)绕所述摄像头(8)成一个圈。

6.根据权利要求5所述垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置，其特征在于：所述工作脚架(14)上设有转速传感器。

7.根据权利要求6所述垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置，其特征在于：所述供电通讯线缆(12)通过线夹(19)固定连接在所述钢丝绳(11)上，所述线夹(19)以所述电磁流速仪(9)位置为起点平均布置。

8.根据权利要求7所述垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置，其特征在于：还包括通过所述供电通讯线缆(12)与所述探测器本体(2)连接的接收终端(20)，所述接收终端(20)包括主处理器模块(24)及与所述主处理器模块(24)连接的转速信号处理模块(21)、视频信号处理模块(22)和方位角信号处理模块(23)，所述转速信号处理模块(21)通过所述供电通讯线缆(12)与所述电磁流速仪(9)电连，所述视频信号处理模块(22)通过所述供电通讯线缆(12)与所述摄像头(8)电连，所述方位角信号处理模块(23)通过所述供电通讯线缆(12)与所述三维电子罗盘传感器(10)电连。

9.根据权利要求8所述垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置，其特征在于：所述电磁流速仪(9)内部安装有励磁线圈，所述电磁流速仪(9)表面与磁力线垂直的方向上镶有一对与水体相通的电极。

10.根据权利要求9所述垂直钻孔中地下水流速流向的测定装置，其特征在于：所述摄像头(8)为广角镜头摄像头，所述玻璃仓(4)的下腔体底部设有角度刻度。