地下水位监测预警系统技术方案

本发明专利技术提供地下水位监测预警系统，所述的检测系统分为井口和井下两个部分，其中，所述的非接触式水位传感器、压力传感器、以及液体比重传感器安装于井下部分，而所述的井下部分在直角蜗杆直流减速电机与缆绳的拖动下自由运动，通过所述的压力传感器与非接触式液位传感器综合判断地下水探测井中水面位置，同时通过绝对式编码器判断此时井下部分与井口部分之间的缆绳长度，再结合北斗系统中的高程数据，综合计算深层地下水水位信息，提高检测数据准确程度。再通过所述的4G数据传输模块或北斗短报文模块将水位信息发送至服务器，以供数据中心进行查询与监测。据中心进行查询与监测。据中心进行查询与监测。

【技术实现步骤摘要】
地下水位监测预警系统


[0001]本专利技术涉及野外深层地下水位探测井远程自动检测系统。

技术介绍

[0002]地下水资源不仅是关乎国民生产的重要自然资源，更是与重大自然灾害直接关联的因素，因此需要对深层地下水资源的水位信息进行实时监测。与地表水资源不同，地下水资源水位信息检测通常通过开凿水位探测井而实现，其实现方式通常可分为自动检测和人工检测两种，然而根据地下水资源的分布地点不同，探测井的位置经常处于荒郊野外或深山之中。采用人工检测的方式效率低下，无法满足实时监测的需求，并且对于监测人员自身的安全也有很大的威胁，因此，采用自动化检测设备对地下水位探测井内的水位进行检测具有十分必要的意义。
[0003]针对地下水位进行自动化检测的设备大致可分为两种，其一是利用投入式水位传感器进行检测，传感器长期处于水下，水体的腐蚀与杂物的附着对传感器寿命提出了挑战；其二是利用液体浮力原理进行半潜入式检测，利用压力传感器或拉力传感器检测系统受到的外力信息，进而转换至液位信息实现检测，传感器处于液面之上，仅在检测时接触液面，提高了系统的寿命。以上两种检测方式原理本质上相似，但难以消除地下水的水质以及地域高程信息造成的偏差。
[0004]目前，对于自动检测装置检测到的水位信息通常通过3G/4G无线网络传输值数据监控中心，然而在地域偏远检测点，通常无线网络通信信号极差，难以保证系统数据能够及时、准确的传回至服务器，影响了检测系统的实时性与准确性。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种地下水位监测预警系统(深层地下水资源探测井水位远程自动检测系统)，采用卫星高程数据与井深数据结合的方式计算水位信息，并通自动切换北斗短报文模块与4G数据传输模块保证数据传输过程的准确性，克服现有技术的不足，能够实现野外地下水资源探测井处的水位信息自动实时检测。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种地下水位监测预警系统，采用分体检测结构，分为井口部分与井下部分，主要包括：太阳能充电组件、锂电池蓄电组件、压力传感器、液体比重传感器、非接触式水位传感器、无弹性缆绳、主控模块，北斗短报文模块、 4G数据传输模块、电机控制模块、直角蜗杆直流减速电机、电磁刹车以及绝对式光电编码器等。
[0007]所述井口部分安装顶部为金属材质防水盖，其上安装由避雷针装置、北斗短报文模块以及4G数据传输模块增益天线。内部为中空，带有可闭锁舱门，并且锂离子蓄电池、主控模块、通信部分以及牵引、计数部分均安装于底板之上，为井下部分提供牵引动力、电源以及接受并处理井下部分传感器返回的信号。
[0008]所述直角蜗杆直流减速电机与绞盘相连，同时与电磁刹车模块连接，共同作用下
保证井下部分位置稳定，同时在系统断电情况下保护井下部分，使之不能自由下坠。
[0009]所述无弹性缆绳由无弹性缆绳由缆绳本身以及绝缘电缆共同组成，在为井下部分提供牵引力的同时抑制缆绳本身弹性变形造成的误差，并且为井下部分与井上部分提供通信链路与能量供应。
[0010]所述无弹性缆绳需要跨过计数滑轮，计数滑轮与绝对式编码器共轴，主控模块通过绝对式编码器计算井口部分与井下部分之间的缆绳长度，为水位计算提供一个算子。进一步的，计数滑轮轴承座底部安装有压力传感器2，通过该传感器压力的变化判断井下部分是否正常运动。
[0011]所述井下部分可在无弹性缆绳与井口部分的共同牵引之下沿重力方向自由移动。其外壳由PVC材质构成，内部设置有配重结构，配重结构处于外壳内外表面中间，并被密封，防止该部分接触水体造成腐蚀，从而影响系统稳定性并污染探测井内水体。
[0012]所述井下部分中心部分为与外壳相同材质的浮筒，浮筒与外壳内表面间有微小间隙，保证浮筒能在浮力作用下上下移动，浮筒上部与压力传感器1相连，通过检测浮筒本身受到的浮力大小判断井下部分是否已经接触液面。进一步的，井下部分底部为带有过滤孔的底板，为浮筒装置提供限位作用的同时让外部液体能够进入井下部分内部，从而对浮筒产生浮力。进一步的，井下装置靠近底部的内外表面有一处封闭空间，内部安装非接触的液位传感器，可同步检测外表面相同水平位置是否已接触液面。进一步的，井下部分另一侧内标处设置有一处开放空间，内部安装液体比重传感器，可同步检测地下水比重数据，为浮力计算提供算子，进一步的主控模块通过压力传感器1、比重传感器以及非接触液位传感器的数据综合计算浮筒所受的浮力大小，并以此计算井下部分浸入水面深度，为水位计算提供第二个算子。进一步的，完成一次水位检测后，井下部分被井口部分提升一定高度使之脱落井下水面，对井下部分以及井下水体起到保护作用。
[0013]所述主控模块按照系统设定的采样频率定时进行水位检测，通过绝对式编码器获取第一个算子，通过井下部分传感器获得第二个算子，并通过北斗卫星短报文模块获得井口位置的经纬度以及高程信息作为第三个算子，将上述三个算子结合得到井下水位的准确信息。进一步的，通过检测4G数据传输模块的信号强度选择合适的数据传输通道将数据发送至服务器。
[0014]所述井口部分舱门与柜体之间通过橡胶密封条实现内部密封，防止液体进入机壳造成系统失效。太阳能电池板通过金属支架安装于测点周围采光较好的位置，为蓄电池提供能量补充。
[0015]本专利技术的技术优点：
[0016]本专利技术通过在计数滑轮轴承座处安装压力传感器判断井下部分是否能够顺利运动，以防井下部分倾斜或被障碍物卡住造成检测数据失真，增强系统稳定性。
[0017]本专利技术通过增加北斗短报文模块获得井口处的高程信息，为井下水位计算增加海拔数据，使地下水位检测结果更具有实际意义。
[0018]本专利技术通过增减北斗短报文模块为系统设置冗余通信链路，解决在野外4G信号不佳处无法正常回传检测数据的问题。
[0019]本专利技术通过在井下部分增加非接触式水位传感器、液体比重传感器提高对浮筒浮力的计算精度，提升系统检测数据的准确性。
[0020]本专利技术井下部分可扩展更多种类传感器，丰富检测内容，实现对地下水资源的全面检测。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1：系统整体结构示意图；
[0023]图2：井口部分机柜内部结构示意图；
[0024]图3：系统控制模块原理图；
[0025]图4：井下部分结构示意图。
[0026]其中：1
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12V太阳能电池板，2
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避雷针，3
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井口部分顶盖，4
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北斗/4G通信模块增益电线，5
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检测系统井口部分，6
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井口部分安装支架，7
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无弹性缆绳+通信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下水位监测预警系统，其特征在于：采用分体检测结构，分为井口部分与井下部分，包括：太阳能充电组件、锂电池蓄电组件、压力传感器、液体比重传感器、非接触式水位传感器、无弹性缆绳、主控模块，北斗短报文模块、4G数据传输模块、电机控制模块、直角蜗杆直流减速电机、电磁刹车以及绝对式光电编码器；所述井口部分安装顶部为金属材质防水盖，其上安装由避雷针装置、北斗短报文模块以及4G数据传输模块增益天线；内部为中空，带有可闭锁舱门，并且锂离子蓄电池、主控模块、通信部分以及牵引、计数部分均安装于底板之上，为井下部分提供牵引动力、电源以及接受并处理井下部分传感器返回的信号；所述直角蜗杆直流减速电机与绞盘相连，同时与电磁刹车模块连接，共同作用下保证井下部分位置稳定，同时在系统断电情况下保护井下部分，使之不能自由下坠；所述无弹性缆绳由无弹性缆绳由缆绳本身以及绝缘电缆共同组成，在为井下部分提供牵引力的同时抑制缆绳本身弹性变形造成的误差，并且为井下部分与井上部分提供通信链路与能量供应；所述无弹性缆绳需要跨过计数滑轮，计数滑轮与绝对式编码器共轴，主控模块通过绝对式编码器计算井口部分与井下部分之间的缆绳长度，为水位计算提供一个算子；进一步的，计数滑轮轴承座底部安装有压力传感器，通过该传感器压力的变化判断井下部分是否正常运动；所述井下部分可在无弹性缆绳与井口部分的共同牵引之下沿重力方向自由移动；其外壳由PVC材质构成，内部设置有配重结构，配重结构处于外壳内外表面中间，并被密封，防止该部分接触水体造成腐蚀，从而影响系统稳定性并污染探测井...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建军，曹伟，阿里木江，何雯雯，王丽娟，
申请(专利权)人：新疆维吾尔自治区水资源中心，
类型：发明
国别省市：