一种电阻式水位监测装置及其水位计算方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种电阻式水位监测装置及其水位计算方法，包括监测分析模块、水位测量模块、密度测量模块和电源模块；水位测量模块包括第一电阻、第一圆柱弹簧、第一绝缘硬板、第一导电件和第一电流计，绝缘硬板下方固定连接有感应管和配重体；本方案中的电阻式水位监测装置，可以通过第一电流计读数的变化，实时计算出当前地下水位高程；可以通过第二电流计读数的变化实时计算出环境温度变化情况下任一时刻的电阻率；可以通过第三电流计的读数变化和地下水的初始密度，计算出任一时刻变化后的地下水密度，从而更加准确的得出当前地下水位高程，本方案中的电阻式水位监测装置测量精度高、测量方便，测量的结果具有实际参考价值，可以解决地下水密度变化和环境温度变化电阻率变化情况下，地下水位实时、高精度测量的问题。高精度测量的问题。高精度测量的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电阻式水位监测装置及其水位计算方法


[0001]本专利技术涉及水位监测
，特别涉及一种电阻式水位监测装置及其水位计算方法。

技术介绍

[0002]地下水监测是水利、环境、地质、交通、农业等部门的一项基础工作。进行地下水水位、水质和水温等要素的监测工作，在水资源的管理、保护、利用等方面发挥着重要的作用。另外，对滑坡等地质灾害进行地下水位监测，还能进一步了解滑坡等地质灾害的稳定性影响因素，进一步判断滑坡等地质灾害的变形趋势。
[0003]不同地区的地下水的密度不同，且强降雨可能使水体浑浊，地下水的密度会改变，另外水体矿化程度变化时，均可能造成地下水密度的变化，即在实际的地下水位监测过程中，地下水体的密度可能是经常在发生改变的，而现有技术中应用较广的压力式水位计和浮子式水位计，在对地下水的高度进行测量时，存在以下问题：
[0004]1、现有技术中的压力式水位计测量地下水位时，忽略了地下水密度的变化，在地下水密度变化的情况下，可能造成地下水位测量结果与实际的地下水位偏差较大，测量的结果不能满足高精度或者准确测量的要求。
[0005]2、传统的压力式水位计的需要将压敏传感器设置在地下水底部，容易导致水位监测装置中电气元件进水损坏，且在对整个水位监测装置进行安装和维护时，需要将水位监测装置提升至水面上，导致安装和维护极为不便，降低了安装和维护的效率。另外土体坍塌或者泥沙沉淀，造成传统压力式水位计易被填埋，从而影响测量结果的准确性，甚至造成仪器不能正常使用。
[0006]3、浮子式水位计，在使用过程中，易出现卡线等情况，安装和维护都存在许多不便之处。
[0007]4、申请号为2021105469858的专利申请文件，测量装置中的空心管、配重体和参考体易受泥沙、树叶等杂物的影响，而引起装置在测量中的淤塞、卡固，进而引起测量失效或测量误差。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种电阻式水位监测装置及其水位计算方法，解决了现有技术中的压力式水位计，因忽略了地下水密度的变化而导致水位测量准确度低，误差大的问题；同时，本装置主要电路和关键电子原件均位于地表，大大提高设备使用寿命，便于日常检修和维护。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0010]提供一种电阻式水位监测装置，其包括设置在地面上的监测分析模块、水位测量模块、密度测量模块和电源模块；监测分析模块包括处理器；
[0011]水位测量模块包括竖直设置的第一电阻、位于第一电阻一侧的第一圆柱弹簧和第
一电流计，第一圆柱弹簧竖直设置，第一圆柱弹簧的底部固定，第一圆柱弹簧的顶部设置有第一绝缘硬板，第一绝缘硬板上设置有第一导电件，第一导电件一侧与第一电阻外壁滑动接触，第一电阻的一端、第一导电件的另一侧和第一电流计通过导线与电源模块串联，第一电流计与处理器电性连接；绝缘硬板下方设置有整体为密封结构的感应管，感应管顶部高度高于常年最高水位线，感应管顶部通过钢丝绳穿过第一圆柱弹簧中部与第一绝缘硬板下表面连接；当感应管的密度大于地下水的密度时，感应管的底部无需配重体，当感应管密度小于地下水密度时，感应管的底部固定设置有配重体。
[0012]水位测量模块还包括电阻误差测量模块，电阻误差测量模块包括第二电阻和与处理器电性连接的第二电流计，第二电阻和第二电流计与电源模块串联；第二电阻与第一电阻并联；
[0013]密度测量模块包括竖直设置的第三电阻、位于第三电阻一侧的第二圆柱弹簧和第三电流计，第二圆柱弹簧竖直设置，第二圆柱弹簧的底部固定，第二圆柱弹簧的顶部设置有第二绝缘硬板，第二绝缘硬板上设置有第二导电件，第二导电件一侧与第三电阻外壁滑动接触，第三电阻的一端、第二导电件的另一侧和第三电流计通过导线与电源模块串联，第三电流计与处理器电性连接；第二绝缘硬板的下方设置有参考体，参考体通过钢丝绳穿过第二圆柱弹簧中部与第二绝缘硬板下表面连接，参考体设置于被监测点常年最低水位线下；第三电阻分别与第一电阻和第二电阻并联。
[0014]进一步地，本方案中的电阻式水位监测装置还包括与处理器电性连接的通信模块。
[0015]进一步地，电阻式水位监测装置还包括设置于地表上的安装架，安装架上设置有安装平台，监测分析模块、水位测量模块、密度测量模块和电源模块均设置于安装平台上；第一圆柱弹簧和第二圆柱弹簧的底端均与安装平台固定连接。
[0016]进一步地，配重体的密度大于地下水的密度，配重体的顶部呈小端朝上的圆锥结构或圆端朝上半球形结构，参考体为圆球形或顶部为圆锥形，参考体的密度大于地下水的密度。
[0017]进一步地，感应管的底端与配重体的顶部表面螺纹密封连接。
[0018]进一步地，第一电阻、第二电阻和第三电阻为相同电阻。
[0019]本专利技术还提供一种电阻式水位监测装置的水位计算方法，其包括如下内容：
[0020]设电阻式水位监测装置安装时地下水位初始高程为H0，第一电阻接入电路的初始长度为L1，初始电阻率为ρ，配重体顶面的初始高程为h0，第一电流计测得初始电流为I1，地下水初始密度为a；当水位高程变化至H时，第一电阻接入电路的长度变化至L1＇，当前电阻率为ρ＇，第一电流计测得当前电流为I1＇，地下水当前密度为a＇；第一电阻的横截面积为S1，电源模块的电压为U，钢丝绳、感应管、配重体三部分的重力为G，第一圆柱弹簧的劲度系数为k1，重力加速度为g，配重体的体积为V，感应管的横截面积为S＇，设第一绝缘硬板下方未加挂钢丝绳、感应管、配重体时第一电阻接入电路的长度为L0，则：
[0021]U/I1＝(ρL1)/S1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1)
[0022]U/I1＇＝(ρ＇L1＇)/S1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2)
[0023]G
‑
agV
‑
agS＇(H0‑
h0)＝k1(L0‑
L1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3)
[0024]G
‑
a＇gV
‑
a＇gS＇{H
‑
[h0+(L1＇
‑
L1)]}＝k1(L0‑
L1＇)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
4)
[0025]由公式1)得出：
[0026]L1＝(US1)/(ρI1)5)
[0027]由公式2)得出：
[0028]L1＇＝(US1)/(ρ＇I1＇)6)
[0029]由公式3)和公式4)得出：
[0030]H＝[1+k1/(a＇gS＇)](L1＇
‑
L1)+h0+[(a
‑
a＇)/a](V/S＇)+(a/a＇)(H0‑
h0)7)
[0031]将公式5)和公式6)代入公式7)，得出：
[0032]H＝[1+k1/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电阻式水位监测装置，其特征在于，包括设置在地面上的监测分析模块、水位测量模块、密度测量模块和电源模块；所述监测分析模块包括处理器；水位测量模块包括竖直设置的第一电阻、位于所述第一电阻一侧的第一圆柱弹簧和第一电流计，所述第一圆柱弹簧竖直设置，第一圆柱弹簧的底部固定，第一圆柱弹簧的顶部设置有第一绝缘硬板，所述第一绝缘硬板上设置有第一导电件，所述第一导电件一侧与第一电阻外壁滑动接触，第一电阻的一端、第一导电件的另一侧和所述第一电流计通过导线与所述电源模块串联，第一电流计与处理器电性连接；第一绝缘硬板下方设置有整体为密封结构的感应管，所述感应管顶部通过钢丝绳穿过第一圆柱弹簧中部与第一绝缘硬板下表面连接；水位测量模块还包括电阻误差测量模块，电阻误差测量模块包括第二电阻和与所述处理器电性连接的第二电流计，所述第二电阻和第二电流计与所述电源模块串联；第二电阻与第一电阻并联；所述密度测量模块包括竖直设置的第三电阻、位于所述第三电阻一侧的第二圆柱弹簧和第三电流计，所述第二圆柱弹簧竖直设置，第二圆柱弹簧的底部固定，第二圆柱弹簧的顶部设置有第二绝缘硬板，所述第二绝缘硬板上设置有第二导电件，所述第二导电件一侧与第三电阻外壁滑动接触，第三电阻的一端、第二导电件的另一侧和所述第三电流计通过导线与电源模块串联，第三电流计与处理器电性连接；第二绝缘硬板的下方设置有参考体，所述参考体通过钢丝绳穿过第二圆柱弹簧中部与第二绝缘硬板下表面连接，参考体设置于被监测点常年最低水位线下；第三电阻分别与第一电阻和第二电阻并联。2.根据权利要求1所述的一种电阻式水位监测装置，其特征在于，还包括与处理器电性连接的通信模块；当所述感应管的密度大于地下水的密度时，感应管的底部无需配重体，当感应管密度小于地下水密度时，感应管的底部固定设置有配重体；参考体的密度大于地下水的密度。3.根据权利要求1所述的一种电阻式水位监测装置，其特征在于，还包括设置于地表上的安装架，所述安装架上设置有安装平台，所述监测分析模块、水位测量模块、密度测量模块和电源模块均设置于所述安装平台上；所述第一圆柱弹簧和第二圆柱弹簧的底端均与安装平台固定连接。4.根据权利要求2所述的一种电阻式水位监测装置，其特征在于，所述配重体的密度大于地下水的密度，配重体的顶部呈小端朝上的圆锥结构或圆端朝上半球形结构，参考体为圆球形或顶部为圆锥形。5.根据权利要求4所述的一种电阻式水位监测装置，其特征在于，所述感应管的底端与所述配重体的顶部表面螺纹密封连接。6.根据权利要求1～5任一所述的一种电阻式水位监测装置，其特征在于，所述第一电阻、第二电阻和第三电阻为相同材质电阻。7.根据权利要求1～6任一所述的一种电阻式水位监测装置的水位计算方法，其特征在于，设电阻式水位监测装置安装时地下水位初始高程为H0，第一电阻接入电路的初始长度为L1，初始电阻率为ρ，配重体顶面的初始高程为h0，第一电流计测得初始电流为I1，地下水初始密度为a；当水位高程变化至H时，第一电阻接入电路的长度变化至L1＇，当前电阻率为ρ＇，第一电流计测得当前电流为I1＇，地下水当前密度为a＇；第一电阻的横截面积为S1，电源
模块的电压为U，钢丝绳、感应管、配重体三部分的重力为G，第一圆柱弹簧的劲度系数为k1，重力加速度为g，配重体的体积为V，感应管的横截面积为S＇，设第一绝缘硬板下方未加挂钢丝绳、感应管、配重体时第一电阻接入电路的长度为L0，则：U/I1＝(ρL1)/S1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1)U/I1＇＝(ρ＇L1＇)/S1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2)G
‑
agV
‑
agS＇(H0‑
h0)＝k1(L0‑
L1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
3)G
‑
a＇gV
‑
a＇gS＇{H
‑
[h0+(L1＇
‑
L1)]}＝k1(L0‑
L1＇)
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4)由公式1)得出：L1＝(US1)/(ρI1)
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5)由公式2)得出：L1＇＝(US1)/(ρ＇I1＇)
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6)由公式3)和公式4)得出：H＝[1+k1/(a＇gS＇)](L...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭淋耘，秦文波，马飞，方欢，向强，卢玲，潘勇，
申请(专利权)人：重庆市地质灾害防治中心，
类型：发明
国别省市：