自清洗液位测量仪及其系统的制作方法

本发明涉及地下液位测量技术领域，尤其涉及一种自清洗液位测量仪及其系统。

背景技术：

草原区第四系表土较厚；由此，大多数钻孔和钻井都存在一个共同的工程问题：成井后需要精细洗井从而彻底排出成井时淤积在井内的泥浆，以防止或者避免井内的泥浆堵塞、影响置入井中工作的如水位仪等水文观测设备的正常工作。

水文井套管置入、设备监测工作和日后维护时，由于受地下含水层水动力影响，井底仍会出现泥沙、砾石和淤积物。置入井中工作的水位仪等水文观测设备的开放腔中可能会被泥沙、砾石和淤积物等堵塞，甚至出现淤积于设备开放腔中的泥沙砾石压迫水位仪的压力传感器的现象，导致水位仪的压力传感器上传水压数值中有一部分是泥沙压力值，进而使水位仪检测的液位值为伪数据，影响了正常的水文监测和科学研究。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供自清洗液位测量仪，以解决现有技术中存在的泥沙、砾石等淤积物造成测量数据失真的技术问题。

本发明的目的还在于提供自清洗液位测量系统，以解决现有技术中存在的泥沙、砾石等淤积物造成测量数据失真的技术问题。

基于上述第一目的，本发明提供的自清洗液位测量仪，包括液位测量装置和自清洗装置；

所述自清洗装置设置有与所述液位测量装置接触的透液腔；所述透液腔用于与观测井内的液体连通，以使所述液位测量装置检测所述观测井的液位；

所述自清洗装置能够将所述透液腔内的淤积物排出。

进一步地，所述自清洗装置包括自清洗外壳、驱动电机和电刷；所述自清洗外壳与所述液位测量装置连接；所述自清洗外壳的壳腔包括所述透液腔；

所述驱动电机与所述自清洗外壳连接，且所述驱动电机驱动连接所述电刷，以使所述透液腔内的淤积物排出。

进一步地，所述驱动电机可拆装的固定设置在所述自清洗外壳的壳腔内，所述透液腔设置在所述驱动电机与所述液位测量装置之间；所述电刷设置在所述透液腔内部。

进一步地，所述自清洗外壳设置有限位凹槽，所述驱动电机的固定端设置有与所述限位凹槽相应的限位结构；所述限位凹槽和/或所述限位结构沿所述驱动电机的转动轴的轴向延伸；

所述电刷的刷毛的数量为多排，多排所述刷毛绕所述驱动电机的转动轴呈螺旋形；

所述刷毛与所述自清洗外壳间隔设置。

进一步地，所述自清洗外壳的壳壁上设置有至少一个透液孔；所述透液孔贯穿所述自清洗外壳的壳壁的内表面与外表面；

所述电刷的刷毛与所述自清洗外壳的壳壁间隔设置；

沿所述驱动电机转动轴的轴向，所述透液孔设置在所述电刷与所述液位测量装置之间。

进一步地，所述驱动电机内设置有蓄电池，和/或所述驱动电机与所述液位测量装置的控制器电连接。

进一步地，所述驱动电机与所述液位测量装置的控制器电连接时，所述自清洗外壳的壳壁依次包括第一自清洗导电层、自清洗绝缘层和第二自清洗导电层；所述第一自清洗导电层和所述第二自清洗导电层通过所述自清洗绝缘层绝缘；

所述驱动电机与所述液位测量装置的控制器通过所述第一自清洗导电层和所述第二自清洗导电层电连接；

所述第一自清洗导电层和所述第二自清洗导电层外设置有绝缘层。

进一步地，所述驱动电机与所述液位测量装置的控制器电连接时，所述自清洗外壳的壳壁包括自清洗绝缘层；所述自清洗绝缘层上设置有第一自清洗导电条和第二自清洗导电条；所述第一自清洗导电条和所述第二自清洗导电条之间绝缘；

所述驱动电机与所述液位测量装置的控制器通过所述第一自清洗导电条和所述第二自清洗导电条电连接；

所述第一自清洗导电条和所述第二自清洗导电条外设置有绝缘层。

进一步地，所述的自清洗液位测量仪还包括与所述液位测量装置电连接的线缆；当所述自清洗液位测量仪在观测井内，所述自清洗液位测量仪的最底面与观测井井口之间的距离为h；沿所述自清洗液位测量仪的轴向，所述液位测量装置的高度为h1，所述自清洗装置的高度为h2；

h1与h之间的关系为：

当h≤50m时，h1的范围为4cm-6cm；

当h>50m且h1≤20cm时，h1＝h×a⁰/000，a的范围为8-10；

h1与h2之间的关系为：

所述液位测量装置与所述线缆连接的承载端的直径为d1，d1与h和h1之间的关系为：

当h≤100m时，d1的范围为0.4cm-0.6cm；

当h>100m且d1≤1.5cm时，d1＝bh1，b的范围为0.05-0.2；

所述自清洗外壳的透液孔为矩形，所述透液孔沿所述自清洗液位测量仪轴向的长为h1，宽为t；所述自清洗外壳的外径为d2，所述自清洗外壳的内径为d0；沿所述自清洗液位测量仪的轴向，所述透液孔与所述自清洗液位测量仪的最底面之间的距离为h2，所述电刷的高度为h3；

t与d2的关系为：t＝cd2，c的范围为0.15-0.35；

h1与h2的关系为：h1＝eh2，e的范围为0.2-0.6；

h1与t的关系为：

h3与h1之间的关系为：h3＝gh1，g的范围为：1.0<g<1.2；

所述自清洗液位测量仪的最底面与观测井的液面之间的距离为h0，所述驱动电机的清洗周期为t，所述驱动电机的清洗时间为t，所述驱动电机的功率为w；所述电刷的刷毛沿所述自清洗液位测量仪的轴向延伸，所述电刷的刷毛密度为ρ，所述电刷的每排刷毛的根数为a，所述电刷的每排刷毛的曲率为q，关系式为：

ρ＝a/h3；

清洗效果∝t+t+w；

q∝h0；

所述自清洗液位测量仪定期进行校正的方法为：令所测不同时间的h0设为hi，当q大于0.8s时进行校正；关系式为：

式中，s为因变量h0的总离差平方和，u为回归平方和，q为残差平方和；为一元回归方程的回归值；为i＝1至i＝n时hi的算术平均值。

基于上述第二目的，本发明提供的自清洗液位测量系统，包括控制终端和自清洗液位测量仪；所述自清洗液位测量仪与所述控制终端电连接。

本发明提供的自清洗液位测量仪，包括液位测量装置和自清洗装置，通过自清洗装置将透液腔内的淤积物排出，以使液位测量装置检测观测井的液位更加准确，避免泥沙、砾石等淤积物压迫液位测量装置的压力传感器而造成测量数据失真。

本发明提供的自清洗液位测量系统，包括控制终端和自清洗液位测量仪，具有自清洗液位测量仪检测观测井的液位更加准确的优点，能够避免泥沙、砾石等淤积物压迫液位测量装置的压力传感器而造成测量数据失真。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明实施例一提供的自清洗液位测量仪的主视图；

图2为图1所示的自清洗液位测量仪的爆炸图；

图3为本发明实施例一提供的自清洗液位测量仪的使用状态示意图；

图4为本发明实施例一提供的自清洗液位测量仪的自清洗装置的主视图；

图5为本发明实施例一提供的自清洗液位测量仪的自清洗外壳的主视图；

图6为图5所示的自清洗外壳的立体图；

图7为本发明实施例一提供的自清洗液位测量仪的驱动电机和电刷的立体图；

图8为图7所示的驱动电机和电刷的主视图；

图9为本发明实施例一提供的自清洗液位测量仪的自清洗外壳的壳壁的截面图；

图10为本发明实施例一提供的自清洗液位测量仪的自清洗外壳的另一壳壁的截面图。

图标：110-液位测量装置；130-自清洗装置；131-自清洗外壳；1311-第一自清洗导电层；1312-自清洗绝缘层；1313-第二自清洗导电层；1314-第一自清洗导电条；1315-第二自清洗导电条；1316-限位凹槽；132-驱动电机；133-电刷；1331-刷毛；134-透液腔；135-透液孔；140-线缆；150-观测井。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

参见图1-图10所示，本实施例提供了一种自清洗液位测量仪；图1为本实施例提供的自清洗液位测量仪的主视图；图2为图1所示的自清洗液位测量仪的爆炸图；图3为本实施例提供的自清洗液位测量仪的使用状态示意图；图4为本实施例提供的自清洗液位测量仪的自清洗装置的主视图，也即图中隐藏了液位测量装置；图5为本实施例提供的自清洗外壳的主视图；图6为图5所示的自清洗外壳的立体图；图7为本实施例提供的驱动电机和电刷的立体图；图8为图7所示的驱动电机和电刷的主视图；图9和图10为本实施例提供的自清洗装置的自清洗外壳的壳壁的截面图。

参见图1-图10所示，本实施例提供的自清洗液位测量仪，适用于水文井的液位监测，尤其适用于草原区等具有泥沙、砾石等淤积物的水文观测井150的液位监测。

所述自清洗液位测量仪包括液位测量装置110和自清洗装置130；可选地，液位测量装置110和自清洗装置130固定连接，可选地，液位测量装置110和自清洗装置130可拆装的固定连接；可选地，液位测量装置110和自清洗装置130螺接。

自清洗装置130设置有与液位测量装置110接触的透液腔134；透液腔134用于与观测井150内的液体连通，以使液位测量装置110检测观测井150的液位；

自清洗装置130能够将透液腔134内的淤积物排出，以使自清洗液位测量仪实现自清洗。

本实施例中所述自清洗液位测量仪，包括液位测量装置110和自清洗装置130，通过自清洗装置130将透液腔134内的淤积物排出，以使液位测量装置110检测观测井150的液位更加准确，避免泥沙、砾石等淤积物压迫液位测量装置110的压力传感器而造成测量数据失真。

可选地，液位测量装置110和自清洗装置130同轴设置，以简化自清洗液位测量仪的结构。可选地，液位测量装置110和自清洗装置130的形状例如可以分别为矩形柱、圆柱形、椭圆形柱或者其他形状；优选地，液位测量装置110和自清洗装置130的形状均为圆柱形，进一步地，液位测量装置110和自清洗装置130为横截面直径相等的圆柱形。

参见图2、图4-图8所示，本实施例的可选方案中，自清洗装置130包括自清洗外壳131、驱动电机132和电刷133；自清洗外壳131与液位测量装置110连接；可选地，驱动电机132的全部或者部分设置于自清洗外壳131内部，电刷133的全部或者部分设置于自清洗外壳131内部；可选地，驱动电机132和电刷133均设置于自清洗外壳131内部。可选地，自清洗外壳131的壳腔包括透液腔134；也即透液腔134是自清洗外壳131的壳腔的一部分或者全部；优选地，透液腔134是自清洗外壳131的壳腔的一部分，驱动电机132和电刷133均设置于自清洗外壳131的壳腔内。

驱动电机132与自清洗外壳131连接，且驱动电机132驱动连接电刷133，以使透液腔134内的淤积物排出，以使液位测量装置110检测观测井150的液位更加准确，避免泥沙、砾石等淤积物压迫液位测量装置110的压力传感器而造成测量数据失真。

本实施例的可选方案中，驱动电机132可拆装的固定设置在自清洗外壳131的壳腔内，以使自清洗外壳131支撑连接驱动电机132；透液腔134设置在驱动电机132与液位测量装置110之间；电刷133设置在透液腔134内部，以使电刷133更好地清洗透液腔134内的淤积物，以使液位测量装置110检测观测井150的液位更加准确，避免泥沙、砾石等淤积物压迫液位测量装置110的压力传感器而造成测量数据失真。

自清洗外壳131与驱动电机132之间设置有限位装置，该限位装置用于限制驱动电机132的固定端，避免驱动电机132的固定端绕驱动电机132的转动轴转动。参见图5、图7所示，可选地，驱动电机132的固定端设置有限位凹槽1316，自清洗外壳131设置有与限位凹槽1316相应的限位凸起。

可选地，自清洗外壳131设置有限位凹槽，驱动电机132的固定端设置有与限位凹槽相应的限位结构；限位凹槽和/或限位结构沿驱动电机132的转动轴的轴向延伸；其中，限位结构例如可以为驱动电机132的固定端设置的与限位凹槽相应的限位凸起，还可以为驱动电机132的固定端的外壳为与限位凹槽相应的形状。

参见图7、图8所示，可选地，电刷133包括刷毛1331；电刷133的刷毛1331的数量为多排，多排刷毛1331绕驱动电机132的转动轴呈螺旋形。

刷毛1331与自清洗外壳131的壳壁可以接触，也可以不接触。可选地，刷毛与自清洗外壳间隔设置，以使电刷133在转动时减少与自清洗外壳的壳壁之间的摩擦，其结构更加稳定，可以更好地将泥沙、砾石等淤积物排出。

可选地，液位测量装置110和自清洗外壳131固定连接，可选地，液位测量装置110和自清洗外壳131可拆装的固定连接；可选地，液位测量装置110和自清洗外壳131螺接。

参见图4-图6所示，可选地，自清洗外壳131的壳壁上设置有至少一个透液孔135；透液孔135贯穿自清洗外壳131的壳壁的内表面与外表面。通过透液孔135，便于观测井150内的液体进入透液腔134内，进而便于液位测量装置110检测观测井150的液位。可选地，透液孔135的数量例如可以为两个、三个、四个、六个、八个等等，优选地，透液孔135的数量为四个；进一步地，四个透液孔135的孔心位于同一横截面上，且均设在自清洗外壳131的壳壁的周面。可选地，透液孔135的形状为圆形、矩形、椭圆形、三角形、不规则图形等等；可选地，透液孔135的形状为矩形；进一步地，矩形长的一边沿自清洗液位测量仪的长度方向设置。

可选地，沿驱动电机132转动轴的轴向，透液孔135设置在电刷133与液位测量装置110之间。

本实施例的可选方案中，驱动电机132内设置有蓄电池(图中未显示)，和/或驱动电机132与液位测量装置110的控制器电连接。也就是说，驱动电机132内设置有蓄电池，以通过蓄电池直接供电给驱动电机132；或者，驱动电机132与液位测量装置110的控制器电连接，以通过控制器供电给驱动电机132；或者，驱动电机132内设置有蓄电池，以及驱动电机132与液位测量装置110的控制器电连接。通过蓄电池供电给驱动电机132时，蓄电池具有防水结构，避免观测井150内的液体影响蓄电池的工作；通过控制器供电给驱动电机132时，当控制器的电源为外接电源，可以避免定期更换蓄电池。

参见图9所示，本实施例的可选方案中，驱动电机132与液位测量装置110的控制器电连接时，自清洗外壳131的壳壁依次包括第一自清洗导电层1311、自清洗绝缘层1312和第二自清洗导电层1313；第一自清洗导电层1311和第二自清洗导电层1313通过自清洗绝缘层1312绝缘；第一自清洗导电层1311和第二自清洗导电层1313例如可以分别为铜层、铝层、银层等；自清洗绝缘层1312例如可以为塑料、绝缘涂层、陶瓷层等。

驱动电机132与液位测量装置110的控制器通过第一自清洗导电层1311和第二自清洗导电层1313电连接。也即驱动电机132通过第一自清洗导电层1311和第二自清洗导电层1313供电给液位测量装置110的控制器。

可选地，第一自清洗导电层1311和第二自清洗导电层1313外设置有绝缘层(图中未显示)；通过在第一自清洗导电层1311和第二自清洗导电层1313外设置绝缘层，防止在观测井150内的液体导通第一自清洗导电层1311和第二自清洗导电层1313。

本实施例的可选方案中，驱动电机132与液位测量装置110的控制器电连接方式还可以为下列结构：参见图10所示，自清洗外壳131的壳壁包括自清洗绝缘层1312；自清洗绝缘层1312上设置有第一自清洗导电条1314和第二自清洗导电条1315；第一自清洗导电条1314和第二自清洗导电条1315之间绝缘；第一自清洗导电条1314和第二自清洗导电条1315例如可以分别为铜条、铝条、银条等；自清洗绝缘层1312例如可以为塑料、绝缘涂层、陶瓷层等。

驱动电机132与液位测量装置110的控制器通过第一自清洗导电条1314和第二自清洗导电条1315电连接。也即驱动电机132通过第一自清洗导电条1314和第二自清洗导电条1315供电给液位测量装置110的控制器。

可选地，第一自清洗导电条1314和第二自清洗导电条1315外设置有绝缘层；通过在第一自清洗导电条1314和第二自清洗导电条1315外设置绝缘层，防止在观测井150内的液体导通第一自清洗导电条1314和第二自清洗导电条1315。

参见图3所示，本实施例的可选方案中，所述自清洗液位测量仪包括与液位测量装置110电连接的线缆140；该线缆140例如可以为自清洗液位测量仪供电和/或传输数据，也即为液位测量装置110的控制器供电以及数据信息传递；当自清洗液位测量仪在观测井150内，自清洗液位测量仪的最底面与观测井150井口之间的距离为h，也即自清洗装置130远离液位测量装置110的一端与观测井150井口之间的距离为h；沿自清洗液位测量仪的轴向，液位测量装置110的高度为h1，自清洗装置130的高度为h2，也可以理解为清洗区的高度为h2。

可选地，当h大于50m时，线缆140产生的自然弧度会影响自清洗液位测量仪的下放和使用，为了克服上述现象，可以调整液位测量装置110的高度h1。

h1与h之间的关系为：

当h≤50m时，h1的范围为4cm-6cm；优选地，当h≤50m时，h1＝5cm。

当h>50m且h1≤20cm时，h1＝h×a⁰/000，a的范围为8-10；优选地，a＝9。

可选地，当h1长度等于20cm时，h1值不再随h值的增加而增加。

可选地，h1与h2之间的关系为：

可选地，液位测量装置110与线缆140连接的承载端的直径为d1，也可以理解为液位测量装置110承载端直径为d1。

d1与h和h1之间的关系为：

当h≤100m时，d1的范围为0.4cm-0.6cm；优选地，当h≤100m时，d1＝0.5cm。

当h大于100m时，应增大d1值以使自清洗液位测量仪整体能承受水压和自身与线缆140的抗拉强度；可选地，当h>100m且d1≤1.5cm时，d1＝bh1，b的范围为0.05-0.2；优选地，b＝0.1。

可选地，d1恒不大于1.5cm，也即d1等于1.5cm，d1值不再随h1值的增加而增加，也即不再随h值的增加而增加。

可选地，自清洗外壳131的透液孔135为矩形，透液孔沿自清洗液位测量仪轴向的长为h1，宽为t；自清洗外壳131的外径为d2，自清洗外壳131的内径为d0；沿自清洗液位测量仪的轴向，透液孔与自清洗液位测量仪的最底面之间的距离为h2，电刷133的高度为h3。其中，自清洗液位测量仪轴向也为驱动电机转动轴的轴向。

可选地，t与d2的关系为：t＝cd2，c的范围为0.15-0.35；优选地，c＝0.25。以避免或者减少透液孔135的孔径过小时，透液孔135易受自清洗外壳131内部空气与自清洗外壳131的外部液体压力差所致在透液孔135表面形成带压水，不利于水透过透液孔135进入自清洗外壳131的透液腔。

可选地，h1与h2的关系为：h1＝eh2，e的范围为0.2-0.6；优选地，e＝0.4。

可选地，h1与t的关系为：

可选地，电刷133的高度为h3满足一定条件时，可以保证透水孔上部淤积砂砾在自身重力作用下下沉并被电刷133清洗出；可选地，h3＝gh1，g的范围为：1.0<g<1.2；优选地，g＝1.1。

可选地，自清洗液位测量仪的最底面与观测井150的液面之间的距离为h0，也即自清洗装置130远离液位测量装置110的一端与观测井150的液面之间的距离为h0；驱动电机132的清洗周期为t，驱动电机132的清洗时间为t，驱动电机的功率为w；电刷的刷毛沿自清洗液位测量仪的轴向延伸，电刷的刷毛密度为ρ，电刷的每排刷毛的根数为a，电刷的每排刷毛的曲率为q，电刷的每排刷毛沿驱动电机的转轴呈螺旋状；关系式为：

ρ＝a/h3；

清洗效果∝t+t+w；

q∝h0；

所述自清洗液位测量仪工作效果，也就是自清洗能力，主要指标为驱动电机132功率、驱动电机132的清洗周期t、驱动电机132的清洗时间t、电刷的刷毛密度为ρ和电刷的每排刷毛的曲率为q。

可选地，自清洗液位测量仪定期进行校正的方法为：令所测不同时间的h0设为hi，当q大于0.8s时进行校正；关系式为：

式中，s为因变量h0的总离差平方和，u为回归平方和，q为残差平方和；为一元回归方程的回归值；为i＝1至i＝n时hi的算术平均值。

实施例二

实施例二提供了一种自清洗液位测量系统，该实施例包括实施例一所述的自清洗液位测量仪，实施例一所公开的自清洗液位测量仪的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的自清洗液位测量仪的技术特征不再重复描述。

本实施例提供的自清洗液位测量系统，包括控制终端和自清洗液位测量仪；所述自清洗液位测量仪与所述控制终端电连接；所述控制终端用于接收所述自清洗液位测量仪检测所述观测井的液位等信息。

本实施例中所述自清洗液位测量系统具有实施例一所述自清洗液位测量仪的优点，实施例一所公开的所述自清洗液位测量仪的优点在此不再重复描述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。