一种精确测量地下水位的装置及方法与流程

本发明属于地质灾害监测、防止领域，是一种精确测量地下水位的装置及方法。

背景技术：

由中国地质大学(武汉)刘毅等人申报的“一种简易地下水位测量装置及测量方法”(申请公开号：CN105004400 A)中，其方法是将万用表的正负表笔固定在重块两侧，万用表的负表笔与导线连接，导线另一端与万用表连接。测量地下水位时，通过导线将万用表的正负表笔放入井下，同时观察万用表正负表笔之间的电阻变化。当万用表正负表笔未接触地下水时，万用表正负表笔之间的电阻应该为无穷大，当万用表正负表笔接触地下水时，万用表正负表笔之间的电阻应该马上变小。此时记录下导线放入井下的长度，即可获得地下水位的深度。

该测量方法在实际应用中存在以下不足：一是由于重块较细，当遇到钻孔陡倾角裂隙发育时，重块易卡在裂隙处；二是当遇到钻孔某深度处有裂隙水涌出时，会引起万表用指针偏转，从而造成误判；三是在对深井测试时，重块在下放过程中易产生晃动，使万用表正负表笔沾上粘土后，电阻发生变化，而造成误判；四是测试数据不能保存，技术人员无法对测试结果的准确性进行后续复核和校正；五是测试过程全凭测试人员根据经验进行判断，精度不高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种精确测量地下水位的装置及方法，旨在解决现有地下水位测量结果不准确的问题。

本发明是这样实现的，一种精确测量地下水位的装置，该装置包括采集器、2根井中电极、深度传感器、地表电极以及电缆；

所述深度传感器以及地表电极分别与采集器的深度传感器信号输入端以及地表电极信号输入端导线连接；所述井中电极传感器与采集器的井中电极信号输入端电缆连接；所述采集器包括报警模块以及数据处理模块；其中，

所述报警模块，用于井中电极传感器与地下水面接触时启动报警；

所述深度传感器，用于实时监测随水位电极传感器下放于井中时电缆的下放深度；

所述数据处理模块，用于采集2根井中电极之间的电阻、地表电极与每个井中电极之间的电阻以及电缆下放深度，并根据采集结果计算出准确的地下水位深度。

优选地，所述装置还包括三脚架；其中，所述深度传感器固定在三脚架顶端，所述电缆绕在三脚架滚轮上。

优选地，所述装置还包括绝缘材料制成的保护罩，所述保护罩表面均布有透水孔；其中，所述保护罩内固定有所述2根井中电极。

优选地，所述采集器还包括设于内部的记录模块和储存模块，所述记录模块、储存模块均与数据处理模块相连接；其中，所述记录模块用于各传感器的记录测量过程，所述储存模块用于保存各传感器的测量数据以及数据处理模块的计算结果。

优选地，所述深度传感器设有调整零模块；所述调整零模块，用于将深度传感器采集的深度数据归零。

优选地，所述报警模块为声报警和光报警一种或组合；其中，所述报警设定为当2根井中电极之间的电阻、地表电极与每个水位电极传感器之间的电阻同时低于预定值时报警。

一种精确测量地下水位的方法，通过上述精确测量地下水位的装置进行测量，该方法包括以下步骤：

S1、将深度传感器置于井口，将地表电极插入井口旁地表下；

S2、将2根井中电极连接电缆后下放到井中，在所述井中电极底端位于井口时，将深度传感器调零；

S3、启动采集器，慢慢将2根井中电极的探头往井中下放，并观察数据采集情况和报警情况；

S4、通过采集器采集所述2根井中电极之间的电阻、地表电极与2根井中电极之间的的电阻和深度传感器的读数，来准确的计算出地下水位深度。

优选地，所述步骤S1还包括：将三角架安装于井口，并将深度传感器安放于三角架上；

步骤S2中，所述电缆绕在三脚架滚轮上。

本发明提供了一种精确测量地下水位的装置及方法。在本发明中，2根井中电极的探头在未接触到水的时，2根电极之间、地表电极和井中电极之间的电阻非常高，一般达几千Ω，甚至更高；若2根井中电极的探头在接触到水的时，2跟电极之间、地表电极和井中电极之间的电阻非常地，一般100Ω左右，甚至更低，通过数值大小的变化或者曲线的拐点来判断探头是否进入水中。该发明在地面增加测量电极主要是在2根井中电极在未进入水时探头中被泥土、金属等物体短路后，其电阻均非常低，若仅通过2根井电极的电阻大小来判断，很容易误判；即使2根井中电极的探头中的电极若被泥土、金属等物体短路，但通过增加测量2根井中电极(1根或2根均可)电极与地表电极的电阻大小，仅当2根井中电极进入水后其电阻才会明显变低，保证了水位测试的准确、可靠。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明利用井中2根井中电极之间的电阻、地表电极与井中水位电极传感器间的电阻综合起来判断，则大大提高了准确性。

(2)本发明通过在2根井中电极外面加了一个保护罩，有效防止钻孔孔壁的裂隙水或泥土造成两个电极短路。

(3)本发明利用深度传感器记录探头的深度，且探头在任何位置时均可对探头进行调零，以便进行微调。

(4)本发明采集器可以对井中2根井中电极的深度、井中2根井中电极的电阻、地表电极与井中2根井中电极的电阻等参数进行保存，便于室内技术人员对水位进行校核，大大保证了对水位判断的准确性。

(5)本发明电缆与电极采用防水处理，主体材料采用橡胶或其他绝缘材料，电缆接头处应进行密封处理，防止水渗入绝缘层。

(6)本发明采集器设有声报警系统，当2根井中电极之间的电阻和地表电极与井中水位电极传感器的电阻同时小于某一设定值(如：100Ω)时，则启动声报警，以提醒测试人员注意探头已到水位附近，请人工判断准确的位置。

附图说明

图1是本发明精确测量地下水位的装置工作状态下的结构示意图；

图2是本发明装置中采集器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明精确测量地下水位的装置工作状态下的结构示意图；图2是本发明装置中采集器的结构示意图。

一种精确测量地下水位的装置，该装置包括采集器1、2根井中电极2、深度传感器3、地表电极4以及电缆5；

如图2所示，所述采集器1表面设有一对井中电极信号输入端1-1、一个地表电极信号输入端1-2和一个深度传感器信号输入端1-3，且所述采集器1内部设有报警模块1-4以及数据处理模块1-5；所述井中电极信号输入端1-1、地表电极信号输入端1-2、深度传感器信号输入端1-3以及报警模块1-4均与数据处理模块1-5电信号连接；

所述深度传感器3以及地表电极4分别与采集器1的深度传感器信号输入端1-3以及地表电极信号输入端1-2屏蔽电缆线连接；所述2根井中电极2与采集器1的井中电极信号输入端1-1电缆5连接；其中，

所述报警模块1-4，用于水位电极传感器与地下水面接触时启动报警；

所述深度传感器3，用于实时监测随水位电极传感器下放于井8中时电缆5的下放深度；

所述数据处理模块1-5，用于采集2根井中电极2之间的电阻、地表电极4与每个水位电极传感器2之间的电阻以及电缆5下放深度，并根据采集结果计算出准确的地下水位深度。

在本发明实施例中，所述报警模块1-4为声报警和光报警一种或组合；其中，所述报警设定为当2根井中电极2之间的电阻、地表电极4与每个水位电极传感器2之间的电阻同时低于预定值时报警。

本发明电缆5与各传感器采用防水处理，主体材料采用橡胶或其他绝缘材料，电缆5接头处应进行密封处理，防止水渗入绝缘层。

在此基础上，本发明提供了一种精确测量地下水位的方法，包括以下步骤：

S1、将深度传感器3置于井口，将地表电极4插入井口旁地表下；

S2、将2根井中电极2连接电缆5后下放到井中，在所述井中电极2底端位于井口时，将深度传感器3调零；

S3、启动采集器1，慢慢将2根井中电极2的探头往井中下放，并观察数据采集情况和报警情况；

S4、通过采集器1采集所述2根井中电极2之间的电阻、地表电极4与2根井中电极2之间的的电阻和深度传感器3的读数，来准确的计算出地下水位深度。

在本发明的实际应用过程中，通过将2根井中电极2连接电缆5后下放到井8中，将深度传感器3固定在井8口正上方，将地表电极4插入到井8口旁的地表下。当2根井中电极2刚浸入到井8口水位下时，采集器1所采集到的2根井中电极、井中电极和地表电极之间的电阻小于预定的报警电阻时，并控制报警模块1-4启动报警，以提醒测试人员注意探头已到水位附近，请人工判断准确的位置。工作人员得到报警信号后停止下放2根井中电极2。与此同时，通过深度传感器3检测电缆5的下放深度，并结合地表电极4测量其与每个水位电极传感器2之间的电阻来复核探头是否真正进行地下水。

此时，采集器1读取所述2根井中电极2之间的电阻、下放深度以及地表电极4与每个水位电极传感器2之间的电阻，通过对电缆长度、2根井中电极之间的电阻和地表电极与每个水位电极传感器之间的电阻大小的变化或深度-电阻曲线的拐点来的综合分析，以获得准确的地位水位深度。

本发明主要利用到空气是电的绝缘体、水和大地是电的导体，通过对电极间的电阻在空气和水中不同的值进行判断，在测量时，不仅测量放入井8下的2根井中电极2之间的电阻，而且也测量地表电极4与2根井中电极2之间的电阻；其中，若2根井中电极2在下井8过程中遇水或粘上井8中的泥土，则采集器1测试到2根井中电极2之间的电阻值就很低；若仅是2根井中电极2因被泥土相连而短路，则地表电极4与2根井中电极2之间的电阻仍然为无穷大∞，利用井8中2根井中电极2之间的电阻、地表电极4与井8中2根井中电极2间的电阻综合起来判断，则大大提高了准确性。

此外，本发明利用深度传感器3记录2根井中电极2的深度，且2根井中电极2在任何位置时均可对当前探测深度进行调零，通过采集器1记录到的深度可随时了解探头所在的位置，根据需要随时进行重新计算，相比直接通过卷尺或皮尺来量取更加准确、方便，同时将探头的深度和相关电阻都信息全部被采集器1记录下来，便于生成深度-电阻曲线，使综合判断地下水位的深度更加快捷、准确。

在进一步的实施过程中，为便于操作，在本发明实施例中，上述精确测量地下水位的装置还包括三脚架6；其中，所述深度传感器3安放于三角架6上，所述电缆5绕在三脚架6滚轮上。

测量时，将三脚架6架设在井8口上，与水位电极传感器2连接的电缆5绕过井8口三脚架6顶端的滑轮将水位电极传感器2放入井8下。

在进一步的实施过程中，为保证水位电极传感器2测量数据的准确性，在本发明实施例中，上述精确测量地下水位的装置还包括保护罩7，保护罩7表面均布有透水孔；其中，所述保护罩7内固定有所述2根井中电极2。

在本发明实施例中，保护罩7的作用是防止2根井中电极2晃动时与井8壁接触而粘上泥土，或落入井8壁的裂隙内，影响测量进程和测量精度；保护罩7采用强度较高的绝缘材料制成；保护罩7内设有固定水位电极传感器2的沟槽，以确保两电极之间的间距始终不变，防止两电极短路。

在进一步的实施过程中，更具体的，为便于技术人员进行后续分析，上述采集器1还包括设于内部的记录模块1-6和储存模块1-7，所述记录模块1-6、储存模块1-7均与数据处理模块1-5电连接；其中，所述记录模块1-6，用于各传感器的记录测量过程；所述储存模块1-7用于保存各传感器的测量数据以及数据处理模块1-5的计算结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。