声波测量水文地质长观孔内水位的装置及方法与流程

本发明涉及一种声波测量水文地质长观孔内水位的装置及方法。

背景技术：

当前水文地质长观孔内水位的测量一般采用以下方式：

人工测绳测量法：该方法是通过一段带有刻度的细硬质电线放入观测孔中，当电线接触水面时(通过测量电线于大地之间的通断来确定电线是否到达水面)，观察放入电线的长度来测量水深。其观测间隔时间一般较长，受人员等条件的限制观测数据的密度十分有限，无法达到及时、快速、有效地获取地下水动态监测数据的要求，而且实际操作时不同的人员会得出不同的读数；即使每次都是同一人员去测量，同一段时间内测量几次也会因每次测量时电线受管壁的影响会有不同的变形，得出不同的测量结果。所以该法很难满足当前及时、快速、有效地获取地下水动态监测数据的要求。

水压测量法：如图1所示，该方法是通过一个放置在水文地质长观孔A内的压力传感器C来测量水压，通过水压变化来计算水位的变化，并在水位显示设备B上显示。此法通过配合当前的电子通讯技术能够满足当前及时、快速、有效地获取地下水动态监测数据的要求，但存在一下缺点：

a.压力传感探头，会因为堵塞而影响测量精度，甚至损坏。

b.会因信号传输电缆的热胀冷缩、疲劳拉伸等影响精度甚至因为电缆脆断而堵塞井口。

c.安装麻烦、需要多人合作才能完成，且会因人为因素如线缆的丈量误差而影响水位测量的精度。

d.测量范围小，受电缆的影响测量范围一般在200米左右。

e.测量水位的变化范围小，受压力传感器的工艺和生产技术的限制在保证一定精度的情况下最大可达50米左右。

f.维护复杂，如传感器损坏则需要多人才可完成更换。

综上所述，现有的测量方法已经越来越不能满足当前快速高效的生产生活的需要了，新方法的出现已经迫在眉睫了。声波测距早在很多年以前就出现了，却一直没有成功应用于水文地质长观孔内水位的观测领域。

技术实现要素：

为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种测量方便准确，维护方便的声波测量水文地质长观孔内水位的装置及方法。

本发明是通过以下措施实现的：

本发明的一种声波测量水文地质长观孔内水位的装置，包括外壳，所述外壳内设置有供电电池和微处理器，外壳底部设置有与微处理器信号连接并用于向水文地质长观孔内下方发射声波信号的声波发射器，外壳下方设置有三个均与微处理器信号连接且高度不同的声波采集器，所述声波采集器用于接收由声波发射器发出的声波信号并转换成电信号传送给微处理器，所述微处理器连接有计时模块和外围设备，所述计时模块用于记录声波采集器收到声波信号的时间，所述外围设备包括显示器，微处理器用于根据声波信号频率和计时模块记录的时间计算出声波传送的距离。

上述外壳下方竖直连接有支撑杆，三个声波采集器安装在支撑杆上的不同高度。

本发明声波测量水文地质长观孔内水位的装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤1，将三个声波采集器从高到低依次标定为声波采集器I、声波采集器II和声波采集器III，声波采集器II和声波采集器III之间的高度差设定为L1，然后将声波发射器和三个声波采集器放置在水文地质长观孔的孔口内；

步骤2，微处理器控制声波发射器首次向水文地质长观孔内下方发射声波信号，当声波采集器II首次接收到声波信号时计时模块开始计时，当声波采集器III首次接收到声波信号时计时模块结束计时，记录该段时间长度为T1，然后微处理器计算出当前环境下声波传送的速度C，其中C＝L1÷T1；

步骤3，微处理器控制声波发射器再次向水文地质长观孔内下方发射声波信号，当声波采集器I首次接收到声波信号时计时模块开始计时，当声波采集器I首次接收到声波信号时计时模块结束计时，记录该段时间长度为T2，然后微处理器计算出当前环境下声波传送距离L2，

其中L2＝C×T2；最终计算出水文地质长观孔内水面与声波采集器I距离为L3，L3＝L2÷2，微处理器将计算出的数据实时显示在显示屏上。

上述声波发射器发射的声波的波长大于水文地质长观孔的直径，并且声波中加入信标。

分别计算出水文地质长观孔内水面与声波采集器II和声波采集器III之间的距离L4和L5，计算L4和L5之间的差值，对L1进行误差校正。

本发明的有益效果是：1、非接触式测量方式，尤其擅长测深井的液位；2、无线式测量，不会因为电缆的热胀冷缩、疲劳拉伸等影响精度；3、无线式测量，安装方便、单人即可操作；4、测量范围大，最大可到1000米；5、测量水位的变化范围大，最大可达800米；6、维护方便，单人即可操作；7、生产和维护费用低。

附图说明

图1为现在的装置结构示意图。

图2为本发明的结构示意图。

其中：A水文地质长观孔，B水位显示设备，C压力传感器，D水面，1外壳，2声波发射器，3声波采集器I，4声波采集器II，5声波采集器III。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述：

如图2所示，本发明的一种声波测量水文地质长观孔内水位的装置，包括外壳1，外壳1内设置有供电电池和微处理器，外壳1底部设置有与微处理器信号连接并用于向水文地质长观孔内下方发射声波信号的声波发射器2，外壳1下方设置有三个均与微处理器信号连接且高度不同的声波采集器，声波采集器用于接收由声波发射器2发出的声波信号并转换成电信号传送给微处理器，微处理器连接有计时模块和外围设备，计时模块用于记录声波采集器收到声波信号的时间，外围设备包括显示器，微处理器用于根据声波信号频率和计时模块记录的时间计算出声波传送的距离。外壳1下方竖直连接有支撑杆，三个声波采集器安装在支撑杆上的不同高度。

本发明声波测量水文地质长观孔内水位的装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤1，将三个声波采集器从高到低依次标定为声波采集器I 3、声波采集器II 4和声波采集器III 5，声波采集器II 4和声波采集器III 5之间的高度差设定为L1，然后将声波发射器2和三个声波采集器放置在水文地质长观孔的孔口内；

步骤2，微处理器控制声波发射器2首次向水文地质长观孔内下方发射声波信号，当声波采集器II 4首次接收到声波信号时计时模块开始计时，当声波采集器III 5首次接收到声波信号时计时模块结束计时，记录该段时间长度为T1，然后微处理器计算出当前环境下声波传送的速度C，其中C＝L1÷T1；

步骤3，微处理器控制声波发射器2再次向水文地质长观孔内下方发射声波信号，当声波采集器I 3首次接收到声波信号时计时模块开始计时，当声波采集器I 3首次接收到声波信号时计时模块结束计时，记录该段时间长度为T2，然后微处理器计算出当前环境下声波传送距离L2，其中L2＝C×T2；最终计算出水文地质长观孔内水面D与声波采集器I 3距离为L3，L3＝L2÷2，微处理器将计算出的数据实时显示在显示屏上。

用于测量的声波频率很低错过了一个波长就能产生很大的误差，不能用于精确测量，为使该声波能够实现精确测量就要在一个波长内定位，就需要在一串声波里加入信标(调相点或调频点)，使得该声波能够用于精确测量。一般声波发射器2发射的声波的波长大于水文地质长观孔的直径。

分别计算出水文地质长观孔内水面与声波采集器II 4和声波采集器III 5之间的距离L4和L5，计算L4和L5之间的差值，对L1进行误差校正，以提高测量精度。

以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本专利的保护范围。