压感式河湖底泥厚度测量仪的制作方法

本实用新型涉及河湖清淤工程技术领域，特别涉及一种压感式河湖底泥厚度测量仪。

背景技术：

为改善湖泊的水质，保证河道的正常泄洪能力，我国每年都开展大规模的湖泊、河道清淤工程。每项清淤工程开始前都需要根据河湖淤泥泥性和污染情况，确定清淤深度，计算清淤总量，以便能完全清楚污染的河湖底泥、合理地进行资金投入和人员设备安排。因此，对河湖底泥的厚度进行准确测量是清淤的关键。

现有技术中，采用较为广泛的测量河湖底泥厚度的方法是传统的插竿量测；即将一根长竿插入湖底后拔出，测量出竿上沾有底泥部分的长度，得到所测量区域底泥的厚度。这种方法使用简单，但测量误差较大；一方面因为人为操作难以保证测竿竖直插入湖底，也很难确保测竿插入的深度就是底泥的真正厚度；另一方面测竿在拔起的过程中由于水的冲洗作用会使竿上的部分底泥发生掉落，严重影响测量的准确性，并且完全依靠人力进行工作效率较慢。此外，在一些清淤工程中也出现过声波法等电子类测量仪器，但由于水中的杂质和浑浊介质容易对声波信号造成干扰，致使电子测量仪难以准确测量出底泥的高度，从而很难精确地换算出底泥的厚度。

技术实现要素：

本实用新型提供一种压感式河湖底泥厚度测量仪，解决现有技术中河湖底泥厚度测量精度低，可靠性差，适应能力差的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种压感式河湖底泥厚度测量仪，包括：压力传感结构、加压杆、位移计量结构、驱动结构以及测量控制器；

所述压力传感结构设置在所述加压杆一端；

所述位移计量结构与所述加压杆相连，计量所述加压杆的轴向位移；

所述驱动结构与所述加压杆相连，驱动所述加压杆轴向移动；

所述测量控制器分别与所述压力传感结构和所述位移计量结构相连，获取压力值和轴向位移。

进一步地，所述驱动结构包括：加压杆导向架、进给传动胶轮以及驱动元件；

所述加压杆固定在所述加压杆导向架上，可轴向移动；

所述进给传动胶轮抵靠在所述加压杆侧壁上，与所述加压杆传动相连；

所述驱动元件固定在所述加压杆导向架上，与所述进给传动胶轮传动相连。

进一步地，所述位移计量结构包括：旋转编码器；

所述旋转编码器与所述进给传动胶轮相连，并与所述测量控制器相连。

进一步地，所述进给传动胶轮包括：对称设置在所述加压杆两侧的第一进给传动胶轮和第二进给传动胶轮；

所述第一传进给动胶轮和所述第二进给传动胶轮分别与所述驱动元件传动相连。

进一步地，所述压力传感结构包括：压感头、压力传感器、压力传导结构以及压泥头；

所述压感头固定在所述加压杆底端；

所述压力传感器设置在所述压感头上，并通过所述压力传导结构与所述压泥头相连；

所述压力传感器与所述测量控制器相连。

进一步地，所述压感头内部开设空腔；

所述压力传导结构包括：与所述空腔匹配的压感活塞以及加压活塞；

所述压力传感器设置在所述空腔顶端，所述压感活塞置于所述空腔内抵靠在所述压力传感器上；

所述加压活塞置于所述空腔内，与所述压感活塞间留有间隙；

所述加压活塞通过活塞杆与所述压泥头相连。

进一步地，所述压力传感结构还包括：弹簧；

所述弹簧设置在所述压泥头和所述压感头之间，所述弹簧顶端与所述压感头相连，所述弹簧底端与所述压泥头相连；

所述活塞杆位于所述弹簧内。

进一步地，所述压力传感结构还包括：隔水密封结构；

所述隔水密封结构分别与所述压泥头和所述压感头外侧壁相连。

进一步地，所述隔水密封结构包括：包布、第一包布卡圈以及第二包布卡圈；

所述包布上部通过所述第一包布卡圈压紧在所述压感头外壁上；

所述包布下部通过所述第二包布卡圈压紧在所述压泥头外壁上。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的压感式河湖底泥厚度测量仪，通过驱动结构持续驱动加压杆向底泥层移动，同时通过压力传感结构实时监测加压杆受到的轴向压力，通过位移计量结构实时计量所述加压杆的轴向位移。所述测量控制器获取所述轴向压力和所述轴向位移，并计算所述轴向压力两次大幅突变时的轴向位移的差值，得到底泥厚度，从而实现简便高效的测量操作。同时，针对河湖的水层，泥层分布结构，设置突变阈值，当连续两个轴向压力的差值大于突变阈值的时候，也就是大幅突变时，意味着测量仪的前端由水层进入到泥层或者由泥层进入到不透水层。这两次突变之间行进的距离即为所求的河湖底泥层的厚度。本方案巧妙利用河底水层、泥层以及不透水层的硬度和密度的不同，会对压力传感结构的压力测量值产生影响，在加压杆持续行进中定位可清淤底泥层的起点和终点；并通过位移计量结构持续记录的轴向位移，得到起点和终点间的轴向位移差值，即为底泥厚度，构思巧妙，可靠性高；还可根据实际的河湖底泥状况，灵活设置突变阈值，具备良好的适应能力。

进一步地，通过进给传动胶轮和加压杆导向架的配合，提供稳定可靠的轴向驱动力；通过旋转编码器，计量进给传动胶轮的转动参数，通过测量控制器转换得到加压杆的轴向位移，充分提升了测量精度。

进一步地，通过设置压感头、压力传感器、压力传导结构以及压泥头的轴向压力感应结构，实现压力监测，直接高效；并进一步，通过在压感头内部设置空腔、压感活塞以及加压活塞，建立基于压缩空气的轴向压力传导结构，大幅提升压力传导的灵敏度，从而整体提升测量精度和可靠性。通过设置弹簧限制压泥头的非轴向移动幅度，应对环境因素导致的压泥头摆动，偏向等问题；通过在压泥头和压感头之间设置隔水密封结构，避免水或底泥进入压力传导结构内，保证其工作的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型提供的压感式河湖底泥厚度测量仪结构示意图；

图2为本实用新型提供的压力传感结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种压感式河湖底泥厚度测量仪，解决现有技术中河湖底泥厚度测量精度低，可靠性差，适应能力差的技术问题，达到了提升河湖底泥厚度测量精度，可靠性和适应能力的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1和图2，一种压感式河湖底泥厚度测量仪，包括：压力传感结构2、加压杆5、位移计量结构、驱动结构1以及测量控制器，其中位移计量结构和测量控制器图中未标出。

所述压力传感结构2设置在所述加压杆5一端，跟随所述加压杆5轴向移动，实时监测轴向压力。

所述位移计量结构与所述加压杆5相连，计量所述加压杆5的轴向位移。

所述驱动结构1与所述加压杆5相连，驱动所述加压杆5轴向移动；具体执行厚度测量的驱动操作。

所述测量控制器分别与所述压力传感结构2和所述位移计量结构相连，获取压力值和轴向位移。所述测量控制器根据实际需要可以是计算机或者移动处理终端等。

下面将具体介绍测量仪的结构和工作过程。

所述驱动结构1包括：加压杆导向架4、进给传动胶轮3以及驱动元件；其中所述驱动元件图中未标出。

所述加压杆5固定在所述加压杆导向架4上，可轴向移动。

所述进给传动胶轮3抵靠在所述加压杆5的侧壁上，与所述加压杆5 传动相连；即通过所述进给传动胶轮3的转动，向所述加压杆5施加轴向驱动力。

优选的是，可以在加压杆5和进给传动胶轮3间设置粗糙接触面，增大防滑性能，提升轴向力的施加效率，提升轴向位移的测量可靠性。

所述驱动元件固定在所述加压杆导向架4上，与所述进给传动胶轮3 传动相连。

具体来说，所述位移计量结构包括：旋转编码器；所述旋转编码器与所述进给传动胶轮3相连，并与所述测量控制器相连。即，通过旋转编码器记录进给传动胶轮3的旋转圈数，转化得到加压杆5的轴向位移。

具体来说，所述进给传动胶轮3包括：对称设置在所述加压杆5两侧的第一进给传动胶轮和第二进给传动胶轮；所述第一进给传动胶轮和所述第二进给传动胶轮分别与所述驱动元件传动相连。通过双向施力，提升驱动可靠性的同时，也通过对称施力提升避免加压杆5的偏移。

具体来说，所述压力传感结构包括：压感头9、压力传感器7、压力传导结构(8、14)以及压泥头13。

所述压感头9固定在所述加压杆5底端；所述压力传感器7设置在所述压感头9上，并通过所述压力传导结构(8、14)与所述压泥头13相连；所述压力传感器7通过信号线6与所述测量控制器相连。

进一步地，所述压感头9内部开设空腔；所述压力传导结构包括：与所述空腔匹配的压感活塞8以及加压活塞14。

所述压力传感器7设置在所述空腔顶端，所述压感活塞8置于所述空腔内抵靠在所述压力传感器7上；所述加压活塞14置于所述空腔内，与所述压感活塞间留有间隙；所述加压活塞14通过活塞杆与所述压泥头13相连。即，建立基于压缩空气的压力传导结构，提升压力的灵敏度，进而提升测量精度。

进一步地，所述压力传感结构2还包括：弹簧12；所述弹簧12设置在所述压泥头13和所述压感头9之间，所述弹簧12顶端与所述压感头9 相连，所述弹簧12底端与所述压泥头13相连；所述活塞杆位于所述弹簧 12内。通过弹簧12保证压泥头13稳定的轴向移动，增强其对环境扰动的抗性，保证轴向测量的可靠性和精度。

优选的，所述的弹簧12为小刚度性质的。

进一步地，所述压力传感结构2还包括：隔水密封结构(10、11)；所述隔水密封结构分别与所述压泥头13和所述压感头9外侧壁相连。形成密闭空间，将水和泥隔绝在压力传导结构外，保证测量操作的可靠性。

具体来说，所述隔水密封结构包括：包布11、第一包布卡圈10以及第二包布卡圈。

所述包布11上部通过所述第一包布卡圈10压紧在所述压感头9的外壁上；所述包布11下部通过所述第二包布卡圈压紧在所述压泥头13的外壁上。实现了隔水和连接的双重功能。

下面具体说明压感式河湖底泥厚度测量仪的工作原理及流程。

确定河湖底泥厚度待测点位；

调节河湖底泥厚度测量仪的加压杆导向架4方向至水平，保持加压杆 5方向竖直；

启动进给传动胶轮3，使其匀速缓慢转动，带动加压杆5匀速缓慢竖直向下运动，同时外接测量控制器监测加压杆5的轴向位移；

加压杆5下降的过程中，压泥头13的尖端最先接触河湖底泥的表面，瞬时受到底泥的阻力作用，压泥头13也随之向上推动加压活塞14，加压活塞14瞬时压缩与压感活塞8之间的空气柱，空气柱在被压缩的过程中同时将压力传递给上面的压感活塞8，压感活塞8向上作用在压力传感器7 上，使压力传感器7产生突变的压力信号，上述压力传感过程都是在瞬间完成；

加压杆5继续匀速下降，压泥头13深入底泥里面，产生稳定的压力信号，直至压泥头13尖端接触到底泥的底部。底泥底部通常为坚实不透水泥层，土质较硬，强度较高，压泥头13突然接触时所受的阻力会瞬时增大，经过如上一步骤所述的压力传感过程，再次产生突变的压力信号；

外接测量控制器通过同步处理两个突变的压力信号，确定压力明显突变的两个点位，则两点位之间的位移差即为所测河湖的底泥厚度。

值得说明的是，上述突变的判断是基于两个连续测量的压力值之间的差值，大于预先设定的突变阈值而得到的。即，根据待测河湖底泥的实际状态，预先设置突变阈值。

压感式河湖底泥厚度测量仪在测量过程中可能会出现多个压力突变点位，此种情况是由于所测部位的底泥内部固体杂质较多，需要在测定点附近再次选取点位重新测量。

优选的，还可以根据实际需要，将突变阈值设置成两个不同值，进一步降低误判风险。

本实施例提供基于上述测量仪的测量方法。

一种基于所述的压感式河湖底泥厚度测量仪的河湖底泥厚度测量方法，包括：

所述驱动结构驱动所述加压杆向底泥移动；

所述位移计量结构实时计量所述加压杆的轴向位移；所述压力传感结构监测加压杆的轴向压力；所述测量控制器实时获取所述轴向压力和轴向位移；

当所述轴向压力的变化量大于第一预设值时，所述测量控制器获取第一轴向位移测量值；

当所述轴向压力的变化量大于第二预设值时，所述测量控制器获取第二轴向位移测量值；

所述测量控制器计算所述第二轴向位移测量值与所述第一轴向位移测量值的差值，即河湖底泥厚度。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的压感式河湖底泥厚度测量仪，通过驱动结构持续驱动加压杆向底泥层移动，同时通过压力传感结构实时监测加压杆受到的轴向压力，通过位移计量结构实时计量所述加压杆的轴向位移；所述测量控制器获取所述轴向压力和所述轴向位移，并计算所述轴向压力两次大幅突变时的轴向位移的差值，得到底泥厚度，从而实现简便高效的测量操作。同时，针对底的水层，泥层分布结构，设置突变阈值；当连续两个轴向压力的差值大于突变阈值的时候，也就是大幅突变时，意味着测量仪的前端由水层进入到泥层或者由泥层进入到不透水层。这两次突变之间行进的距离即为所求的河湖底泥层的厚度。本方案巧妙利用河底水层、泥层以及不透水层的硬度和密度的不同，会对压力传感结构的压力测量值产生影响，在加压杆持续行进中定位可清淤底泥层的起点和终点；并通过位移计量结构持续记录的轴向位移，得到起点和终点间的轴向位移差值，即为底泥厚度，构思巧妙，可靠性高；还可根据实际的河湖底泥状况，灵活设置突变阈值，具备良好的适应能力。

进一步地，通过进给传动胶轮和加压杆导向架的配合，提供稳定可靠的轴向驱动力；通过旋转编码器，计量进给传动胶轮的转动参数，通过测量控制器转换得到加压杆的轴向位移，充分提升了测量精度。

进一步地，通过设置压感头、压力传感器、压力传导结构以及压泥头的轴向压力感应结构，实现压力监测，直接高效；并进一步，通过在压感头内部设置空腔、压感活塞以及加压活塞，建立基于压缩空气的轴向压力传导结构，大幅提升压力传导的灵敏度，从而整体提升测量精度和可靠性。通过设置弹簧限制压泥头的非轴向移动幅度，应对环境因素导致的压泥头摆动，偏向等问题；通过在压泥头和压感头之间设置隔水密封结构，避免水或底泥进入压力传导结构内，保证其工作的稳定性。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。