专利名称：水下测量装置及其测试方法
技术领域：
本发明涉及一种水下测量装置，它用于水下冲坑与陡倾水底地形测量，更具体说是 通过本水下测量装置将传统水下测量的测量铅直水深转变为测量具有准确换算关系的 斜水深。因此本发明还涉及利用该水下测量装置测量坑内负地形与填筑料流态的方法。
背景技术：
水利水电工程因泄射高速水流作用常在下游一定区域形成巨大冲坑，因水流与地质 条件的综合影响，冲坑常呈口小身大的瓮形，存在于建筑物基面高程以下，它的存在与 扩展，对水电工程安全构成潜在威胁，为掌握冲坑的扩展状态，通常要求在泄洪后进行 检查，但检查只能在水下进行。
目前工程上对开口区检查釆用水下地形测量方法探测，往四周扩展部分采用潜水或 摄像方法检查。水下测量仪器由换能器与读数仪组成，换能器在水中测得声波发射至水 底与返回的传递时间后，由读数仪换算并显示成水深值，实现水下测量，能同时准确测 得坑口区水底形态，但由于此种方式只能在铅直方向进行，不能解决扩展区地形形态的 测量问题。工程实践证明，采用潜水方式检査扩展区地形状况，存在潜水员安全风险大， 且只能委托专门潜水部门进行，存在工程管理单位不能直接进行的实际困难，检查的及 时性受到限制，同时，检査结果只能由潜水员描述，不能准确得到周边扩展形态与参数， 是一种定性检查手段；水下摄像技术因摄像头不能准确定位，摄像结果也没有具体扩展 参数。费用昂贵的潜水与摄像检査只能定性，不利于优化工程泄洪调度，更不利于指导 危险性冲坑的修复。
发明内容
针对现有技术的缺陷，为准确测量冲坑周边地形，本发明目的旨在提供一种水下测量装置及相应的利用该水下测量装置进行坑内水下混凝土流态测量的方法，用于冲坑 水下修复施工指导。
本发明采取的技术方案是， 一种水下测量装置，包括换能器与读数仪，其特征在 于，还有一包括支撑杆、转向控制杆及转轮的转向装置，所述支撑杆的上端设有读数刻 度区，支撑杆的下端垂直铰接于转轮中心轴线，所述转向控制杆的一端与转轮边缘滚动 连接，所述转向控制杆的另一端与支撑杆的读数刻度区滑动连接；所述换能器安装于转 轮边缘。
为了便于测量和运算，所述转向控制杆与转轮边缘滚珠的连接点与转轮边缘上换 能器的安装位置呈90。圆心角。
在转向控制杆上，与支撑杆的读数刻度区滑动连接处设有读数指示标志。
根据实施例的优选方式为所述支撑杆一端带有垂直设置的支绞，支绞与支撑杆
垂直，支撑杆通过支绞与转轮中心滚珠连接；所述转向控制杆一端带支绞，支绞与转向
控制杆垂直，转向控制杆通过支绞与转轮边缘安装的滚珠连接，
相应的，本发明还提供上述水下测量装置的测试方法，其包括如下步骤
1) 根据所测水深范围，选择换能器固定于转轮，换能器的声波发射轴平行于转轮 面，且垂直于其与转轮边缘交点的切线方向，按每转动单元角度在刻度尺上反映的刻度 值制作好记录表格；
2) 取得转轮中心坐标与高程后，将支撑杆铅直固定，置转轮面与所测断面铅垂面 平行并没入水体；
3) 将换能器接通读数仪，按预置刻度值滑动转向控制杆记录测得的"水深"，或 在取得水深的同时记录相应的刻度值；
4) 根据测得的水深、转向装置参数、转轮中心坐标与高程及记录的刻度值计算水 底地形坐标与高程。
根据实施例的优选方案，上述单元角度选择2.5。。
本发明的工作原理是， 一种水下测量装置将传统水下测量换能器安装在转轮上，通 过转轮可控转动，测量冲坑周边或陡倾区水下地形的装置，其特点是所述水下测量装置 包括由支撑杆、转向控制杆及转轮组成的转向装置；支撑杆一端与转轮中心连接，且垂 直于转轮中心轴线，支撑杆另一端锚贴读数刻度尺；所述转向控制杆一端与转轮边缘滚
4动连接，另一端与支撑杆上的刻度尺区域滑动连接，且锚贴有读数指示标志。转轮绕转 轮中心自由旋转时，带动转轮边缘安装的换能器旋转到相应位置，同时，转向控制杆一 端随转轮转动，使得其另一端在支撑杆的刻度尺区域滑动，从而实现了将转角换算成尺 度变化反映在刻度尺上；转向控制杆与转轮边缘的连接点，和固定水下测量换能器的边 缘点成一定圆心角度，为了便于测试计算，该圆心角度优选为90。。
本发明所述水下测量装置及相应的利用该水下测量装置进行坑内水下混凝土流态 测量的方法，能够准确得到坑内水下混凝土的周边扩展形态与参数，进行定量检査；有 利于优化工程泄洪调度和指导危险性冲坑的修复。本发明结构简单、操作方便、测量准 确、成本低并且应用领域广泛。
图1是水下测量装置的结构示意图2是实施例1中所述水下测量装置进行水下测量模式图； 图3是实施例1中所述水下测量装置测得的冲坑状态纵剖面图； 图4是实施例1中所述水下测量装置测得的冲坑状态横剖面图； 在上述附图中
1——支撑杆2——转向控制杆3——转轮 4——换能器5——刻度尺6——水面
具体实施例方式
本发明提供的水下测量装置包括支撑杆l、转向控制杆2、转轮3及刻度尺5，换 能器4为水下测量仪器。支撑杆l、转向控制杆2、转轮3用轻型铝合金加工制成，刻 度尺5用购买的钢尺改制。支撑杆l、转向控制杆2与转轮3用支绞配滚珠牢固连接并 旋转灵活，刻度尺5长度大于转轮直径5cm并锚固于转向控制杆2顶端中心点在支撑杆 1上的滑动区，换能器4固定于转轮边缘，与转向控制杆2于转轮边缘支绞点呈90度圆 心角，换能器4的声波发射方向与固定点切线垂直。
见附图l，转向控制杆顶端中心点A沿刻度尺下滑移动，则转轮绕中心O转动，在 B点与C点重合时则换能器4与D点重合，此时如支撑杆铅直，则水下测量装置实现了
5通常的铅直水下测量模式，其它区段为倾角测量模式，即测得斜水深，在已知0点坐标 系与刻度换算的转角a时，则可得到冲坑周边相应水下地形点三维坐标。
冲坑测量模式见附图2,经过本实施例所述水下测量装置进行测量，测得冲坑形态
见附图3、 4。以上实施例水下测量装置具体操作方法及成果解算如下
1) 水下实际测程42m 70m，选择测程100m的换能器；
2) 经过对装置的理论分析，转轮3的半径与转向控制杆2的长度比应少于1/6，转 轮半径取0.2m，转向控制杆2的长度取1.4m，结合考虑到装置的结构要求与操作性， 支撑杆1长度取2.2111;
3) 断面在上下游方向及左右岸方向按2m间距布置，重复测得的资料作为水下测量 装置首次应用风险自验检测；
4) 开口区用常规水下地形测量方法进行测量，成果同时可用作水下测量装置成果 验证分析；
5) 以测得斜水深即记录刻度值方式，以测得足够的原始观测值作为工程修复方量 计算与测量精度分析；
6) 成果解算设转轮中心坐标为Xo、 Yo、 HQ，转轮与X轴平行，以刻度值/(mm) 按公式换算倾角"=』CQS^^^ (其中ACOS为三角函数中的反余弦函数)后，利用 换能器测得到的水深S可得水下地形点三维坐标为
X=JTQ + 05 + 0.2) x sin a
H=//。 + (S + 0.2)xcosa 。
权利要求
1、一种水下测量装置，包括换能器与读数仪，其特征在于，还有一包括支撑杆、转向控制杆及转轮的转向装置，所述支撑杆的上端设有读数刻度区，支撑杆的下端垂直铰接于转轮中心轴线，所述转向控制杆的一端与转轮边缘滚动连接，所述转向控制杆的另一端与支撑杆的读数刻度区滑动连接；所述换能器安装于转轮边缘。
2、 根据权利要求1所述水下测量装置，其特征在于，所述转向控制杆与转轮边缘 的连接点与转轮边缘上换能器的安装位置呈9(T圆心角。
3、 根据权利要求1所述水下测量装置，其特征在于，所述转向控制杆上，其与支 撑杆的读数刻度区滑动连接处设有读数指示标志。
4、 根据权利要求1所述水下测量装置，其特征在于，所述支撑杆的下端垂直铰接 于转轮中心轴线的具体结构是，所述支撑杆一端带有支绞，支绞与支撑杆垂直，支撑杆 通过支绞与转轮中心滚珠连接。
5、 根据权利要求1所述水下测量装置，其特征在于，所述转向控制杆的一端与转 轮边缘滚动连接的具体结构是，所述转向控制杆一端带支绞，支绞与转向控制杆垂直， 转向控制杆通过支绞与转轮边缘安装的滚珠连接。
6、 一种与权利要求1-5之一所述水下测量装置相应的测试方法，其特征在于包括 如下步骤1) 根据所测水深范围，将选择的换能器固定于转轮边缘，换能器的声波发射轴平 行于转轮面，且垂直于其与转轮边缘交点的切线方向，按每转动单元角度在刻度尺上反 映的刻度值制作好记录表格；2) 取得转轮中心坐标与高程后，将支撑杆铅直固定，置转轮面与所测断面铅垂面 平行并没入水体；3) 将换能器接通读数仪，按预置刻度值滑动转向控制杆记录测得的水深，或在取 得水深的同时记录相应的刻度值；4) 根据测得的水深、转向装置参数、转轮中心坐标与高程及记录的刻度值计算水 底地形坐标与高程。
7、 根据权利要求6所述水下测量装置相应的测试方法，其特征在于单元角度2.5° 。
全文摘要
本发明涉及一种水下测量装置和与之相应的测试方法。其中一种水下测量装置，包括换能器、读数仪和由支撑杆、转向控制杆及转轮组成的转向装置，所述支撑杆的上端设有读数刻度区，支撑杆的下端垂直铰接于转轮中心轴线，所述转向控制杆的一端与转轮边缘滚动连接，所述转向控制杆的另一端与支撑杆的读数刻度区滑动连接；所述换能器安装于转轮边缘。本发明所述水下测量装置及利用该水下测量装置进行坑内水下混凝土流态测量的方法，能够准确得到坑内水下混凝土的周边扩展形态与参数，进行定量检查；有利于优化工程泄洪调度和指导危险性冲坑的修复。本发明结构简单、操作方便、测量准确、成本低并且应用领域广泛。
文档编号G01B17/06GK101556148SQ200910043030
公开日2009年10月14日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者谢年生, 谢新宇, 龚楚安 申请人:中国水电顾问集团中南勘测设计研究院