专利名称：全密封音响式地下水水位计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水文及工程方面的地下水位及河流、水库水位的测量，属水文地质仪器领域。
背景技术：
地下水位和人们的生产生活的着密切的关系，洪水灾害是世界上最严重的自然灾害之一，洪水往往分布在人口稠密、农业垦殖度高、江河湖泊集中、降雨充沛的地方，我国是世界洪灾最严重的国家之一，全国约有35%的耕地、40%的人口和70%的工农业生产经常受到江河洪水的威胁，并且因洪水灾害所造成的财产损失居各种灾害之首。中国的历史从来就是和防灾救灾密切相关的，几年一次的大洪水，给中国人民带来了深重的灾难，在洪灾来临前后，江河湖泊的水位及变化趋势，是观察和预测灾情的最重要的参数，所以每年在洪涝易发季节，有关部门都要派出大批人员，测量各个水位点的水位参数，虽然现在有一些自动观测系统，在为了更详细的数据，还是要补测大量的数值，这就要用人工采用水位计进行测量。水利是农业的命脉，在农作物生长中，合理灌溉是稳产高产,提高生产效益的最重要手段，在我国特别是我国的北方地区，井渠结合，充分利用渠道和机井进行灌溉，解决季节性缺水问题，可有效地大幅提高作物的产量，但在这同时又必须有效地控制地下水位，防止土壤的次生盐溃化。作物生长季节田面有作物植被覆盖，田间蒸发所占比重和土壤积盐的可能性均较小，而作物需水又需要有来自地下水对根层的补给，因此，此时地下水位可控制在较小的深度。秋收以后至春作物生长期以前，表土裸露，土壤蒸发强烈易于积盐，地下水位应控制在较大的深度。西北地区春季河流缺水，地表水不能满足灌溉用水的需要，为了解决供需矛盾，部分地区须利用地下水灌溉，而开采地下水又将会起到降低地下水位的作用。灌区需要根据不同季节对地下水位有所控制，有计划地安排井灌与渠灌的用水量和用水时间，以达到既利用地下水又防止土壤盐碱化的目的，起到井灌井排的作用。这些就需要精确地，大面积的测量地下水位的数据。地面沉降是一种危害性严重的环境地质灾害，地下水位下降是地面沉降的主要原因，多年的研究结果表明，地下水开采是引起我国许多地区地面沉降的重要因素，地下水位变化是研究分析地面沉降变化发展的最直接的证据之一。研究建立地面沉降与地下水位变化的经验关系，对分析预测我国地面沉降发展趋势具有重要的理论意义及现实意义。现在基本建设持续不断，工程事故也频繁发生，这很多都和地下水位直接相关。地下水位的上升和下降，都可能产生或诱发一系列岩土工程问题。随着地下水位的上升，地下水与岩土体之间相互作用加强，导致地基岩土体承载力及抗碱性能的减弱，由此引发了诸如承载力降低、砂土液化、震陷加剧、土壤盐泽沼泽化、冻胀等一系列不良岩土工程问题浅基础地基承载力降低土壤沼泽化、盐泽化。岩土体产生变形、滑坡、崩塌、失稳等不良地质现象，在河谷阶地、斜坡及岸边地带，地下潜水位或河水位上升时，岩土体侵润范围增大，侵润程度加剧，岩土被水饱和、软化、降低了抗剪强度；当河水或地表水位下降时，在动水压力作用下，地下水向坡外渗流，可能产生潜蚀、流沙、管涌等现象，破坏了岩土体的结构和强度；地下水位的升降变化还可能增大动水压力促使岩土体产生变形、坍塌、滑移等，煤矿所发生的透水和渗水事故，也和地下水水位有着密切的关系。所以许多影响到国计民生的重大项目、重要工程，如大型建筑、大型水库、隧道、地铁等都和地下水有关，而地下水位测量又是一个必不可少的重要参数，许多其它的地质参数都要通过它参预计算，所以准确方便的对它进行测量具有着潜在的经济和政治意义。但总体而言，目前我国的水位测量方式还较落后。虽然少部分固定式测量有较先进的自动系统，但大部分地质、矿山、水文等部门的水文观测孔、地质钻孔、水井、水库大坝及江河湖海的水位测量，目前还是采用的测绳、测钟、电线、万用表等原始落后的简易测水方法。虽有一些进口的和国产的便携式水位计，但由于设计和工艺制造原因，仍有价格高，体积较大，测量并不方便，精度不高等问题，为此我们设计了本实用新型，它价格低、体积小、重量轻、精度高、操作便用方便，防水防潮，可适用于大部分基层测量要求，有着良好的推广应用前景。目前便携式水位计基本都是采用带铜芯卷尺的方式，铜芯线将水位信号传到地面，再通过地面的电子线路发出声光信号告诉操作者，水位的深度则是由卷尺读出，本实用新型的设计思路是摆脱传统便携式水位计带铜线卷尺的模式，因为它有一些不可克服的问题，首先这种卷尺需要专门订制，所需要的模具费用就是一项很大的开销，不同深度的卷尺的模具还要不同，这就是这种水位计价格居高不下的原因。另外铜芯线在反复的弯曲拉直操作下，较容易产生拆痕，一但断裂，就无法修复，只能报废，损失较大。还有卷尺再加上两根铜芯线，总体的体积就会大很多，以致该卷尺象一个小型绞车，体积较大，携带不方便。导线采用铜线，它必然会有一定的钢性和挠度，会使卷尺产生弯曲，卷尺不能完全拉直，对测量精度有一定的影响。发明人曾经也研制过便携式水位计，但由于水位计难免不与水接触，过去在防水等方面存在不足，开关、充电座、喇叭等器件会因进水生锈而无法工作，因而在实际应用中，不能有效地推广应用，
实用新型内容为了克服现有技术的不足，本实用新型是将探头的电子线路，电池，发音器件全部安装在测量探头内，当测量探头探针触到水面时，电子线路启动，让发音器发出120分贝的高音声响，让声音信息的传传送取代电流信息的传送，反映出水位的真实深度，而又不需要有形物质的媒介，大大简化了仪器的结构和成本，体积和重量都变得较小，野外操作十分方便。本实用新型所述的全密封音响式地下水水位计，包括卷尺和探头，探头为密封结构，探头包括不锈钢壳体、壳体一端由水位计基座封口，另一端与卷尺相连，水位探针设置在水位计基座上、探针头部外露，尾部与壳体电路板相连，壳体内还有与电路板相连的充电电池、和压电陶瓷音响器；所述压电陶瓷音响器上设有碳纤维震动膜，水位探针也是充电电池的充电插头；壳体外设有电源磁性开关控制电路板的工作；壳体内有磁敏管，磁敏管控制设置在水位计基座外的电源接通显示发光管工作；所述卷尺是纤维材质。为了改善防水效果，水位计基座与壳体间设置O型密封圈。[0012]为了保护探针，在探针外设有护套。本实用新型将所有可能与水相遇的地方全部采取措施加以解决，探头完全密封，没有任何会生锈或遇水不能工作的器件，保证了探头能长期地在高湿环境下可靠的工作。本实用新型所采用的方法是用磁场传递开关的信息，因为磁场能穿过塑料而进入到探头里面，所以在探头的壳外安装一个稀土强磁铁，就能启动探头内部的电路开始工作，而水则完全隔绝开了。充电插头借用不锈钢测针的两个头，在电子线路上适当增加一些二极管类的单向导电器件，就能实现测量探针兼做对蓄电池充电的输入口，取消了电源充电器插头，解决充电插头遇水生锈所出现的接触不良或电源短路的问题。喇叭则采用压电陶瓷材料器件，震动膜采用碳纤维环氧薄膜，它不怕水，有相当高的抗压强度，压电陶瓷材料有胶水粘在碳纤维环氧薄膜内表面，当压电陶瓷在电压的作用下发生震动时，这个震动就传到薄膜的外表面而发出声响，达到完全防水而又能发出声音的效果。为了使声音更加宏亮，在声音吵杂的工地也能使用，电路中采用了升压电路，使音响电压升到几百伏的高度，发出的音响可达120分贝以上。为了防止测量时探头下落太快，使得探头完全浸没在水中而无法发出声音的问题，本实用新型采用漂浮式设计，探头的落水时，会漂在水面而不会下沉，防止沉入水底高水压破坏了探头密封而损坏的问题。探头的外壳采用不锈钢管，不但机械强度大，而且耐酸耐盐，长期使用仍熠熠生辉。整个探头采用充电电池供电，充电一次可用10小时以上，由于喇叭不响时电路为休眠状态，所耗电流仅为发音时的1/100，在实际使用中声响的时间远小于不响时间，所以实际每充电一次能使用数月之久。电池是整个探头重量最重的器件，所以安放在探头的最底部，这样降低了探头的重心，当探头漂浮在水面时，呈竖直向上的状态。深度的测量采用普通的工程中使用的耐拉纤维卷尺，它的价格低廉，购买容易，收放方便，垂挂柔顺，测量精度高，长度从25米至250米规格齐全，是一种较理想的量具。
图1是本实用新型结构示意图1-纤维材质长卷尺，2-探头吊架，3-碳纤维震动膜，4-压电陶瓷音响器，5-吊架铆钉,6-电线，7-电路板，8-充电电池，9-磁敏管，10-0型密封圈，11-基座螺丝，12-电源接通显示发光管，13-探针护套，14-电源磁性开关，15-水位探针，16-水位计基座，17-探头不锈钢壳。
具体实施方式
本实用新型结构示意图如图1，当电源磁性开关14转动到电源开的位置时，磁敏管9接通，电源接通显示发光管12亮，电路板7开始启动，处于休眠等待状态，测量者将纤维材质长卷尺I放出，水位计探头慢慢接近水面，当两根水位探针15接触到水面时，电路工作，高压震荡电路发出高压交流电流，使压电陶瓷音响器4转换成机械震动，通过碳纤维震动膜3发出音响，这时测量者可观察卷尺I上的读数，测量出水面的具体深度。探针护套13是为了增加探针抗摔强度，改善绝缘效果，防止电路误触发而加设的，8为水位计充电电池，它通过外接专用充电电源，直接利用水位探针15做充电输入，探头吊架2用铆钉5和探头不锈钢壳17相连，作为卷尺I和水位探头的连接媒介。由图可以看到，整个探头完全密闭，仅通过磁场、探针和音响震动膜与外部接触，而这几个部件都是用密封圈或胶密闭起来的，水无法进入到探头内部，即使将整个探头按入水中，水也无法进入，所以它完全防水，保证了在涉水的情况下可长期可靠地工作。电线6是电路板和压电陶瓷间的连接线。水位计基座16是水位探针15、电源磁性开关14、0型密封圈10的结构支撑物，探针、开关、密封圈都安装在它上面，它还作为水位计的底部外表面，是整个水位计的主结构件。基座螺丝11是基座16和探头不锈钢壳的17固定件。
权利要求1.一种全密封音响式地下水水位计，包括卷尺和探头，探头为密封结构，探头包括不锈钢壳体、壳体一端由水位计基座封口，另一端与卷尺相连，水位探针设置在水位计基座上、 探针头部外露，尾部与壳体电路板相连，壳体内还有与电路板相连的充电电池、和压电陶瓷音响器；其特征在于，所述压电陶瓷音响器上设有碳纤维震动膜，水位探针也是充电电池的充电插头；壳体外设有电源磁性开关控制电路板的工作；壳体内有磁敏管，磁敏管控制设置在水位计基座外的电源接通显示发光管工作；所述卷尺是纤维材质。
2.根据权利要求1所述的全密封音响式地下水水位计，其特征在于水位计基座与壳体间有O型密封圈。
3.根据权利要求2所述的全密封音响式地下水水位计，其特征在于，所述探针外设有护套。
4.根据权利要求2所述的全密封音响式地下水水位计，其特征在于，探头通过设置在壳体一端的探头吊架与卷尺相连。
专利摘要本实用新型涉及全密封音响式地下水水位计，属水文地质仪器领域。该水位计包括卷尺和探头，探头为密封结构，探头包括不锈钢壳体、壳体一端由水位计基座封口，另一端与卷尺相连，水位探针设置在水位计基座上、探针头部外露，尾部与壳体电路板相连，壳体内还有与电路板相连的充电电池、和压电陶瓷音响器；所述压电陶瓷音响器上设有碳纤维震动膜，水位探针也是充电电池的充电插头；壳体外设有电源磁性开关控制电路板的工作；壳体内有磁敏管，磁敏管控制设置在水位计基座外的电源接通显示发光管工作；所述卷尺是纤维材质。本实用新型大大简化了仪器的结构和成本，体积和重量都变得较小，野外操作十分方便。
文档编号G01F23/00GK202885905SQ20122062821
公开日2013年4月17日 申请日期2012年11月23日 优先权日2012年11月23日
发明者韦金河, 林家彬, 孟力力, 闻婧, 王强 申请人:江苏省农业科学院