多功能微光地下水位监测装置及其系统的制作方法

本发明涉及地下水位测量技术领域，尤其涉及一种多功能微光地下水位监测装置及其系统。

背景技术：
地下水与人类的关系十分密切，井水和泉水是我们日常使用最多的地下水，占据着不可替代的地位。不过，地下水也会造成一些危害，如地下水过多，会引起铁路、公路塌陷，淹没矿区巷道，形成沼泽地等。伴随着人类活动在地球上的广度和深度上逐步扩大加深，浅部和深部地下水资源均受到不同程度上的影响；由中国地质科学院水文环境地质研究所实施的国土资源大调查计划项目《华北平原地下水污染调查评价》成果显示：华北平原浅层地下水综合质量整体较差，且污染较为严重，未受污染的地下水仅占采样点的55.87％。深层地下水综合质量略好于浅层地下水，污染较轻。与此同时，人类活动对地下水量影响也较为显著。如，世界上大多数石油开采都会利用地下水资源进行加压以此将同等体积油体压至地表以获利用，煤矿开采中遇含水层会先行抽水泄压(露天煤矿开采时遇地下水层采用疏干井疏干)继而开采煤层，由此可见，人类活动对地下水位影响十分巨大，甚至可能导致整层地下水消失，乃至地下水系紊乱和退减，这对区域的生活、工业用水来源提出较大挑战；若处理不当，易造成人员、财产的巨大损失。目前，对于地下水位的测量，国内外相关单位只是对各自学科和狭窄用途的设备装置加以使用，且没有可以兼及监测观测井变形功能的装置出现。现有的地下水位测量装置绝大部分为：投入式测量仪测量地下水位；初次一次性测量使用，无法用于长久实时测量；当观测井发生变形时无法实时反馈，影响测量。存在的缺点具体如下：1、地下水观测井少有长时有效的观测设备，需要人工观测井壁是否发生变形，费时费力，效果不佳；2、地下水位观测装置一般为投入式，当观测井井壁发生变形时，对观测数据准确度影响极大；3、观测井内光学测距装置一般采用激光测距装置，即发射-反射-接受的方法，此种方法易受测量液体密度、折射度所影响，无法做到精准测距。例如，当一口观测井打通后，便利用水位仪下放至水层内，通过感应装置得到水位仪距离水面高度，再通过下方电线长度计算出水面距离地表井口高度。然而，这种方法过于局限性、误差大，且受地形、地层及构造等多种因素控制，无法真实可靠地得出地下水位的时间和空间变化，其也未同时考虑井壁变形对测量装置的影响。可见，对于具有监测井壁变形功能的地下水位测量装置的研发和使用是十分必要的。但是现有的地下水位测量仪器和装置均无法保证所得观测数据不受观测井变形条件限制，在大型矿业开采、油田开发及人类活动密集区域无法做到精准快速测量和数据处理，限制了开发进程。因此，具有非投入接触式地下水位观测装置及同时监测观测井井壁变形等功能全套测量装置的开发显的尤为重要。

技术实现要素：
本发明的目的在于提供多功能微光地下水位监测装置及其系统，以解决现有技术中存在的液位监测装置误差大、易受地形、地层及构造等多种因素影响精确度，且不能同时监测观测井井壁变形的技术问题。本发明提供的多功能微光地下水位监测装置，包括壳体、微光观测仪、光源和隔离件；所述壳体用于密封设置在观测井的井口，以阻止外界光线进入所述观测井内；所述微光观测仪用于固定设置在所述观测井的井口，用于接收所述光源发射的光束，以及用于采集所述观测井井壁的视频信息；所述隔离件的一面与所述光源固定连接，另一面与所述观测井的液面接触；所述隔离件漂浮在所述观测井的液体上，且所述隔离件用于阻挡所述光源的光束穿透所述隔离件进入所述液体内。进一步地，所述的多功能微光地下水位监测装置还包括处理器，所述处理器相对于所述壳体位置固定；所述微光观测仪与所述处理器电连接，所述处理器用于接收所述微光观测仪发送的数据信息。进一步地，所述的多功能微光地下水位监测装置还包括底座和支撑架；所述微光观测仪通过所述支撑架与所述底座固定连接；所述底座用于设置在所述观测井的井口，所述壳体固定设置在所述底座的顶部；所述底座具有通光孔，所述微光观测仪通过所述通光孔接收所述光源发射的光束。进一步地，所述支撑架具有多个可调节的支腿，以改变所述微光观测仪相对于所述光源的距离和角度。进一步地，所述壳体固定连接有与所述处理器电连接的无线通讯器；所述无线通讯器用于接收所述处理器发送的第一数据信息并将该第一数据信息发送至远程终端，还用于接收所述远程终端发送的第二数据信息并将该第二数据信息发送至所述处理器。进一步地，所述微光观测仪上固定设置有水平仪。进一步地，所述水平仪为电子水平仪；所述电子水平仪与所述处理器电连接，且所述电子水平仪用于监测所述微光观测仪的角度并发送角度信息至所述处理器；所述壳体固定连接有与所述处理器电连接的定位器，所述定位器用于监测所述壳体的位置并将位置信息发送至所述处理器；所述壳体固定连接有电源，所述处理器和/或所述微光观测仪与所述电源电连接。进一步地，所述微光观测仪为包括微光像增强器和微光镜头；所述光源为氚管。进一步地，所述壳体采用金属材料；所述隔离件为泡沫板。本发明提供的多功能微光地下水位监测系统，包括远程终端和多功能微光地下水位监测装置；所述多功能微光地下水位监测装置包括无线通讯器；所述多功能微光地下水位监测装置通过所述无线通讯器与所述远程终端通讯。本发明提供的多功能微光地下水位监测装置及其系统，包括壳体、微光观测仪、光源和隔离件；通过壳体以阻止外界光线进入观测井内，避免外界光线影响微光观测仪接收光源发射的光束的精度；通过隔离件将光源漂浮在观测井的液面上，以使固定设置在观测井井口的微光观测仪接收光源发射的光束，来计算观测井内的液位；通过设置隔离件，以避免光源发射的光束入射在观测井的液体内，而影响微光观测仪监测液位的精确度；此外，微光观测仪还可以采集观测井井壁的视频信息，以及时监测观测井井壁是否变形。本多功能微光地下水位监测装置及其系统采用非投入接触式地下液位观测，其监测液位的精确度较高，且不受地形、地层及构造等多种因素的影响，能够真实可靠地得出地下液位的时间和空间变化，还能同时监测观测井井壁是否变形。附图说明为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例一提供的多功能微光地下水位监测装置的安装示意图；图2为本发明实施例一提供的多功能微光地下水位监测装置的结构示意图(未显示光源和隔离件)；图3为图2所示的多功能微光地下水位监测装置的俯视图；图4为本发明实施例一提供的多功能微光地下水位监测装置的电路连接示意图。图标：1-壳体；2-微光观测仪；3-光源；4-隔离件；5-观测井；6-处理器；7-底座；71-凹槽；8-支撑架；9-无线通讯器；10-水平仪；11-定位器；12-电源。具体实施方式下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。实施例一参见图1-图4所示，本实施例提供了一种多功能微光地下水位监测装置；图1为本实施例提供的多功能微光地下水位监测装置的安装示意图；图2为本实施例提供的多功能微光地下水位监测装置的结构示意图(未显示光源和隔离件)；图3为图2所示的多功能微光地下水位监测装置的俯视图；图4为本实施例提供的多功能微光地下水位监测装置的电路连接示意图。参见图1-图4所示，本实施例提供的多功能微光地下水位监测装置，包括壳体1、微光观测仪2、光源3和隔离件4。壳体1用于密封设置在观测井5的井口，以阻止外界光线进入观测井5内；壳体1例如可以采用不透光的塑料、玻璃钢、不锈钢、铸铁等；优选地，壳体1采用金属材料；采用金属材料的壳体1的抗击打能力强，使用寿命长，能抵抗野外的暴雨、冰雹等击打，能有效的保护微光观测仪2。微光观测仪2用于固定设置在观测井5的井口，用于接收光源3发射的光束，以及用于采集观测井5井壁的视频信息；微光观测仪2可以固定设置在观测井5的井口上方，也可以固定设置在观测井5的井口处；优选地，微光观测仪2固定设置在观测井5的井口上方；进一步地，微光观测仪2设置在观测井5的轴线上，以便于微光观测仪2接收光源3发射的光束，提高监测观测井5液位的精确度，还便于采集观测井5井壁的视频信息，及时发现观测井5井壁是否发生变形。隔离件4的一面与光源3固定连接，另一面与观测井5的液面接触；隔离件4漂浮在观测井5的液体上，且隔离件4用于阻挡光源3的光束穿透隔离件进入液体内。优选地，隔离件4的密度小于观测井5的液体的密度，以便于隔离件4和光源3能够漂浮在液面上。隔离件4例如可以为密度较小的聚丙烯、硅橡胶等，或者为具有空心的不锈钢、塑料、铸铁等；优选地，隔离件4为泡沫板，其密度较小，便于隔离件4和光源3能够漂浮在液面上。光源3例如可以为带有处理外壳的led灯等可发射微光性质的光源，还可以为氚管；优选地，光源3为氚管。氚管是一种利用氢的同位素氚的放射性制造的发光装置；其主要的结构是在一个密闭玻璃管中冲入氚气，由氚在β衰变时释放出电子射中涂在玻璃管内部的荧光粉，发出荧光；这个过程被称为辐射发光。氚管的发光不需要从外界接受电能。本实施例中所述多功能微光地下水位监测装置，包括壳体1、微光观测仪2、光源3和隔离件4；通过壳体1以阻止外界光线进入观测井5内，避免外界光线影响微光观测仪2接收光源3发射的光束的精度；通过隔离件4将光源3漂浮在观测井5的液面上，以使固定设置在观测井5井口的微光观测仪2接收光源3发射的光束，来计算观测井5内的液位；通过设置隔离件4，以避免光源3发射的光束入射在观测井5的液体内，而影响微光观测仪2监测液位的精确度；此外，微光观测仪2还可以采集观测井5井壁的视频信息，以及时监测观测井5井壁是否变形。本多功能微光地下水位监测装置采用非投入接触式地下液位观测，其监测液位的精确度较高，且不受地形、地层及构造等多种因素的影响，能够真实可靠地得出地下液位的时间和空间变化，还能同时监测观测井5井壁是否变形。本实施例的可选方案中，所述多功能微光地下水位监测装置还包括处理器6，处理器6相对于壳体1位置固定；处理器6可以与壳体1固定连接，也可以与微光观测仪2固定连接，或者与其他固定物连接；优选地，处理器6固定设置在壳体1内，以避免暴雨、冰雹等击打。微光观测仪2与处理器6电连接，处理器6用于接收微光观测仪2发送的数据信息，以及时存储或者将该数据信息转发，以便了解观测井5液位的时间和空间变化，以及井壁的变形等信息。该数据信息例如可以为微光观测仪2接收光源3发射的光束的时间信息，采集的观测井5井壁的视频信息等。本实施例的可选方案中，所述多功能微光地下水位监测装置还包括底座7和支撑架8；微光观测仪2通过支撑架8与底座7固定连接。通过支撑架8，便于将微光观测仪2固定在底座7上。底座7用于设置在观测井5的井口，壳体1固定设置在底座7的顶部。优选地，底座7的顶部具有环形的凹槽71，壳体1插入凹槽71内与底座7固定连接。底座7具有通光孔，微光观测仪2通过通光孔接收光源3发射的光束。通过底座7以便于提高多功能微光地下水位监测装置对不同尺寸井口观测井5的适应性，还便于壳体1与底座7共同配合，密封观测井5的井口，以有效阻止外界光线进入观测井5内。优选地，底座7包括环形柱，环形柱的空腔即为通光孔，环形柱的一端具有向外凸出的外缘；底座7与井口配合时，外缘固定在井口上面，环形柱插在观测井5内。优选地，支撑架8具有多个可调节的支腿，以改变微光观测仪2相对于光源3的距离和角度。例如，支腿的数量为三个、四个、五个等；优选地，支撑架8具有三个可调节的支腿，通过改变三个支腿的长度，以便简单方便的将微光观测仪2调平，进而便于微光观测仪2接收光源3发射的光束和采集观测井5井壁的视频信息。进一步地，支撑架8与处理器6电连接；也就是说，多个支腿分别与处理器6电连接，以便通过处理器6控制支撑架8，也即处理器6控制支腿调节其长度，进而调整微光观测仪2相对于光源3的距离和角度。可选地，支腿包括伸出杆、支撑杆和锁定环，伸出杆插接在支撑杆内，且伸出杆能够沿支撑杆往复移动；锁定环分别与伸出杆、支撑杆连接，以锁定伸出杆和支撑杆，避免伸出杆沿支撑杆往复移动；伸出杆远离支撑杆的一端与微光观测仪2连接，支撑杆远离伸出杆的一端与底座7连接。本实施例的可选方案中，壳体1固定连接有与处理器6电连接的无线通讯器9。无线通讯器9用于接收处理器6发送的第一数据信息并将该第一数据信息发送至远程终端，还用于接收远程终端发送的第二数据信息并将该第二数据信息发送至处理器6。以便于处理器6通过无线通讯器9传输第一数据信息给远程终端，以便于远程监测观测井5；还便于远程终端通过无线通讯器9发送第二数据信息，控制处理器6。其中，第一数据信息例如可以为观测井5的液位信息和观测井5井壁的视频信息等；第二数据信息例如可以为控制调节支腿的长度指令等。优选地，无线通讯器9包括GSM模块、RF模块、WIFI模块、蓝牙模块和红外模块中的一种或多种。优选地，无线通讯器9包括GSM模块、RF模块、WIFI模块、蓝牙模块和红外模块，以增加信息交互方式，提高处理器6与远程终端等信息交互的稳定性、可靠性。本实施例的可选方案中，微光观测仪2上固定设置有水平仪10。通过水平仪10，以便使微光观测仪2处于水平位置。进一步地，水平仪10与处理器6电连接；即水平仪10为电子水平仪时，电子水平仪与处理器6电连接，且电子水平仪用于监测微光观测仪2的角度并发送角度信息至处理器6；通过电子水平仪实时监测微光观测仪2的角度，以便及时发现微光观测仪2的角度变化；进而便于处理器6根据微光观测仪2的角度变化及时调整支撑架8，也即及时调整支腿，以使微光观测仪2调平。壳体1固定连接有与处理器6电连接的定位器11，定位器11用于监测壳体1的位置并将位置信息发送至处理器6；通过定位器11，便于了解多功能微光地下水位监测装置所在的地理位置。优选地，定位器11包括GPS模块、GPRS模块、GSM模块和北斗卫星定位模块中的一种或多种；优选地，定位器11包括GPS模块、GPRS模块和北斗卫星定位模块，以增加多功能微光地下水位监测装置的定位方式，提高多功能微光地下水位监测装置的可靠性。其中，GPRS模块通过GSM通讯协议进行基站定位，GPS模块通过GPS进行卫星定位，北斗卫星定位模块通过北斗卫星导航系统进行卫星定位。壳体1固定连接有电源12，处理器6和/或微光观测仪2与电源12电连接。通过电源12给多功能微光地下水位监测装置提供电能；优选地，电源12为充电电源；进一步地，电源12为锂离子电池。本实施例的可选方案中，微光观测仪2为包括微光像增强器和微光镜头。微光像增强器是各类微光夜视设备的核心器件，便于黑暗环境中清晰成像。需要说明的是，RF模块通过采用现有的RF射频传输技术；RF射频全称RadioFrequency，可用于发射无线电频率。GPS模块利用现有的GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航。GPS全称为GlobalPositioningSystem，即全球定位系统的简称，是一种卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息。GPRS模块通过采用现有的GPRS传输技术；GPRS全称为GeneralPacketRadioService，即通用分组无线服务技术的简称，是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，是以封包式来传输。GSM模块通过采用现有的GSM网络获取移动终端用户的位置信息，从而获得手机基站定位服务。GSM是欧洲标准化委员会统一推出的“GlobalSystemForMobileCommunication”标准(全球移动通信系统)的缩写。北斗卫星定位模块通过采用现有的北斗卫星导航系统定位；北斗卫星导航系统定位是中国自行研制的全球卫星导航系统。本实施例中所述多功能微光地下水位监测装置，通过微光观测仪可以实时监测井壁变形情况，避免传统的地下水位测量仪无法考虑井壁变形甚至废井仍认为所得数据具有分析价值的缺点，更加准确的测量出变化的地下水位。传统的地下水位测量为一次性下放测量，测量一次需要人力物力，操作复杂且易受天气等客观因素影响。采用氚管配合微光观测仪的方式，可以有效实现非接触式液面精准测距功能，简单方便；可以实现地面直接观测，无需下放投入式仪器，能够方便国土、地矿、建筑、水利等相关技术人员测量和数据处理工作。为了更加清楚的了解本实施例，以下简要说明多功能微光地下水位监测装置的工作原理及方法：1、首先将底座对准观测井的井口位置，通过旋转三个调平支撑杆(支撑杆固定在底座上)上的锁定环控制伸出杆的长短，实现微光观测仪上的水平仪里面液体处于水平位置，即微光观测仪已处于水平位置；2、壳体固定在底座上，微光观测仪与处理器电连接；3、使用时，先将固定在泡沫板上的氚管掷到井底，远离氚管的泡沫板的一侧与水面接触，以此保证水面以下不会有光发生折射影响观测；微光镜头可观测角度为α，通过处理器处理，达到井内可视化，由远程终端的远端显示器显示井内情况，由此比较井壁是否发生变形和观测井是否仍具有观测价值。4、微光观测仪所得光电数据经处理器处理同时可得微光镜头距观测井内水面(氚管)距离H。5、地下水位计算方法为：h2＝H-h1，其中h1为装置调平后微光镜头到底座的垂直距离，h2即为所测地下水位距地表高差。实施例二实施例二提供了一种多功能微光地下水位监测系统，该实施例包括实施例一所述的多功能微光地下水位监测装置，实施例一所公开的多功能微光地下水位监测装置的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的多功能微光地下水位监测装置的技术特征不再重复描述。本实施例提供的多功能微光地下水位监测系统，包括远程终端和多功能微光地下水位监测装置；多功能微光地下水位监测装置包括无线通讯器；多功能微光地下水位监测装置通过无线通讯器与远程终端通讯。即，无线通讯器用于接收处理器发送的第一数据信息并将该第一数据信息发送至远程终端，还用于接收远程终端发送的第二数据信息并将该第二数据信息发送至处理器。以便于处理器通过无线通讯器传输第一数据信息给远程终端，以便于远程监测观测井；还便于远程终端通过无线通讯器发送第二数据信息，控制处理器。其中，第一数据信息例如可以为观测井的液位信息和观测井井壁的视频信息等；第二数据信息例如可以为控制调节支腿的长度指令等。本实施例中所述多功能微光地下水位监测系统具有实施例一所述多功能微光地下水位监测装置的优点，实施例一所公开的所述多功能微光地下水位监测装置的优点在此不再重复描述。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。