贴底式ADCP探头沉浮系统及其安装方法和维护调试方法与流程

本发明涉及水文测验领域，具体涉及adcp探头安装、调试以及维修技术。

背景技术：

随着国家对水资源管理的力度日益加大，对水资源的量化管理越来越受到人们的重视，自动流量监测系统也正逐渐走进水文人的日常工作之中。目前，自动流量监测系统（adcp）按探头安装方式分类，主要分为三类：贴底式、水平式和非接触式。

adcp具有能直接测出断面的流速剖面、具有不扰动流场、测验历时短、测速范围大等特点。目前被用于海洋、河口的流场结构调查、流速和流量测验等。

其中贴底式的探头支架系统一般固定在水底河床上，贴底式adcp探头的安装、调试和维修工作往往需要涉水才能开展，甚至需要潜入水下才能完成，这就给探头的安装、调试和维护等工作带来很多不便，增加很多工作量的同时还给adcp的运行带来了不少不确定性因素，影响测流数据的准确性和精密度，也给安装、维修人员带来很多人身安全问题，特别是在汛期高水位高流速的时候，贴底式adcp探头的安装、调试和维护工作更是基本无法开展。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种贴底式adcp探头沉浮系统，系统的调试和维护工作以及adcp探头的安装工作无须在水底进行。

为实现上述目的，本发明的贴底式adcp探头沉浮系统包括浮沉机构、梯形板和操控机构；

浮沉机构包括圆形的支撑板，支撑板下连接有用于控制浮沉的气囊，支撑板中部向上固定连接有圆形的线路汇总板；支撑板外缘左右对称设有两个连接点，位于正左方的连接点连接有与操控机构相连接的线缆总管；线缆总管的末端延伸至河岸上，线缆总管均具有弹性，与支撑板相邻的线缆总管具有冗余长度；

位于正右方的连接点连接有与梯形板相连接的悬臂管，悬臂管连接所述梯形板；梯形板通过十字形的抱箍支架连接有adcp探头；

线路汇总板内于中部位置设有中央腔室，中央腔室向两个连接点的方向连接有两个线路通道，线路通道开口在线路汇总板的外缘上；梯形板处的adcp探头的连接线经悬臂管和线路通道伸入中央腔室，

气囊内设有压力传感器，气囊连接有通气管，通气管和压力传感器的连接线伸入线缆总管并沿线缆总管延伸至河岸上与操控机构相连接；气囊中充满气时产生的浮力大于浮沉机构、悬臂管和梯形板的总重量，气囊中的气压为常压时产生的浮力小于浮沉机构、悬臂管和梯形板的总重量；

操控机构包括电控装置，电控装置连接有显示屏和气泵；气泵的出气口与所述通气管相连接，气泵出气口处的通气管上设有放气电磁阀，放气电磁阀与电控装置相连接；adcp探头的连接线由中央腔室沿线缆总管延伸至河岸上与电控装置相连接；压力传感器的连接线与电控装置相连接。

线缆总管和悬臂管均位于河床底部，在河床起伏的波谷部位的河床内固定有管路定位桩，管路定位桩连接有管卡，线缆总管处的管卡与线缆总管相卡接，悬臂管处的管卡与悬臂管相卡接。

浮沉机构下方的河床内设有主定位桩，主定位桩的中心处向上连接有定位杆；

气囊的中心处、支撑板的中心处以及线路汇总板的中心处上下对应设有中心通孔，浮沉机构下沉至河床上时，定位杆插入中心通孔且定位杆的顶端位于支撑板的中心通孔的中部；定位杆顶端连接有具有弹性的定位绳，线路汇总板的中心通孔的顶部设有定位环，定位绳的上端与定位环相连接。

所述电控装置为单片机。

本发明还公开了上述贴底式adcp探头沉浮系统的安装方法，按以下步骤进行：

首先是准备步骤；

其次是打桩步骤；

再次是沉入浮沉机构和梯形板步骤；

再次是固定线缆总管步骤；

最后是连接操控机构步骤。

准备步骤具体是：作业人员将操控机构的各部件安装于河岸边的控制室中并连接好，将定位杆与主定位桩固定连接在一起；将浮沉机构和安装有adcp探头的梯形板运至水面设备上；

打桩步骤具体是：作业人员在预定的河床位置将主定位桩打入河床，打桩时定位绳顶端拴于水面设备上；河床具有波浪形的起伏形态，在主定位桩通向控制室方向的河床的波谷部位打入管路定位桩；

沉入浮沉机构和梯形板步骤具体是：在水面设备上连接好浮沉机构和梯形板，在水面设备上解开定位绳，然后将定位绳由下向上穿过气囊的中心孔、支撑板的中心孔和线路汇总板的中心孔，并将定位绳顶端拴于定位环上；将浮沉机构放入水中，水面设备上的作业人员使用带钩子的长杆拉紧定位绳的上部，使浮沉机构沿定位绳下沉；水面设备上的作业人员通过潜望镜或与水下摄像机相连接的显示屏观察气囊的中心通孔与定位杆的相对位置，利用长杆微调修正浮沉机构的位置，使定位杆插入中心通孔；

固定线缆总管步骤具体是：水下作业人员在水下将浮沉机构所连接的线缆总管拉向控制室方向，在浮沉机构处留下冗余长度从而允许浮沉机构在河水中升降；在经过管路定位桩时，使用管卡将线缆总管连接在管路定位桩上；水下作业人员将线缆总管的末端送入河岸边的控制室中；

连接操控机构步骤具体是：将通气管由线缆总管的末端拉出并与气泵的出气口相连接；将adcp探头的连接线由线缆总管的末端拉出并与电控装置相连接，完成贴底式adcp探头沉浮系统的安装工作。

本发明还公开了上述贴底式adcp探头沉浮系统的维护调试方法：

第一步骤是充气上浮；

通过电控装置启动气泵，通过通气管向气囊中充气，直到气囊中的压力达到预定值；此时在气囊浮力的作用下，浮沉机构和梯形板上浮至水面；

第二步骤是在水面进行维护调试；

作业人员在水面设备上对浮沉机构和梯形板上的各部件进行维护和或调试，其中最重要的是对adcp探头进行维护和或调试；

第三步骤是放气下沉；

通过电控装置打开放气电磁阀，气囊中的高压气体由放气电磁阀排出，当不再有气体通过放气电磁阀向外排出时气囊恢复常压状态，此时浮沉机构和梯形板在河水中下沉；水面设备上的作业人员使用带钩子的长杆拉紧定位绳的上部，使浮沉机构沿定位绳下沉；水面设备上的作业人员通过潜望镜或与水下摄像机相连接的显示屏观察气囊的中心通孔与定位杆的相对位置，利用长杆微调修正浮沉机构的位置，使定位杆插入中心通孔，完成维护调试工作。

本发明通过浮沉机构，可以将包括adcp探头在内的各部件上浮至水面进行维护和或调试，使维护调试工作不再需要在水下进行并且不再受到汛期影响，使作业人员免受涉水作业带来的人身危险，提高了维护调试工作的效率，提高了系统测流数据的准确性。

本发明的安装方法步骤简便，沉入浮沉机构和梯形板时，作业人员在水面设备上就能完成安装工作，使定位杆插入中心通孔，安装过程十分方便。

本发明中由于具有主定位桩和管路定位桩，因此浮沉机构以及线缆总管能够可靠地定位在安装位置，不会因水流而发生位移。

河水有时会裹挟着一些杂物，这些杂物如果冲击到悬臂管或线缆总管上，会使悬臂管或线缆总管受到损伤。管路定位桩和管卡的设置，使线缆总管可靠地贴在河床上，最大程度避免线缆总管或悬臂管受到河水冲来的物体的损伤。

本发明可以在河岸边的控制室中得到adcp探头的探测数据，可以在控制室中通过电控装置方便地控制浮沉机构的升降，使用十分方便。

定位绳大大方便了浮沉机构的下沉过程中的定位，能够使浮沉机构较为准确地落在预定位置。

本发明中维护调试方法的最主要优点就是避开了水下作业，在河面即可完成维护调试工作，工作效率高、不受汛期、河水流速以及水面高度等影响。通过气泵和放气电磁阀控制浮沉机构的上浮或下沉，操作简单且控制效果可靠。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是浮沉机构落在定位杆上的结构示意图；

图3是图2中a处的放大图；

图4是本发明的电控原理图。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明的贴底式adcp探头沉浮系统包括浮沉机构、梯形板6和操控机构；

浮沉机构包括圆形的支撑板1（支撑板1同时起到配重的作用），支撑板1下连接有用于控制浮沉的气囊2，支撑板1中部向上固定连接有圆形的线路汇总板3；支撑板1外缘左右对称设有两个连接点，位于正左方的连接点连接有与操控机构相连接的线缆总管4；线缆总管4的末端延伸至河岸上，线缆总管4均具有弹性，与支撑板1相邻的线缆总管4具有冗余长度；支撑板1位于气囊2上方，气囊2浮起时将支撑板1托至水面以上，便于作业人员进行维护工作。

位于正右方的连接点连接有与梯形板6相连接的悬臂管5，悬臂管5连接所述梯形板6；梯形板6通过十字形的抱箍支架连接有adcp探头7；抱箍支架为常规装置，图未示。

线路汇总板3内于中部位置设有中央腔室8，中央腔室8向两个连接点的方向连接有两个线路通道9，线路通道9开口在线路汇总板3的外缘上；梯形板6处的adcp探头7的连接线10经悬臂管5和线路通道9伸入中央腔室8，

气囊2内设有压力传感器11，气囊2连接有通气管12，通气管12和压力传感器11的连接线10伸入线缆总管4并沿线缆总管4延伸至河岸上与操控机构相连接；气囊2中充满气（充满气指气囊2中的气压达到预定值）时产生的浮力大于浮沉机构、悬臂管5和梯形板6的总重量，气囊2中的气压为常压（即打开放气电磁阀直到不再有气体向外流出时）时产生的浮力小于浮沉机构、悬臂管5和梯形板6的总重量；

操控机构包括电控装置13，电控装置13连接有显示屏14和气泵15；气泵15的出气口与所述通气管12相连接，气泵15出气口处的通气管12上设有放气电磁阀16，放气电磁阀16与电控装置13相连接；adcp探头7的连接线10由中央腔室8沿线缆总管4延伸至河岸上与电控装置13相连接；压力传感器11的连接线10与电控装置13相连接。

其中，抱箍支架为现有常规装置，图未示。悬臂管5优选通过活动关节连接梯形板6。

线缆总管4和悬臂管5均位于河床24底部，在河床24起伏的波谷部位的河床24内固定有管路定位桩17，管路定位桩17连接有管卡18，线缆总管4处的管卡18与线缆总管4相卡接，悬臂管5处的管卡18与悬臂管5相卡接。根据河床24具体形状管路定位桩17可以设有多个。

河水有时会裹挟着一些杂物，这些杂物如果冲击到悬臂管5或线缆总管4上，会使悬臂管5或线缆总管4受到损伤。管路定位桩17和管卡18的设置，使线缆总管4可靠地贴在河床24上，最大程度避免线缆总管4或悬臂管5受到河水冲来的物体的损伤。

浮沉机构下方的河床24内设有主定位桩19，主定位桩19的中心处向上连接有定位杆20；

气囊2的中心处、支撑板1的中心处以及线路汇总板3的中心处上下对应设有中心通孔21，浮沉机构下沉至河床24上时，定位杆20插入中心通孔且定位杆20的顶端位于支撑板1的中心通孔的中部；定位杆20顶端连接有具有弹性的定位绳22，线路汇总板3的中心通孔的顶部设有定位环23，定位绳22的上端与定位环23相连接。

所述电控装置13为单片机，优选采用51或52单片机，也可以采用plc。

本发明还公开了上述贴底式adcp探头沉浮系统的安装方法，按以下步骤进行：

首先是准备步骤；

其次是打桩步骤；

再次是沉入浮沉机构和梯形板6步骤；

再次是固定线缆总管4步骤；

最后是连接操控机构步骤。

准备步骤具体是：作业人员将操控机构的各部件安装于河岸边的控制室中并连接好，将定位杆20与主定位桩19固定连接在一起；将浮沉机构和安装有adcp探头7的梯形板6运至水面设备（如作业船只）上；

打桩步骤具体是：作业人员在预定的河床24位置将主定位桩19打入河床24，打桩时定位绳22顶端拴于水面设备上；河床24具有波浪形的起伏形态，在主定位桩19通向控制室方向的河床24的波谷部位打入管路定位桩17；

沉入浮沉机构和梯形板6步骤具体是：在水面设备上连接好浮沉机构和梯形板6，在水面设备上解开定位绳22，然后将定位绳22由下向上穿过气囊2的中心孔、支撑板1的中心孔和线路汇总板3的中心孔，并将定位绳22顶端拴于定位环23上；将浮沉机构放入水中，水面设备上的作业人员使用带钩子的长杆拉紧定位绳22的上部，使浮沉机构沿定位绳22下沉；水面设备上的作业人员通过潜望镜或与水下摄像机相连接的显示屏14观察气囊2的中心通孔与定位杆20的相对位置，利用长杆微调修正浮沉机构的位置，使定位杆20插入中心通孔；

固定线缆总管4步骤具体是：水下作业人员在水下将浮沉机构所连接的线缆总管4拉向控制室方向，在浮沉机构处留下冗余长度从而允许浮沉机构在河水中升降；在经过管路定位桩17时，使用管卡18将线缆总管4连接在管路定位桩17上；水下作业人员将线缆总管4的末端送入河岸边的控制室中；

连接操控机构步骤具体是：将通气管12由线缆总管4的末端拉出并与气泵15的出气口相连接；将adcp探头7的连接线10由线缆总管4的末端拉出并与电控装置13相连接，完成贴底式adcp探头沉浮系统的安装工作。

本发明还公开了上述贴底式adcp探头沉浮系统的维护调试方法：

第一步骤是充气上浮；

通过电控装置13启动气泵15，通过通气管12向气囊2中充气，直到气囊2中的压力达到预定值；此时在气囊2浮力的作用下，浮沉机构和梯形板6上浮至水面；

第二步骤是在水面进行维护调试；

作业人员在水面设备上对浮沉机构和梯形板6上的各部件进行维护和或调试，其中最重要的是对adcp探头7进行维护和或调试；

第三步骤是放气下沉；

通过电控装置13打开放气电磁阀16，气囊2中的高压气体由放气电磁阀16排出，当不再有气体通过放气电磁阀16向外排出时气囊2恢复常压状态，此时浮沉机构和梯形板6在河水中下沉；水面设备上的作业人员使用带钩子的长杆拉紧定位绳22的上部，使浮沉机构沿定位绳22下沉；水面设备上的作业人员通过潜望镜或与水下摄像机相连接的显示屏14观察气囊2的中心通孔与定位杆20的相对位置，利用长杆微调修正浮沉机构的位置，使定位杆20插入中心通孔，完成维护调试工作。

沉入浮沉机构和梯形板6时，作业人员在水面设备上就能完成安装工作，使定位杆20插入中心通孔，安装过程十分方便。

采用本发明，维护调试工作中无须进行水下作业，大大方便了维护调试工作，在汛期河道高水位高流速的条件下依然能够正常进行维护调试工作，避免了水下作业给作业人员带来的危险，提高了测流数据的准确性和精密度，提高了维护调试的效率。

十字形的抱箍支架可以实现adcp探头7水平方向360°角度调整，竖直方向90°俯仰角度调整。

其中，支撑板1和线路汇总板3以及梯形板6均由非导磁材料制成，避免adcp探头7工作时受材料磁性的影响而降低测流数据的准确性。非导磁材料有很多，如铝或不含铁的铝合金。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。