本實(shí)用新型涉及一種不同介質(zhì)厚度的自動(dòng)測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

淤泥厚度及水位測(cè)量在水庫(kù)容積測(cè)算、水庫(kù)及河道沉積監(jiān)測(cè)、河道水流量測(cè)算、河道清淤、排污管道淤積測(cè)量、環(huán)境治理等領(lǐng)域都有廣泛和迫切需求。目前沒(méi)有一種方法可以大面積、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)的對(duì)淤泥沉積的速度及厚度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)淤泥的傳統(tǒng)的測(cè)量方法有以下幾種：鉆孔取樣法，使用鉆機(jī)單點(diǎn)采集柱狀淤泥樣品，鉆孔取樣法人工介入高，效率低，時(shí)效性差，同時(shí)無(wú)法避免對(duì)淤泥的擾動(dòng)；靜力觸探法，通過(guò)單點(diǎn)測(cè)定淤泥對(duì)測(cè)桿的比貫入阻力來(lái)測(cè)定淤泥厚度，此方法測(cè)量誤差大且不便操作；放射線(xiàn)測(cè)量法，放射線(xiàn)法測(cè)量淤泥厚度精度較高，但對(duì)測(cè)量環(huán)境和測(cè)試人員存在放射性污染，測(cè)量繁瑣且風(fēng)險(xiǎn)較高；雙頻超聲波多普勒測(cè)量法，利用水和淤泥對(duì)不同頻率超聲波的傳導(dǎo)特性，測(cè)量水與淤泥的界面及淤泥底層與水的距離，這種方法當(dāng)?shù)撞看嬖诔浞殖练e排水的固化淤泥是誤差較大，且操作麻煩設(shè)備復(fù)雜。同時(shí)，目前在渠道水量計(jì)量上，無(wú)論采用水位流量關(guān)系法還是斷面流速法，都無(wú)法解決淤泥沉積對(duì)水位和斷面面積測(cè)算帶來(lái)的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)目前沒(méi)有一種測(cè)量方法能夠長(zhǎng) 期、自動(dòng)地對(duì)淤泥進(jìn)行監(jiān)測(cè)的不足，如何解決即時(shí)、自動(dòng)、大范圍的長(zhǎng)期測(cè)量淤泥的厚度、監(jiān)測(cè)淤泥的沉積問(wèn)題。提供一種可以長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)需人工干預(yù)的監(jiān)測(cè)淤泥的厚度、水位的高度，并分析淤泥的沉積規(guī)律、水位的變化情況的不同介質(zhì)厚度的自動(dòng)測(cè)量裝置。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：一種不同介質(zhì)厚度的自動(dòng)測(cè)量裝置，包括主控器、供電裝置、電容測(cè)量裝置和多個(gè)電容測(cè)鍵；

所述主控器分別與供電裝置和電容測(cè)量裝置相連接；

所述供電裝置為電容測(cè)量裝置供電；

所述電容測(cè)量裝置分別與多個(gè)電容測(cè)鍵相連接；測(cè)量每個(gè)電容測(cè)鍵的電容值。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型可以長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)需人工干預(yù)的監(jiān)測(cè)淤泥的厚度、水位的高度，在分析淤泥的沉積規(guī)律、水位的變化情況，以及測(cè)算庫(kù)容或水流量上有著廣泛的應(yīng)用前景。本實(shí)用新型準(zhǔn)確性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、安放簡(jiǎn)單、后期維護(hù)量小，便于大面積廣泛投入，用于監(jiān)測(cè)水庫(kù)、河道、管道的淤泥厚度、水位高度，以及庫(kù)容計(jì)算和水量計(jì)量；本實(shí)用新型利用不同介質(zhì)的介電常數(shù)不同，在空氣中、水中、高含水率淤泥和低含水率淤泥中的介電常數(shù)都不同，因此在不同介質(zhì)測(cè)得的電容值數(shù)據(jù)不同，根據(jù)電容值數(shù)據(jù)突變的位置就可知此處為介質(zhì)變化的位置，從而分辨水位深度和淤泥厚度，甚至可以測(cè)得不同含水率淤泥的厚度。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，還包括電路板，所述電容測(cè)鍵均勻陣列在電路板正面，所述電路板反面設(shè)置電容測(cè)量裝置。

進(jìn)一步，還包括金屬外殼，所述金屬外殼和電路板共同構(gòu)成封閉柱狀結(jié)構(gòu)；所述電路板反面與金屬外殼共同構(gòu)成一個(gè)封閉腔體；

所述供電裝置設(shè)置在所述封閉腔體內(nèi)。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，將電池放在外殼內(nèi)進(jìn)行防水保護(hù)，增加電池壽命。

進(jìn)一步，所述封閉腔體上下兩端分別通過(guò)密封頂蓋和密封底蓋封閉。

進(jìn)一步，還包括固定鋼桿，所述封閉腔體接近密封頂蓋的位置設(shè)有主控器；所述封閉腔體底部與固定鋼桿相連接。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，固定鋼桿將測(cè)量裝置固定在固定位置，便于測(cè)量的進(jìn)行。

進(jìn)一步，所述封閉腔體內(nèi)填充有海綿體，所述海綿體環(huán)設(shè)與供電裝置周?chē)?/p>

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，通過(guò)海綿體將供電裝置的位置進(jìn)行固定，是供電裝置能夠穩(wěn)定供電。

進(jìn)一步，所述封閉腔體內(nèi)填充有密封樹(shù)脂。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，通過(guò)在外殼內(nèi)部填充密封樹(shù)脂，使外殼內(nèi)密封。

進(jìn)一步，所有所述電容測(cè)鍵設(shè)置在多個(gè)電路板上，兩個(gè)所述電路板之間通過(guò)鍵容電路擴(kuò)展連接焊盤(pán)連接。

進(jìn)一步，還包括輔助連接銅柱，所述輔助連接銅柱輔助鍵容電路擴(kuò)展連接焊盤(pán)連接兩個(gè)所述電路板。

進(jìn)一步，還包括天線(xiàn)，所述天線(xiàn)設(shè)置在封閉腔體頂部，與主控器相連接。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，通過(guò)天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)主控器與外部裝置的通信。

進(jìn)一步，還包括底座，所述固定鋼桿固定在底座內(nèi)。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是，通常底座采用混凝土制成，將固定鋼桿固定在混凝土底座中，保證了裝置的位置穩(wěn)定性。

本實(shí)用新型采用的平面曲線(xiàn)離散點(diǎn)集拐點(diǎn)查找算法是現(xiàn)有技術(shù)中常用 的拐點(diǎn)查找算法，從空氣介質(zhì)到水介質(zhì)的界面出現(xiàn)第一個(gè)拐點(diǎn)，從水介質(zhì)到淤泥介質(zhì)的界面出現(xiàn)第二個(gè)拐點(diǎn)，如淤泥分為含水率高和含水率低兩種，其含水率高淤泥和含水率低淤泥的界面出現(xiàn)第三個(gè)拐點(diǎn)，如測(cè)量其他介質(zhì)也是一樣的。

利用介質(zhì)不同介電常數(shù)不同的物理性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，其中：空氣ε_r為1，水ε_r為80，高含水率淤泥ε_r為30-80，低含水率淤泥為ε_r為5-30。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1所述的一種不同介質(zhì)厚度的自動(dòng)測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例所述的一種不同介質(zhì)厚度的自動(dòng)測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型具體示例所述的一種不同介質(zhì)厚度的自動(dòng)測(cè)量裝置局部正面圖；

圖4為本實(shí)用新型具體示例所述的一種不同介質(zhì)厚度的自動(dòng)測(cè)量裝置局部反面圖；

圖5為本實(shí)用新型具體示例中0-249電容測(cè)鍵測(cè)得的電容值曲線(xiàn)圖。

附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：

1、主控器，2、供電裝置，3、電容測(cè)量裝置，4、電容測(cè)鍵，5、天線(xiàn)，6、密封頂蓋，7、海綿體，8、密封樹(shù)脂，9、金屬外殼，10、底座，11、密封底蓋，12、容鍵電路擴(kuò)展連接焊盤(pán)，13、輔助連接銅柱，14、固定鋼桿。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。

如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例1所述的一種不同介質(zhì)厚度的自動(dòng)測(cè)量裝置，包括主控器1、供電裝置2、電容測(cè)量裝置3和多個(gè)電容測(cè)鍵4；

所述主控器1分別與供電裝置2和電容測(cè)量裝置3相連接；

所述供電裝置2為電容測(cè)量裝置3供電；

所述電容測(cè)量裝置3分別與多個(gè)電容測(cè)鍵4相連接；測(cè)量每個(gè)電容測(cè)鍵4的電容值。

實(shí)施例2所述的測(cè)量裝置，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，還包括電路板，所述電容測(cè)鍵4均勻陣列在電路板正面，所述電路板反面設(shè)置電容測(cè)量裝置3。

如圖2所示，實(shí)施例3所述的測(cè)量裝置，在實(shí)施例1或2的基礎(chǔ)上，還包括金屬外殼9，所述金屬外殼9和電路板共同構(gòu)成封閉柱狀結(jié)構(gòu)；所述電路板反面與金屬外殼共同構(gòu)成一個(gè)封閉腔體；

所述供電裝置2設(shè)置在所述封閉腔體內(nèi)。

實(shí)施例4所述的測(cè)量裝置，在實(shí)施例3的基礎(chǔ)上，所述封閉腔體上下兩端分別通過(guò)密封頂蓋6和密封底蓋11封閉。

實(shí)施例5所述的測(cè)量裝置，在實(shí)施例3或4的基礎(chǔ)上，還包括固定鋼桿14，所述封閉腔體接近密封頂蓋6的位置設(shè)有主控器1；所述封閉腔體底部與固定鋼桿14相連接。

實(shí)施例6所述的測(cè)量裝置，在實(shí)施例3-5任一項(xiàng)的基礎(chǔ)上，所述封閉腔體內(nèi)填充有海綿體7，所述海綿體7環(huán)設(shè)與供電裝置2周?chē)?/p>

實(shí)施例7所述的測(cè)量裝置，在實(shí)施例3-6任一項(xiàng)的基礎(chǔ)上，所述封閉腔體內(nèi)填充有密封樹(shù)脂8。

實(shí)施例8所述的測(cè)量裝置，在實(shí)施例2-7任一項(xiàng)的基礎(chǔ)上，所有所述電容測(cè)鍵4設(shè)置在多個(gè)電路板上，兩個(gè)所述電路板之間通過(guò)鍵容電路擴(kuò)展連接 焊盤(pán)12連接。

實(shí)施例9所述的測(cè)量裝置，在實(shí)施例8的基礎(chǔ)上，還包括輔助連接銅柱13，所述輔助連接銅柱13輔助鍵容電路擴(kuò)展連接焊盤(pán)12連接兩個(gè)所述電路板。

實(shí)施例10所述的測(cè)量裝置，在實(shí)施例2-9任一項(xiàng)的基礎(chǔ)上，還包括天線(xiàn)5，所述天線(xiàn)5設(shè)置在封閉腔體頂部，與主控器1相連接。

實(shí)施例11所述的測(cè)量裝置，在實(shí)施例5-11任一項(xiàng)的基礎(chǔ)上，還包括底座10，所述固定鋼桿14固定在底座10內(nèi)。

本實(shí)用新型所述的一種不同介質(zhì)厚度的自動(dòng)測(cè)量裝置在具體示例中應(yīng)用如下：

采用本實(shí)用新型所述的一種不同介質(zhì)厚度的自動(dòng)測(cè)量裝置測(cè)量淤泥的厚度和水位的深度，首先將測(cè)量裝置插入所需測(cè)量位置。

深度方向上離散分布的電容測(cè)鍵，利用空氣、水、淤泥的介電常數(shù)差異進(jìn)行電容值測(cè)量。

測(cè)量裝置其主要組成為：多點(diǎn)電容測(cè)鍵電路板、低功耗主控板1(相當(dāng)于本實(shí)用新型中主控器)、供電電池2(相當(dāng)于本實(shí)用新型供電裝置)。多點(diǎn)電容測(cè)鍵電路板，正面為離散分布的電容測(cè)鍵4，反面為電容測(cè)量電路3(相當(dāng)于本實(shí)用新型的電容測(cè)量裝置)及可擴(kuò)展串行通訊總線(xiàn)。

多點(diǎn)電容測(cè)鍵電路板通過(guò)串行數(shù)據(jù)總線(xiàn)和供電電源線(xiàn)與主控板的接口相連。主控板可以利用板上的電源管理電路打開(kāi)或關(guān)閉多點(diǎn)電容測(cè)鍵電路板的電源，并可以通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)采集每個(gè)測(cè)鍵電容值。

利用介質(zhì)不同介電常數(shù)不同的物理性質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，其中：空氣εr為1，水εr為80，高含水率淤泥εr 30-80，低含水率淤泥為εr5-30。

當(dāng)采集條件滿(mǎn)足時(shí)，主控板接通多點(diǎn)電容測(cè)鍵電路板的電源，然后通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)在深度方向上，測(cè)量每個(gè)電容測(cè)鍵的電容值。

利用平面曲線(xiàn)離散點(diǎn)集拐點(diǎn)查找算法，分別查找電容值數(shù)據(jù)序列的拐點(diǎn)。曲線(xiàn)拐點(diǎn)是由于不同介質(zhì)的介電常數(shù)變化造成的，拐點(diǎn)出現(xiàn)的位置就是介質(zhì)分層的位置。利用各拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)電容測(cè)鍵的位置乘以電容測(cè)鍵的間距計(jì)算出淤泥厚度和水位深度。

以上具體示例所述的自動(dòng)測(cè)量裝置，構(gòu)成一種多點(diǎn)電容測(cè)鍵及多點(diǎn)電導(dǎo)測(cè)點(diǎn)式淤泥、水位測(cè)量?jī)x，其結(jié)構(gòu)，如圖2所示：傳輸天線(xiàn)5固定在密封頂蓋6上；密封頂蓋6、充填密封樹(shù)脂8對(duì)金屬外殼9的內(nèi)腔進(jìn)行密封，里面安裝主控板2和電池3，海綿體7對(duì)電池?fù)闲灾?；電容測(cè)量PCB組3被PCB表層密封樹(shù)脂8、矩形孔密封底蓋11和金屬外殼9的PCB槽密封，PCB組的上端通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與主控板1連接；固定鋼桿14澆注在混凝土底座10中并埋在河床或渠底內(nèi)，固定鋼桿穿過(guò)矩形孔密封底蓋11，頂?shù)匠涮蠲芊鈽?shù)脂8的下側(cè)，通過(guò)固定鋼桿14完成對(duì)測(cè)量?jī)x的固定。

如圖3、4所述：電容測(cè)量PCB組3正面離散分布著多個(gè)電容測(cè)鍵4，反面分布著電容測(cè)鍵的測(cè)量電路，電容測(cè)量電路由兩根電源線(xiàn)和兩根數(shù)據(jù)線(xiàn)完成上下級(jí)的級(jí)聯(lián)，級(jí)聯(lián)通過(guò)4個(gè)PCB擴(kuò)展連接焊盤(pán)12和4個(gè)錫焊輔助連接銅柱13采用錫焊方式完成多個(gè)PCB的電氣和結(jié)構(gòu)連接。

其具體使用方法，包括以下步驟：

主處理器固定周期喚醒一次比對(duì)系統(tǒng)預(yù)設(shè)周期是否達(dá)到，未到達(dá)周期系統(tǒng)繼續(xù)睡眠等待，已到達(dá)系統(tǒng)喚醒進(jìn)入下一流程。

打開(kāi)電容掃描測(cè)量電路電源。

延時(shí)1ms等待電路穩(wěn)定。

驅(qū)動(dòng)電容掃描測(cè)量電路順序測(cè)量每個(gè)電容測(cè)鍵的電容值，并將數(shù)據(jù)序列存入系統(tǒng)內(nèi)存。如圖5所示，為本實(shí)用新型具體示例中0-249電容測(cè)鍵測(cè)得的電容值曲線(xiàn)圖，其中單位為pF。

關(guān)閉電容掃描測(cè)量電路電源。

利用平面曲線(xiàn)離散點(diǎn)集拐點(diǎn)查找算法，對(duì)所有電容值數(shù)據(jù)利用平面曲線(xiàn)離散點(diǎn)集拐點(diǎn)查找算法查找拐點(diǎn)，查找電容值數(shù)據(jù)序列的2個(gè)拐點(diǎn)，

將各個(gè)拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電容測(cè)鍵的位置乘以電容測(cè)鍵的間距計(jì)算得出不同介質(zhì)的厚度，得到對(duì)應(yīng)的淤泥深度值、水位深度值存入內(nèi)存。

啟動(dòng)選定傳輸電路電源，將數(shù)據(jù)發(fā)送至上一級(jí)接收端。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。