本發(fā)明涉及巖土工程，具體地講，涉及一種用于巖土工程勘察的水位測(cè)定裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、在巖土工程勘察中，水位的準(zhǔn)確測(cè)定對(duì)于評(píng)估地質(zhì)穩(wěn)定性和地下水資源具有重要意義。傳統(tǒng)的水位測(cè)定方法通常依賴于人工測(cè)量，這不僅耗時(shí)耗力，而且容易受到人為誤差的影響。此外，水下環(huán)境的復(fù)雜性也給測(cè)量帶來了挑戰(zhàn)。為了解決這些問題，自動(dòng)化和智能化的水位測(cè)定裝置應(yīng)運(yùn)而生，它們能夠提供更準(zhǔn)確、更高效的測(cè)量結(jié)果；

2、經(jīng)檢索，申請(qǐng)?zhí)枮?01810790224.5的明一種巖土工程勘察水位測(cè)定裝置公開了一種通過地下水對(duì)彈性薄膜擠壓，配合氣囊充氣對(duì)有色液體進(jìn)行擠壓，使得有色液體的液位改變，進(jìn)行地下水位測(cè)定的裝置，能夠有效提高對(duì)巖土地下水位測(cè)量準(zhǔn)確度。其特征在于主體鉆孔裝置由透明管、鉆頭、旋轉(zhuǎn)切片、中空管和蓋板組成，鉆頭置于中空管一端上，所述鉆頭為倒置的圓錐型結(jié)構(gòu)，且底部頂點(diǎn)置有弧形凹面，所述中空管另一端為喇叭狀，多個(gè)旋轉(zhuǎn)切片分別置于鉆頭外側(cè)，所述旋轉(zhuǎn)切片外側(cè)面為弧形面，且底部為尖狀結(jié)構(gòu)，透明管一端置于中空管另一端上，且和中空管相連通，蓋板置于透明管另一端上，所述中空管外壁上置有刻度，該裝置種通過地下水對(duì)彈性薄膜擠壓，配合氣囊充氣對(duì)有色液體進(jìn)行擠壓，使得有色液體的液位改變，進(jìn)行地下水位測(cè)定的裝置。能夠有效提高對(duì)巖土地下水位測(cè)量準(zhǔn)確度，但是這種測(cè)定方法往往會(huì)受到壓強(qiáng)和浮力的干擾，并且人工讀數(shù)可能會(huì)造成誤差，因此設(shè)計(jì)了一種較為準(zhǔn)確的不需要人工讀數(shù)且規(guī)避了水的浮力等影響因素的水位測(cè)定裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種用于巖土工程勘察的水位測(cè)定裝置及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)水位測(cè)定。

2、一種用于巖土工程勘察的水位測(cè)定裝置，包括支撐桿，其特征在于：所述支撐桿被移動(dòng)套環(huán)穿過，移動(dòng)套環(huán)能夠沿著所述支撐桿移動(dòng)，用于調(diào)節(jié)移動(dòng)套環(huán)的位置，所述移動(dòng)套環(huán)固定連接對(duì)稱的固定環(huán)，對(duì)稱的所述固定環(huán)之間固定固定塊，所述固定塊固定連接第三電機(jī)，所述第三電機(jī)的輸出軸固定連接支撐板的一側(cè)，所述支撐板的另一側(cè)固定連接u形管一，所述u形管一的兩側(cè)上端通過上聯(lián)通管固定聯(lián)通，所述u形管一的兩側(cè)之間設(shè)置有上攝像頭，所述u形管一內(nèi)液面高度對(duì)應(yīng)所述上攝像頭，所述上攝像頭固定連接上攝像頭支撐座，所述上攝像頭支撐座的兩側(cè)分別固定所述上攝像頭，所述u形管一的兩側(cè)分別對(duì)應(yīng)一個(gè)所述上攝像頭；

3、所述支撐桿的下端轉(zhuǎn)動(dòng)連接支撐軸，所述支撐軸固定連接支撐塊，所述支撐塊的上側(cè)固定連接電機(jī)支座，所述電機(jī)支座固定第一電機(jī)，所述第一電機(jī)的輸出軸固定連接下攝像頭固定架，所述下攝像頭固定架的另一側(cè)中心固定連接u形管二，所述u形管二的兩側(cè)上端通過下聯(lián)通管固定聯(lián)通，所述下聯(lián)通管的兩側(cè)分別設(shè)置有下攝像頭，所述下攝像頭為兩個(gè)且分別固定在下攝像頭支撐座的兩側(cè)，所述下攝像頭支撐座固定所述支撐塊；

4、所述支撐桿和u形管一之間設(shè)置有角度傳感器，用于判斷支撐桿和u形管一相對(duì)的角度，所述支撐桿和u形管二之間設(shè)置有角度傳感器，用于判斷支撐桿和u形管二相對(duì)的角度，所述u形管一上設(shè)置有距離傳感器接收端，所述u形管二上設(shè)置有距離傳感器的發(fā)射端，所述距離傳感器用于判斷所述u形管一和u形管二之間的距離；

5、所述u形管二的兩側(cè)通過下聯(lián)通管固定聯(lián)通，所述u形管二內(nèi)液面高度對(duì)應(yīng)所述下攝像頭，通過連通器原理，因此所述u形管二的兩側(cè)液面處于持平狀態(tài)，所述下攝像頭對(duì)兩側(cè)的u形管二的內(nèi)部的兩側(cè)的液面實(shí)施拍攝監(jiān)控，并將兩側(cè)液面信息對(duì)比，在攝像頭的視角下兩側(cè)液面一高一低時(shí)，控制器控制所述第一電機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)所述下攝像頭固定架進(jìn)行補(bǔ)償轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)u形管二轉(zhuǎn)動(dòng)，直至下攝像頭兩側(cè)觀察到的液面在兩個(gè)下攝像頭的同一位置即起始位置，此時(shí)下攝像頭拍到的所述u形管二的兩側(cè)液面對(duì)齊，從而使所述支撐塊保持水平，從而能夠準(zhǔn)確判斷各種相對(duì)的角度距離；

6、所述u形管一的兩側(cè)通過上聯(lián)通管固定聯(lián)通，通過連通器原理，因此所述u形管一的兩側(cè)液面處于持平狀態(tài)，所述上攝像頭對(duì)兩側(cè)的u形管一的內(nèi)部的兩側(cè)的液面實(shí)施拍攝監(jiān)控，并將兩側(cè)液面信息對(duì)比，在攝像頭的視角下兩側(cè)液面一高一低時(shí)，控制器控制所述第三電機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)所述支撐板進(jìn)行補(bǔ)償轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)u形管一轉(zhuǎn)動(dòng)，直至上攝像頭兩側(cè)觀察到的液面在兩個(gè)上攝像頭的同一位置即起始位置，此時(shí)上攝像頭拍到的所述u形管一的兩側(cè)液面對(duì)齊，從而使所述支撐板保持水平，從而能夠準(zhǔn)確判斷各種相對(duì)的角度距離；

7、所述u形管一和u形管二內(nèi)液面上方為空氣，且所述u形管一和上聯(lián)通管之間密封處理，所述u形管二和下連通管之間密封處理，不會(huì)漏氣漏液，在重力作用和水流共同作用下，所述u形管一兩側(cè)液面持平，所述u形管二和u形管一內(nèi)的液面不會(huì)受到外部的影響，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的水位測(cè)定。

8、根據(jù)上攝像頭和下攝像頭分別拍攝的上側(cè)的u形管一和下側(cè)的u形管二內(nèi)液面處于對(duì)齊狀態(tài)后角度傳感器測(cè)定的角度，以及距離傳感器測(cè)定的u形管一和u形管二之間的距離，判定豎直方向的距離即水面高度，在直角三角形中，在一條邊長(zhǎng)和兩個(gè)角度已知時(shí)，通過正弦定理求出另外兩條邊的長(zhǎng)度，正弦定理的表述公式為當(dāng)三角形三個(gè)角分別為a、b、c(其中∠c＝90°)，其三個(gè)角對(duì)邊分別為a、b、c，則有：已知斜邊c的長(zhǎng)度，則：

9、a＝c·sina

10、b＝c·sinb

11、當(dāng)已知u形管一上的角度傳感器測(cè)得的角度和u形管二上測(cè)得的角度以及距離傳感器測(cè)得的距離后，通過正弦定理即可得出水面的高度。

12、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述支撐塊的下側(cè)固定限位條，所述限位條的中心固定套筒，所述套筒的兩端分別鉸接對(duì)稱的連桿，對(duì)稱的所述連桿的另一端分別鉸接邊條的一側(cè)兩端，所述邊條的下側(cè)分別固定三角塊，所述套筒內(nèi)設(shè)置有伸縮桿，所述伸縮桿的下端固定固定桿，所述固定桿固定在底座上側(cè)，所述固定桿的一側(cè)兩端分別鉸接擺動(dòng)臂，所述擺動(dòng)臂的另一端分別鉸接對(duì)應(yīng)的所述連桿。

13、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述固定桿的上側(cè)固定彈簧的下端，所述彈簧的下端固定連接所述套筒的下側(cè)，所述彈簧環(huán)套所述伸縮桿。

14、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，每個(gè)所述三角塊的下側(cè)斜面和底座的下側(cè)分別固定有一組均勻排布的抓地釘，所述三角塊的下側(cè)固定的所述抓地釘?shù)闹行妮S線和所述三角塊的下側(cè)斜面垂直設(shè)置。

15、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述下攝像頭固定架的上側(cè)中心固定連接浮力塊。

16、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，所述支撐桿的上端設(shè)有螺紋，所述支撐桿的上端通過螺紋配合螺母，所述螺母防止所述移動(dòng)套環(huán)脫離所述支撐桿。

17、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，還設(shè)置有控制器，所述控制器和上攝像頭、下攝像頭通過傳輸模塊通信，所述控制器控制所述第一電機(jī)和第三電機(jī)。

18、一種用于巖土工程勘察的水位測(cè)定裝置及方法的使用方法，包括以下步驟：

19、步驟一：確保螺母已經(jīng)固定在支撐桿的上端，防止移動(dòng)套環(huán)在使用過程中脫離；

20、步驟二：手持支撐桿將本裝置置入水中，由于移動(dòng)套環(huán)和固定環(huán)均為浮漂材質(zhì)，在浮力作用下，u形管一和上聯(lián)通管和上攝像頭浮在水面。

21、步驟三：通過控制器啟動(dòng)，上攝像頭和下攝像頭，分別開始監(jiān)控u形管一和u形管二的液面情況，當(dāng)控制器檢測(cè)到u形管一或者u形管二內(nèi)兩側(cè)的液面在對(duì)應(yīng)的上攝像頭或下攝像頭的拍攝內(nèi)處于一高一低的液面狀態(tài)時(shí)，它會(huì)自動(dòng)控制第三電機(jī)或第一電機(jī)啟動(dòng)，調(diào)節(jié)u形管一或u形桿二的位置，直至下攝像頭內(nèi)成像的兩側(cè)液面處于對(duì)齊狀態(tài)以及上攝像頭內(nèi)成像的兩側(cè)液面處于對(duì)齊狀態(tài)，此時(shí)上攝像頭兩側(cè)觀察到的液面在上攝像頭的同一位置即起始位置，下攝像頭兩側(cè)觀察到的液面在下攝像頭的同一位置即起始位置，從而使支撐板和支撐塊保持水平，從而能夠準(zhǔn)確判斷各種相對(duì)的角度距離，角度傳感器分別測(cè)得u形管一和u形管二的角度，距離傳感器測(cè)得u形管一和u形管二之間的距離；

22、步驟四：根據(jù)正弦定理，求得豎直方向的距離即水面高度。

23、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，在所述步驟二中，底座接觸水底時(shí)，由于水底的地面可能不平整導(dǎo)致支撐軸和支撐桿發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)底座完全接觸水底，底座觸底后，底座壓縮彈簧，底座帶動(dòng)伸縮桿沿著套筒移動(dòng)，底座通過固定桿帶動(dòng)擺動(dòng)臂擺動(dòng)，擺動(dòng)臂帶動(dòng)連桿擺動(dòng)，連桿通過邊條帶動(dòng)三角塊擺動(dòng)，底座和三角塊分別帶動(dòng)對(duì)應(yīng)的抓地釘接觸河底且插入河道底部，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)裝置的支撐。

24、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步限定，在所述步驟三中，第一電機(jī)工作帶動(dòng)下攝像頭固定架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，浮力塊為具有浮力，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)下攝像頭固定架調(diào)節(jié)時(shí)起到輔助作用，通過浮力減少水流對(duì)下攝像頭固定架產(chǎn)生的阻力，減少第一電機(jī)的壓力。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

26、上攝像頭和下攝像頭的設(shè)置，使得裝置能夠同時(shí)監(jiān)控u形管一和u形管二兩側(cè)液面的高度，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性，通過電機(jī)控制的自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制，本裝置能夠確保攝像頭內(nèi)拍攝的畫面顯示u形管內(nèi)的液面保持對(duì)齊狀態(tài)，下攝像頭對(duì)兩側(cè)的u形管二的內(nèi)部的兩側(cè)的液面實(shí)施拍攝監(jiān)控，并將兩側(cè)液面信息對(duì)比，在攝像頭的視角下兩側(cè)液面一高一低時(shí)，控制器控制所述第一電機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)所述下攝像頭固定架進(jìn)行補(bǔ)償轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)u形管二轉(zhuǎn)動(dòng)，直至下攝像頭兩側(cè)觀察到的液面在兩個(gè)下攝像頭的同一位置即起始位置，此時(shí)下攝像頭拍到的所述u形管二的兩側(cè)液面對(duì)齊，從而使所述支撐塊保持水平，從而能夠準(zhǔn)確判斷各種相對(duì)的角度距離；

27、上攝像頭對(duì)兩側(cè)的u形管一的內(nèi)部的兩側(cè)的液面實(shí)施拍攝監(jiān)控，并將兩側(cè)液面信息對(duì)比，在攝像頭的視角下兩側(cè)液面一高一低時(shí)，控制器控制所述第三電機(jī)啟動(dòng)帶動(dòng)所述支撐板進(jìn)行補(bǔ)償轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)u形管一轉(zhuǎn)動(dòng)，直至上攝像頭兩側(cè)觀察到的液面在兩個(gè)上攝像頭的同一位置即起始位置，此時(shí)上攝像頭拍到的所述u形管一的兩側(cè)液面對(duì)齊，從而使所述支撐板保持水平，從而能夠準(zhǔn)確判斷各種相對(duì)的角度距離；

28、根據(jù)攝像頭拍攝的上側(cè)的u形管一和下側(cè)的u形管二內(nèi)液面處于對(duì)齊狀態(tài)后角度傳感器測(cè)定的角度，判定豎直方向的距離即水面高度，在直角三角形中，在一條邊長(zhǎng)和兩個(gè)角度已知時(shí)，通過正弦定理求出另外兩條邊的長(zhǎng)度，正弦定理的表述公式為當(dāng)三角形三個(gè)角分別為a、b、c(其中∠c＝90°)，其三個(gè)角對(duì)邊分別為a、b、c，則有：已知斜邊c的長(zhǎng)度，則：

29、a＝c·sina

30、b＝c·sinb

31、當(dāng)已知u形管一上的角度傳感器測(cè)得的角度和u形管二上測(cè)得的角度以及距離傳感器測(cè)得的距離后，通過正弦定理即可得出水面的高度。

32、通過底座和三角塊的設(shè)計(jì)，裝置能夠適應(yīng)不平整的水底環(huán)境，確保穩(wěn)定測(cè)量，浮力塊的使用減少了水流對(duì)下攝像頭固定架的影響，降低了電機(jī)的負(fù)載。

33、支撐桿上端的螺紋和螺母設(shè)計(jì)，確保了移動(dòng)套環(huán)在使用過程中的穩(wěn)定性。