一種地下水流速流向單孔測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種地下水流速流向測量裝置，屬于地質(zhì)工程地下水測量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]大量地質(zhì)工程經(jīng)驗表明，滑坡巖土體的失穩(wěn)、變形與降雨活動，庫水位升降，工業(yè)廢水排放等水文環(huán)境變化形成的地下水滲流有著密切聯(lián)系。為了準(zhǔn)確評價地下水滲流活動與滑坡災(zāi)害之間的對應(yīng)關(guān)系、監(jiān)測滑坡體中滑面至坡面間垂直區(qū)域內(nèi)地下水滲流流速流向變化，必須通過精密儀器準(zhǔn)確的掌握地下水的活動情況。
[0003]目前測定地下水的流速流向的方法有很多，主要可以分為間接的抽水實驗法和直接的示蹤法，抽水實驗法通過三角形鉆孔法繪得等水位線圖，間接算得滲流流向，但結(jié)果可靠性和代表性差，操作復(fù)雜，尤其在含水層大埋深時更難實施。示蹤法通過對人工示蹤劑隨滲流的運動的監(jiān)測可以達到測定流向的目的，所采用的示蹤劑如放射性元素、鹽、純水、溫度、顏料等由于其方法或材料自身的因素，或多或少都存在一定的局限性，例如放射性示蹤劑種類少且每次使用前都需重新檢驗其是否適用。此外還存在一些化學(xué)法、比色法等單井測量方法，但測量結(jié)果需要修正、操作復(fù)雜。
[0004]國內(nèi)測量地下滲流流向的單井儀器較少，相關(guān)的儀器有專利85107160中介紹的熱釋光同位素示蹤測量裝置、專利101782591溫度示蹤劑探測裝置、專利102445307單井聲吶測流方法等。國外的相關(guān)儀器造價高，難于普遍應(yīng)用。因此，研究和設(shè)計一款體積小巧、結(jié)構(gòu)簡單、功耗較低、操作方便、性能可靠的單井地下滲流流速流向測量儀既是滑坡勘測活動的必需，也是一項重要技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，并提供一種用于滑坡勘測、具有流速流向跟蹤功能、跟蹤機構(gòu)位置檢測功能以及跟蹤機構(gòu)復(fù)位功能的地下水流速流向單孔測量裝置，測量裝置能夠控制自身復(fù)位，實現(xiàn)重復(fù)和連續(xù)測量。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案為，一種地下水流速流向單孔測量裝置，包括由從上至下順序連接的封閉的控制室、連接筒和底盤構(gòu)成的外部支撐，以及安裝于外部支撐中的滲流跟蹤單元、位置檢測單元和控制器，連接筒上開設(shè)有過水窗，復(fù)位單元和控制器均封裝于控制室中；所述滲流跟蹤單元包括上頂針、下頂針、轉(zhuǎn)軸和滲流跟蹤桿，上頂針、轉(zhuǎn)軸和下頂針沿豎直方向順序安裝并且同軸，轉(zhuǎn)軸通過上頂針與下頂針抵緊固定，上頂針與下頂針的另一端分別安裝于控制室與底盤中，滲流跟蹤桿沿水平方向固定于轉(zhuǎn)軸中并且兩端均突出于轉(zhuǎn)軸外，滲流跟蹤桿的其中一端設(shè)有尺寸小于過水窗尺寸的膨脹部;所述位置檢測單元包括顏色碼盤和顏色識別模塊，所述顏色碼盤固定于轉(zhuǎn)軸的上部，顏色識別模塊安裝于上頂針上并且與控制器電性連接。
[0007]控制室中設(shè)有由3個以上與控制器電性連接的電磁鐵構(gòu)成的復(fù)位單元，各電磁鐵分別位于控制室下部沿周向均勻開設(shè)的與電磁鐵數(shù)量相同的安裝槽中。
[0008]所述膨脹部由可磁化材料制成并且位于電磁鐵下方。
[0009]所述轉(zhuǎn)軸兩端的軸心處均開設(shè)有圓錐狀的沉孔，沉孔的錐度大于上頂針與下頂針的頂針錐度。
[0010]所述顏色碼盤為上表面帶有環(huán)形漸變色帶的圓盤，顏色碼盤與轉(zhuǎn)軸同軸安裝。
[0011]所述顏色識別模塊為由顏色識別芯片和發(fā)光二極管構(gòu)成的集成電路板，顏色識別模塊通過透明防水密封膜封裝。
[0012]控制室底部的中心開設(shè)有階梯軸孔，所述上頂針為與階梯軸孔間隙配合的階梯軸，上頂針的小軸徑段上套設(shè)有壓簧，壓簧通過軸肩和階梯軸孔的臺階限位。
[0013]所述滲流跟蹤桿由平衡軸、調(diào)節(jié)彈簧和平衡球構(gòu)成，所述平衡軸為階梯軸，轉(zhuǎn)軸套于平衡軸的小軸段上并且通過軸肩限位，平衡球螺紋安裝于平衡軸的小軸段的端部構(gòu)成膨脹部，調(diào)節(jié)彈簧套于平衡軸位于平衡球與轉(zhuǎn)軸之間的小軸段上。
[0014]所述連接筒上沿周向均勻開設(shè)有3個過水窗，過水窗的面積為連接筒筒壁表面積的0.25?0.3倍。
[0015]所述控制室通過頂蓋封閉，控制室與頂蓋通過密封圈密封，控制器通過電纜與外設(shè)設(shè)備進行數(shù)據(jù)通訊，頂蓋上開設(shè)有電纜線孔，電纜與電纜線孔之間通過防水密封膠密封，所述底盤的外表面為弧面。
[0016]由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的地下水流速流向單孔測量裝置，通過順序連接的控制室、連接筒和底盤構(gòu)成裝置的外部支撐，為內(nèi)部的功能部分提供安裝位和保護，功能部分包括:1、滲流跟蹤單元，用于跟蹤地下水流向并且反應(yīng)流速，滲流跟蹤單元以上頂針和下頂針為軸線，轉(zhuǎn)軸安裝在上頂針和下頂針之間、可以繞軸線自由轉(zhuǎn)動，滲流跟蹤桿垂直于轉(zhuǎn)軸(及沿水平方向)穿插在轉(zhuǎn)軸中，端部設(shè)置膨脹部，膨脹部對地下水水流產(chǎn)生一定阻力、承受地下水的沖刷并且?guī)訚B流跟蹤桿和轉(zhuǎn)軸沿水流流向轉(zhuǎn)動，滲流跟蹤桿和轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速與地下水流速正相關(guān);2、位置檢測單元，包括顏色碼盤和顏色識別模塊，顏色碼盤固定于轉(zhuǎn)軸的上部、隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，顏色識別模塊安裝于上頂針上并且與控制器電性連接，本發(fā)明中，顏色碼盤為上表面帶有環(huán)形漸變色帶的圓盤，顏色識別模塊為由顏色識別芯片和發(fā)光二極管構(gòu)成的集成電路板，檢測時點亮發(fā)光二極管并通過顏色識別芯片感應(yīng)顏色碼盤對準(zhǔn)顏色識別模塊處的顏色，用于采集顏色碼盤的顏色變化情況以及顏色變化速度并將信號傳輸至控制器中；3、控制器，用于接收顏色識別模塊傳輸?shù)男盘柌⑶伊炕叵滤魉佟?br>[0017]為實現(xiàn)多次測量，裝置中設(shè)置由3個以上與控制器電性連接的電磁鐵構(gòu)成的復(fù)位單元，控制器控制各電磁鐵的電路通斷，由于位于電磁鐵下方的膨脹部由可磁化材料制成，當(dāng)電磁鐵得電具有磁性時，膨脹部被吸引至該電磁鐵的正下方，若滲流跟蹤桿此時軸線與水流流向不平行，該電磁鐵斷電失磁時，膨脹部受地下水的沖刷并且?guī)訚B流跟蹤桿和轉(zhuǎn)軸沿水流流向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)重復(fù)、多次測量，提高測量精度。
[0018]下頂針通過螺紋固定安裝在底盤上;上頂針為階梯軸，與控制室的階梯軸孔間隙配合形成滑動副，其上套有壓簧，通過壓簧向下施加壓力抵緊轉(zhuǎn)軸進行軸向限位;轉(zhuǎn)軸兩端的軸心處均開設(shè)有圓錐狀的沉孔，沉孔的錐度大于上頂針與下頂針的頂針錐度，使轉(zhuǎn)軸與上頂針和下頂針處于點接觸狀態(tài)，保證轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動中受到的摩擦力趨于零。
[0019]滲流跟蹤桿由平衡軸、調(diào)節(jié)彈簧和平衡球構(gòu)成，平衡軸為階梯軸，其大軸段用于平衡滲流跟蹤桿、小軸段用于安裝調(diào)節(jié)彈簧和平衡球，調(diào)節(jié)彈簧調(diào)節(jié)平衡球在平衡軸上的位置，使得整個滲流跟蹤單元的保持靜力平衡。
[0020]所述方案中的位置檢測組件按顏色碼盤和顏色識別模塊兩部分分離安裝，實現(xiàn)非接觸測量。顏色碼盤固連在流速流向跟蹤機構(gòu)中的轉(zhuǎn)軸上，隨著轉(zhuǎn)軸一塊轉(zhuǎn)動;顏色識別模塊安裝在上頂針上，與顏色碼盤保持最佳的顏色識別距離。
[0021]底盤的下端作圓角處理、表面呈弧面，避免裝置在下放中與孔壁發(fā)生刮擦并且減小下放阻力;連接筒上沿周向均勻開設(shè)有3個過水窗，過水窗的面積為連接筒筒壁表面積的
0.25?0.3倍，過水窗面積盡可能大，使得余留的三個支架在足以支撐底盤的情況下尺寸小到可以忽略其對測點水流的影響。
[0022]控制室和頂蓋之間用密封圈密封，構(gòu)造出一個密閉防水的電路控制室;頂蓋上穿引出電纜繩，電纜繩既是電源和信號的傳輸線，也是儀器投放的牽引線。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0024]1.本發(fā)明充分考慮了滑坡勘測中地下水流速流向的真實測量條件，所涉及的測量裝置可以通過單孔投放儀器就能測量不同深度處的地下水流速和流向。
[0025]2.本發(fā)明通過嚴格靜力平衡的平衡球和平衡軸來對水流進行跟蹤隨動，其轉(zhuǎn)動軸與頂針為點接觸，摩擦力小，對水流的跟蹤精度高。
[0026]3.本發(fā)明利用顏色碼盤來編碼跟蹤機構(gòu)的位置，編碼色帶為連續(xù)的漸變色，其編碼精度高，位置連續(xù)。
[0027]4.本發(fā)明中利用顏色碼盤對流速流向跟蹤機構(gòu)進行位置標(biāo)定，與顏色識別模塊分離安裝，實現(xiàn)非接觸測量，檢測過程不會對流速流向的跟隨產(chǎn)生影響。
[0028]5.本發(fā)明通過控制多個電磁鐵的通斷來控制平衡球處于多個不同位置，能夠在平衡軸與水流方向一致后重新調(diào)整平衡球處于一個大角度非平衡位置以保證流速的跟蹤測量，實現(xiàn)多次測量。
【附