[發明專利]基于超聲波負壓的地下水位密封測量裝置及其方法

有效

• 申請號: 201510745116.2
• 申請日: 2015-11-05
• 公開（公告）號: CN105424139B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 賴建英;李平;劉偉;金奕潼
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01F23/296
• 分類號: G01F23/296;G01F23/64
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種基于超聲波負壓的地下水位密封測量裝置，其特征在于，包括水位管(1)、浮塊(2)、超聲波發射裝置(3)、超聲波接收器(4)、超聲波信號輸出端口(5)、頂蓋(6)、底蓋(7)、測距讀數儀(8)、透水孔(9)、土工濾布(10)和密封膜(11)；

所述水位管(1)為中空管狀結構，包括透水段(101)和測量段(102)，測量段(102)穿過密封膜(11)后連接透水段(101)；所述透水段(101)管壁上設置透水孔(9)，透水段(101)管外包裹土工濾布(10)；所述超聲波發射裝置(3)設置在浮塊(2)內，所述浮塊(2)設置在水位管(1)的測量段(102)中；所述頂蓋(6)、底蓋(7)分別設置在水位管(1)的頂端和底端，所述超聲波接收器(4)固定設置在頂蓋(6)的內側，超聲波接收器(4)通過導線連接超聲波信號輸出端口(5)，所述超聲波信號輸出端口(5)連接測距讀數儀(8)。

2.根據權利要求1所述的基于超聲波負壓的地下水位密封測量裝置，其特征在于，

所述超聲波發射裝置(3)包括超聲波發射器(31)、電源(32)和觸水開關(33)，超聲波發射器(31)、電源(32)和觸水開關(33)串聯連接，所述超聲波發射器(31)設置于浮塊(2)的頂部，電源(32)設置于浮塊(2)的內部，觸水開關(33)設置在浮塊(2)的底部。

3.根據權利要求1所述的基于超聲波負壓的地下水位密封測量裝置，其特征在于：所述的水位管(1)的直徑為100mm-110mm，測量段(102)長度延伸至密封膜下2m。

4.根據權利要求2所述的基于超聲波負壓的地下水位密封測量裝置，其特征在于：所述超聲波發射器(31)為壓電式超聲波發射器，固定設置在浮塊(2)頂部的中央。

5.根據權利要求2所述的基于超聲波負壓的地下水位密封測量裝置，其特征在于：所述的觸水開關(33)為電極式開關，觸水開關(33)包括開關電路板和兩極電片，所述開關電路板密封于浮塊(2)內，兩極電片伸出浮塊(2)的底面。

6.根據權利要求1所述的基于超聲波負壓的地下水位密封測量裝置，其特征在于：所述浮塊(2)為空心塊，高度為20cm-25cm，直徑為90mm-100mm。

7.根據權利要求2所述的基于超聲波負壓的地下水位密封測量裝置，其特征在于：所述超聲波接收器(4)與超聲波發射器(31)的連線平行于水位管(1)，且垂直于地面。

8.根據權利要求1所述的基于超聲波負壓的地下水位密封測量裝置，其特征在于：所述的測距讀數儀(8)為便攜式讀數器。

9.利用權利要求1～8任一項所述的基于超聲波負壓的地下水位密封測量裝置的地下水位密封測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)成孔鉆機在工作區預定測點定位開孔，將土工濾布(10)包裹的透水段(101)進行埋設，預留30cm長度水位管(1)高于地面，水位管(1)固定后，沖洗水位管(1)內壁；

(2)將固定有超聲波發射裝置(3)的浮塊(2)在水桶中進行試驗，確認浮塊(2)可正常工作的前提下，將浮塊(2)放入步驟(1)已固定的水位管(1)中，超聲波接收器(4)固定于頂蓋(6)內側，并從頂蓋(6)引出導線，連接超聲波信號輸出端口(5)，固定頂蓋(6)后，并對頂蓋(6)與水位管(1)接口進行密封；

(3)地下水通過透水孔(9)進入水位管(1)，待水位管(1)中地下水位和浮塊(2)位置穩定后，測距讀數儀(8)連接超聲波信號輸出端口(5)，測距讀數儀(8)讀取第i個波段從浮塊(2)傳至超聲波接收器(4)的時間t_i，其中，s_i＝v_i*t_i，t_i與t_i+1對應計算出的浮塊(2)頂端與水位管(1)管口的距離相等，得出s_i的平均值為最終浮塊(2)頂端距離水位管(1)管口的距離s₀；其中，t_i表示第i個波段從浮塊(2)傳至超聲波接收器(4)的時間，v_i表示第i個波段的波速，s_i表示通過第i個波段計算獲取的浮塊(2)頂端與水位管(1)管口之間的距離；

(4)在工作區之外確定基準點，負壓施加前利用水準儀測量水位管管口的初始標高H_z0，根據通過超聲波接收器(4)獲取的最終浮塊(2)頂端距離水位管(1)管口的距離s₀和浮塊頂端超聲波發射器距離水面的距離h_c，計算出初始地下水位H₀＝H_z0-s₀-h_c；

(5)抽真空施加負壓，浮塊(2)隨著地下水位的變化而上下自由浮動，帶動超聲波發射裝置(3)上下浮動，計算出第j次浮塊(2)頂端距離水位管(1)管口的距離s_j及相對于基準點水位管(1)管口的高程H_zj，由公式H_j＝H_zj-s_j-h_c，得出第j次地下水位值H_j，根據測量頻率重復步驟(3)、(4)、(5)從而獲得負壓條件下地下水位的實時變化值。