经稳定性改良的水位监测装置

刘臻桢

摘要：在水位监测过程中，受水流速度的影响，水位监测装置通常不易稳固，从而降低采集数据的精准性。若水位数据得不到准确监测，就难以保证之后科学研究和工程建设的有序开展。基于现有水位监测装置技术条件，本文公开一种稳定性改良水位监测装置，具体涉及水利工程领域。

经过稳定性改良的水位监测装置具有制作简单，监测准确，便于安装，易于操作，能适应不同水流环境的特点。它不仅可以提高数据采集的准确性，提高监测效率，同时还可以减轻研究人员的劳动强度。本文将具体就此装置的研究背景，设计原理，使用方法进行详细论述。

关键词：水位监测;稳定性;光伏发电

1.简介

水位观测内容包括河床变化、流势、流向、分洪、冰情、水生植物、波浪、风向、风力、水面起伏度、水温和影响水位变化的其他因素。必要时，还测定水面的比降。

2.研究背景

现有水位监测装置多单采用固定架或法兰盘对监测杆固定于所测位置。固定支架是限制管道或设备位移的，是一种支架形式;法兰盘是钢管结构常见的连接形式，目前常用的加劲肋法兰盘连接施工复杂，影响结构外型美观。[5] 并且这两种固定方式抗击水流冲击力能力弱，当测试的位置水流较快时，测试时间一长安装位置就容易出现松动。

本研究所得水位监测装置运用了三角形的稳定性原理，三角形稳定性是指三角形具有稳定性，有着稳固、坚定、耐压的特点，如埃及金字塔、钢轨、三角形框架、起重机、三角形吊臂、屋顶、三角形钢架、钢架桥和埃菲尔铁塔都以三角形形状建造的。在现有水位监测装置的基础上，加装自动支脚固定装置，主要包括：（1）构成正三棱锥稳定结构的（材料）支脚，（2）保证监测杆垂直牢固安装于水底土面的钻杆，（3）加强三棱锥支脚稳定性的插针。固定装置在安装时通过电机带动，实现全自动安装。

本装置经过研究人员的不断研究已形成基本结构体系，现已申请国家专利。

3.经过稳定性改良的水位监测装置

3.1 装置介绍

为实现达到稳定性改良的目的，本装置提供如下设计方案：一种经稳定性改良的水位监测装置主体为监测杆，监测杆的外表面固定安装有刻度尺并套设标记版。监测杆的一侧安装有侧架，侧架上固定安装有光伏板，用于吸收光能为设备供电。监测杆的顶端固定安装有安装杆，安装杆的顶端固定安装有警报灯。在监测杆外表面开设有滑槽，滑槽的内壁开设有限位槽，限位槽的内壁固定安装有磁块。启动装置活动环设置于监测杆外表面，在其内部一侧设置有插杆，其内壁固定安装有滑块，和内板，内板一侧外表面开设有卡槽。在活动环的内部位于内板的外侧固定安装有连接轴，连接轴的外表面套设有扭簧和挡板。支架设置于活动环的底端，在支架底部固定安装有插针。

在一个优选地实施方案中，活动环通过滑块与监测杆滑动连接，插杆与活动环滑动连接;底座的外表面开设有内槽使插针与它们相匹配，插杆的一端與限位槽相匹配，挡板的一端与卡槽相匹配;支架通过连接轴与活动环活动连接，扭簧的一端与活动环的内壁固定连接，挡板的顶端与支架的顶端固定连接。在监测杆的内部安装有固定板，固定板的顶端安装有电机，电机的底端安装有螺杆，螺杆的外表面套设有钻杆，钻杆顶端固定安装有挡块，钻杆与螺杆通过螺纹活动链接。监测杆的内部底端固定安装有底板，底板的中心开设有通孔使钻杆能够通过。

3.3运用模拟

下面将结合附图对本水位监测装置安装运用进行模拟，将技术方案进行清楚，完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本改良装置的一部分实施例，而不是全部实施例。

首先，选定测试位置后将底座安置在测试位，启动电机，使钻杆经螺纹推动穿过监测杆内部底板插入土里，直到顶端的挡块被底板卡住，完成对监测杆的固定。

接下来，抽出插杆，将活动环沿着滑槽向上拉动使三棱锥排列的支架解除限位，再将活动环向下滑动，插杆被限位槽内磁块吸引，固定活动环，从而使支架通过插针作用牢固地立于测试点。

完成安装后，通过浮板所对应刻度尺的位置就可以收集到水位资料。

4.总结

本经稳定性改良的水位监测装置采用光伏发电的方式带动发电机能有效达到节能减排的目的。

通过设有支架，活动环，扭簧和滑槽，在对监测杆的底座固定完毕后，将活动环沿着滑槽向上拉动，使支架底端的插针从底座内槽脱离。这时支架的一端会受到扭簧的带动，向外展开，接着将活动环向下滑动，带动支架底端的插针插入土内，三根支架呈三棱锥形排列，具有较高的稳定性，从而提高检测杆安装的稳定性。

通过设有电机，钻杆，螺杆和底板，在对监测杆进行安装时，将底座放置在安装位置，启动监测杆内部的电机，通过电机带动螺杆，通过螺杆上的螺纹将钻杆向下推动，使钻杆穿过底板进入土内，直到钻杆的顶端被底板卡住，完成对监测杆的固定，在安装时可以节省人力，较为方便。

参考文献：

[1]  陈美梅，刘水莲，全建军，林慧卿.数字化改造后的永安井水位观测资料分析及地震前兆监测效能评估[J].华南地震，2017，37（S1）：75-82.

[2]  尤宇星，陈小云，谢文杰，林文峰，吴声伟，黄圣棕.泉州地区地下水位观测资料初步分析[J].华北地震科学，2014，32（01）：65-72.

[3]  李子龙，莫淑红，万晓明，沈冰.鄱阳湖水位变化特征及河湖相转化规律探究[J].黑龙江大学工程学报，2016，7（01）：17-22.

[4]  WANTZEN K M，ROTHAUPT K，MRTL M，et al.Ecological effects of water-level fluctuations in lakes：an urgent issue[J]. Hydrobiologia，2008，613（1）：1-4.

[5]  陈亦，马星，王肇民.无肋法兰盘节点的研究与应用[J].建筑结构，2002（05）：15-18.

[6]  王新民. 三角形稳定性的基本内涵及其教学定位[J]. 内江师范学院学报，2017，32（12）：28-32.

（作者单位：华北电力大学（北京）  可再生能源学院）