阅读说明：本技术 一种水利工程测压管用跟随式磁致伸缩水位计 (Following type magnetostrictive water level gauge for hydraulic engineering pressure measuring pipe ) 是由 张大鸿 田志刚 宋厚源 郭鹏 王传荣 陈衍德 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种水利工程测压管用跟随式磁致伸缩水位计,其特征在于：底盘(8)上安装有主支架(10)和副支架(14),主支架(10)上安装有绕线辊筒(9)、伺服电机(11)、滑动接头(17)；副支架(14)上安装有滑轮(15),控制器(13)固定在底盘(8)上,控制器(13)通过信号线连接伺服电机(11)、计数器(12)及磁致伸缩仪上的线缆(5),线缆(5)是通过滑动接头(17)转接后连接到控制器(13),线缆(5)连接到磁致伸缩仪的波导杆(2)顶部的信号转换器(4)上,波导杆(2)上设有磁性浮体(3),可随着井内水位升降。本发明使用磁致伸缩测量和伺服机构组合使用,解决了小直径测压管液位测量的问题。(The invention relates to a following magnetostrictive water level gauge for a hydraulic engineering pressure measuring tube, which is characterized in that: a main bracket (10) and an auxiliary bracket (14) are arranged on the chassis (8), and a winding roller (9), a servo motor (11) and a sliding joint (17) are arranged on the main bracket (10); install pulley (15) on assistant support (14), controller (13) are fixed on chassis (8), cable (5) on servo motor (11), counter (12) and the magnetostrictive instrument are connected through signal line in controller (13), cable (5) are connected to controller (13) through sliding joint (17) switching back, on cable (5) are connected to signal converter (4) at the waveguide bar (2) top of magnetostrictive instrument, be equipped with magnetic float (3) on waveguide bar (2), can go up and down along with the water level in the well. The invention uses the combination of magnetostriction measurement and a servo mechanism to solve the problem of liquid level measurement of the small-diameter piezometer tube.)

一种水利工程测压管用跟随式磁致伸缩水位计

技术领域

本发明属于测量技术领域，可以应用于狭窄空间的液位测量，尤其可以应用于大坝浸润线测量、坝基渗压测量、闸基渗压测量过程中的测压管内水位测量，也可以应用于类似场合的液位测量。

背景技术

大坝测压管是用来测量大坝浸润线高度，为计算渗透压力、坝体稳定提供依据。在坝基渗透压力、水闸渗透压力测量方面，也需要使用测压管测量水位，这类测压管因为结构及功能原因，直径一般50mm。在目前所使用的测量设备，有浮子式、超声波式、磁尺式、雷达式、压力传感器式、激光式等。在这些水位测量方法中，最常用于小直径测压管水位测量的方法有压力传感器法和人工观测法。压力传感器常称为投入式，可以实现远程自动测量，而人工法则需要工作人员到现场进行测量；其他的方法则由于测压管孔径较小等各种原因影响不太适应用于测压管水位的测量。投入式压力传感器是目前最常用的方法，但是由于淤积、微生物等原因，使用寿命较短，一般两年左右就会失真或失效，从而造成大坝工程失于安全监视，从而造成安全隐患。同时由于投入式压力传感器采用的是电信号转换的方法，会由于各种原因造成数据漂移而失真。采用的修复方法一般只能更换传感器，这就造成了测量的不连续性，同时由于投入式传感器造价较高，频繁更换浪费严重。激光式水位计是近年来发展并得到应用的水位计，效果较好，但是激光式造价较高，一次性投资较大，推广应用目前还不广泛。磁致伸缩水位计是近几年来得到较大范围应用的一种液位计，精度满足液位测量的要求，有硬杆式、软缆式等几种。长硬杆式不能直接应用于测压管中，因为测压管直径较小，且倾斜弯曲，无法直接使用；软缆式将随着管道弯曲，测量的是软缆的长度，误差较大，且因波导缆帖壁，浮子容易被卡住造成失灵。因此需要改进。本发明就是根据这个要求而进行的。将磁致伸缩水位计和伺服机构结合起来，实现小直径测压管水位的测量。

发明内容

本发明之目的是提供一种能够实现在大坝测压管内测量管内水位的装置，可以避免测压管弯曲或倾斜造成的测量困难。实现该发明装置所采用的技术方案是这样的：一种水利工程测压管用跟随式磁致伸缩水位计，包括测压管，其特征在于：在大坝测压管的管口位置安装管口盖板，管口盖板上开有孔，伺服机构的底盘固定在管口盖板上，底盘上安装有主支架和副支架，主支架上安装有绕线辊筒、伺服电机、滑动接头；副支架上安装有滑轮，对应滑轮安装计数器，控制器固定在底盘上，控制器通过信号线连接伺服电机、计数器及磁致伸缩仪上的线缆，线缆是通过滑动接头转接后连接到控制器，线缆通过管口盖板上的孔进入到测压管中，连接到磁致伸缩仪的波导杆顶部的信号转换器上，波导杆上设有磁性浮体，可随着井内水位升降，在波导管的底部设有限位环，限位环直径小于测压管的内径，保证波导杆不贴管壁，从而保证磁性浮体可以随水位自由上下。所述的管口盖板7上设有保护罩16。

本发明是在盖板上设有控制器控制的伺服电机，伺服电机带动绕线辊筒，磁致伸缩仪上的信号线缆通过滑轮连接在绕线辊筒上，通过电动机的正、反转带动信号线缆，从而带动磁致伸缩仪上下。信号线缆通过滑轮时带动滑轮转动，接触点的线速度相等，滑轮轴连接计数器，可以通过滑轮直径和计数器计算出信号线缆移动的长度，也就是磁致伸缩仪在测压管内上下移动的距离。磁致伸缩仪放入到大坝测压管中，使波导管上的磁性浮体漂浮在水面上，磁性浮体的位置就是水面位置，信号转换器发出信号，通过波导管时遇到磁性浮体，可以测量出浮体到波导管顶部的距离，加上信号线缆的长度，就可以测出测压管内水面到测压管口的距离。

磁性浮体到波导管顶部的距离L预先设定最大值L1和最小值L2，当L≥L1时，波导管上的线缆在伺服电机的控制下下降，磁致伸缩仪下降；当L≤L2时，波导管上的线缆在伺服电机的控制下上升，磁致伸缩仪上升；在二者之间时磁致伸缩仪不动，磁性浮体随水位升降。本发明就是根据这个要求而进行的。将磁致伸缩水位计和伺服机构结合起来，实现小直径测压管水位的测量。

本发明使用磁致伸缩测量和伺服机构组合使用，解决了大坝、水闸等建筑物小直径测压管水位测量的问题。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图中，1、限位环；2、波导杆；3、磁性浮体；4、信号转换器；5、线缆；6、测压管；7、管口盖板；8、底盘；9、绕线辊筒；10、主支架；11、伺服电机；12、计数器；13、控制器；14、副支架；15、滑轮；16 保护罩；17、滑动接头，18、孔，19、井内水位。

具体实施方式

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参照附图，一种水利工程测压管用跟随式磁致伸缩水位计，包括测压管6，其特征在于：在大坝测压管6的管口位置安装管口盖板7，管口盖板7上开有孔18，伺服机构的底盘8固定在管口盖板7上，底盘8上安装有主支架10和副支架14，主支架10上安装有绕线辊筒9、伺服电机11、滑动接头17；副支架14上安装有滑轮15，对应滑轮15安装计数器12，控制器13固定在底盘8上，控制器13通过信号线连接伺服电机11、计数器12及磁致伸缩仪上的线缆5，线缆5是通过滑动接头17转接后连接到控制器13，线缆5通过管口盖板7上的孔18进入到测压管6中，连接到磁致伸缩仪的波导杆2顶部的信号转换器4上，波导杆2上设有磁性浮体3，可随着井内水位升降，在波导管2 的底部设有限位环1，限位环1直径小于测压管6的内径，保证波导杆2不贴管壁，从而保证磁性浮体3可以随水位自由上下。所述的管口盖板7上设有保护罩16。

滑动接头17由动环和静环组成，动环连接线缆5并同心固定在绕线辊筒9的转轴上，随绕线辊同心转动；静环固定在主支架10上，通过信号线连接控制器13，采集磁致伸缩仪的信号、并提供低压电源。

使用时，磁性浮体3随着水位上下浮动，测量时，信号转换器4发出激励脉冲电流，在波导杆2内传播并产生感应磁场，经过磁性浮体3时发生相互作用，产生扭转应力并以应力波的形式沿波导杆2传播，应力波传播的速度是固定且已知的，从而可以根据脉冲电流发出的时间和应力波接收的时间计算出传播时间，从而计算出磁性浮体3距离顶部的距离，也就是水位到波导杆2顶部的距离。

控制器13根据预先设定的磁性浮体3距离波导杆2上端的距离，通过井口的伺服机构控制磁致伸缩仪整体上下：当磁性浮体3在上升水位的浮力作用下上升、接近波导杆2的顶部时，控制器13控制伺服电机11正转，带动绕线辊筒9正转，线缆5上升，并带动滑轮15转动，计数器12连接滑轮15并记录转动角度，磁致伸缩仪整体上升；反之，当磁性浮体3由于水位的下降接近波导杆2的底部时，控制器13控制伺服电机11反转，带动绕线辊筒9反转，线缆5下降，并带动滑轮15转动，计数器12连接滑轮15并记录转动角度，磁致伸缩仪整体下降。当磁性浮体3在设定范围内时，磁致伸缩仪整体不动只有磁性浮体3随水位上下浮动。控制器13通过和滑轮15连接的计数器12计算线缆5上升或者下降的距离，和磁性浮体3测量的距离联合计算即可得出水面到井口的距离，计入井口高程，即可得知测压管内的水位。