專利名稱：水下測(cè)量裝置及其測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水下測(cè)量裝置，它用于水下沖坑與陡傾水底地形測(cè)量，更具體說是 通過本水下測(cè)量裝置將傳統(tǒng)水下測(cè)量的測(cè)量鉛直水深轉(zhuǎn)變?yōu)闇y(cè)量具有準(zhǔn)確換算關(guān)系的 斜水深。因此本發(fā)明還涉及利用該水下測(cè)量裝置測(cè)量坑內(nèi)負(fù)地形與填筑料流態(tài)的方法。
背景技術(shù)：
水利水電工程因泄射高速水流作用常在下游一定區(qū)域形成巨大沖坑，因水流與地質(zhì) 條件的綜合影響，沖坑常呈口小身大的甕形，存在于建筑物基面高程以下，它的存在與 擴(kuò)展，對(duì)水電工程安全構(gòu)成潛在威脅，為掌握沖坑的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)，通常要求在泄洪后進(jìn)行 檢查，但檢查只能在水下進(jìn)行。
目前工程上對(duì)開口區(qū)檢查釆用水下地形測(cè)量方法探測(cè)，往四周擴(kuò)展部分采用潛水或 攝像方法檢查。水下測(cè)量?jī)x器由換能器與讀數(shù)儀組成，換能器在水中測(cè)得聲波發(fā)射至水 底與返回的傳遞時(shí)間后，由讀數(shù)儀換算并顯示成水深值，實(shí)現(xiàn)水下測(cè)量，能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè) 得坑口區(qū)水底形態(tài)，但由于此種方式只能在鉛直方向進(jìn)行，不能解決擴(kuò)展區(qū)地形形態(tài)的 測(cè)量問題。工程實(shí)踐證明，采用潛水方式檢査擴(kuò)展區(qū)地形狀況，存在潛水員安全風(fēng)險(xiǎn)大， 且只能委托專門潛水部門進(jìn)行，存在工程管理單位不能直接進(jìn)行的實(shí)際困難，檢查的及 時(shí)性受到限制，同時(shí)，檢査結(jié)果只能由潛水員描述，不能準(zhǔn)確得到周邊擴(kuò)展形態(tài)與參數(shù)， 是一種定性檢查手段；水下攝像技術(shù)因攝像頭不能準(zhǔn)確定位，攝像結(jié)果也沒有具體擴(kuò)展 參數(shù)。費(fèi)用昂貴的潛水與攝像檢査只能定性，不利于優(yōu)化工程泄洪調(diào)度，更不利于指導(dǎo) 危險(xiǎn)性沖坑的修復(fù)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，為準(zhǔn)確測(cè)量沖坑周邊地形，本發(fā)明目的旨在提供一種水下測(cè)量裝置及相應(yīng)的利用該水下測(cè)量裝置進(jìn)行坑內(nèi)水下混凝土流態(tài)測(cè)量的方法，用于沖坑 水下修復(fù)施工指導(dǎo)。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案是， 一種水下測(cè)量裝置，包括換能器與讀數(shù)儀，其特征在 于，還有一包括支撐桿、轉(zhuǎn)向控制桿及轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)向裝置，所述支撐桿的上端設(shè)有讀數(shù)刻 度區(qū)，支撐桿的下端垂直鉸接于轉(zhuǎn)輪中心軸線，所述轉(zhuǎn)向控制桿的一端與轉(zhuǎn)輪邊緣滾動(dòng) 連接，所述轉(zhuǎn)向控制桿的另一端與支撐桿的讀數(shù)刻度區(qū)滑動(dòng)連接；所述換能器安裝于轉(zhuǎn) 輪邊緣。
為了便于測(cè)量和運(yùn)算，所述轉(zhuǎn)向控制桿與轉(zhuǎn)輪邊緣滾珠的連接點(diǎn)與轉(zhuǎn)輪邊緣上換 能器的安裝位置呈90。圓心角。
在轉(zhuǎn)向控制桿上，與支撐桿的讀數(shù)刻度區(qū)滑動(dòng)連接處設(shè)有讀數(shù)指示標(biāo)志。
根據(jù)實(shí)施例的優(yōu)選方式為所述支撐桿一端帶有垂直設(shè)置的支絞，支絞與支撐桿
垂直，支撐桿通過支絞與轉(zhuǎn)輪中心滾珠連接；所述轉(zhuǎn)向控制桿一端帶支絞，支絞與轉(zhuǎn)向
控制桿垂直，轉(zhuǎn)向控制桿通過支絞與轉(zhuǎn)輪邊緣安裝的滾珠連接，
相應(yīng)的，本發(fā)明還提供上述水下測(cè)量裝置的測(cè)試方法，其包括如下步驟
1) 根據(jù)所測(cè)水深范圍，選擇換能器固定于轉(zhuǎn)輪，換能器的聲波發(fā)射軸平行于轉(zhuǎn)輪 面，且垂直于其與轉(zhuǎn)輪邊緣交點(diǎn)的切線方向，按每轉(zhuǎn)動(dòng)單元角度在刻度尺上反映的刻度 值制作好記錄表格；
2) 取得轉(zhuǎn)輪中心坐標(biāo)與高程后，將支撐桿鉛直固定，置轉(zhuǎn)輪面與所測(cè)斷面鉛垂面 平行并沒入水體；
3) 將換能器接通讀數(shù)儀，按預(yù)置刻度值滑動(dòng)轉(zhuǎn)向控制桿記錄測(cè)得的"水深"，或 在取得水深的同時(shí)記錄相應(yīng)的刻度值；
4) 根據(jù)測(cè)得的水深、轉(zhuǎn)向裝置參數(shù)、轉(zhuǎn)輪中心坐標(biāo)與高程及記錄的刻度值計(jì)算水 底地形坐標(biāo)與高程。
根據(jù)實(shí)施例的優(yōu)選方案，上述單元角度選擇2.5。。
本發(fā)明的工作原理是， 一種水下測(cè)量裝置將傳統(tǒng)水下測(cè)量換能器安裝在轉(zhuǎn)輪上，通 過轉(zhuǎn)輪可控轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量沖坑周邊或陡傾區(qū)水下地形的裝置，其特點(diǎn)是所述水下測(cè)量裝置 包括由支撐桿、轉(zhuǎn)向控制桿及轉(zhuǎn)輪組成的轉(zhuǎn)向裝置；支撐桿一端與轉(zhuǎn)輪中心連接，且垂 直于轉(zhuǎn)輪中心軸線，支撐桿另一端錨貼讀數(shù)刻度尺；所述轉(zhuǎn)向控制桿一端與轉(zhuǎn)輪邊緣滾
4動(dòng)連接，另一端與支撐桿上的刻度尺區(qū)域滑動(dòng)連接，且錨貼有讀數(shù)指示標(biāo)志。轉(zhuǎn)輪繞轉(zhuǎn) 輪中心自由旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪邊緣安裝的換能器旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)位置，同時(shí)，轉(zhuǎn)向控制桿一 端隨轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使得其另一端在支撐桿的刻度尺區(qū)域滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了將轉(zhuǎn)角換算成尺 度變化反映在刻度尺上；轉(zhuǎn)向控制桿與轉(zhuǎn)輪邊緣的連接點(diǎn)，和固定水下測(cè)量換能器的邊 緣點(diǎn)成一定圓心角度，為了便于測(cè)試計(jì)算，該圓心角度優(yōu)選為90。。
本發(fā)明所述水下測(cè)量裝置及相應(yīng)的利用該水下測(cè)量裝置進(jìn)行坑內(nèi)水下混凝土流態(tài) 測(cè)量的方法，能夠準(zhǔn)確得到坑內(nèi)水下混凝土的周邊擴(kuò)展形態(tài)與參數(shù)，進(jìn)行定量檢査；有 利于優(yōu)化工程泄洪調(diào)度和指導(dǎo)危險(xiǎn)性沖坑的修復(fù)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、測(cè)量準(zhǔn) 確、成本低并且應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。


圖1是水下測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是實(shí)施例1中所述水下測(cè)量裝置進(jìn)行水下測(cè)量模式圖； 圖3是實(shí)施例1中所述水下測(cè)量裝置測(cè)得的沖坑狀態(tài)縱剖面圖； 圖4是實(shí)施例1中所述水下測(cè)量裝置測(cè)得的沖坑狀態(tài)橫剖面圖； 在上述附圖中
1——支撐桿2——轉(zhuǎn)向控制桿3——轉(zhuǎn)輪 4——換能器5——刻度尺6——水面
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供的水下測(cè)量裝置包括支撐桿l、轉(zhuǎn)向控制桿2、轉(zhuǎn)輪3及刻度尺5，換 能器4為水下測(cè)量?jī)x器。支撐桿l、轉(zhuǎn)向控制桿2、轉(zhuǎn)輪3用輕型鋁合金加工制成，刻 度尺5用購(gòu)買的鋼尺改制。支撐桿l、轉(zhuǎn)向控制桿2與轉(zhuǎn)輪3用支絞配滾珠牢固連接并 旋轉(zhuǎn)靈活，刻度尺5長(zhǎng)度大于轉(zhuǎn)輪直徑5cm并錨固于轉(zhuǎn)向控制桿2頂端中心點(diǎn)在支撐桿 1上的滑動(dòng)區(qū)，換能器4固定于轉(zhuǎn)輪邊緣，與轉(zhuǎn)向控制桿2于轉(zhuǎn)輪邊緣支絞點(diǎn)呈90度圓 心角，換能器4的聲波發(fā)射方向與固定點(diǎn)切線垂直。
見附圖l，轉(zhuǎn)向控制桿頂端中心點(diǎn)A沿刻度尺下滑移動(dòng)，則轉(zhuǎn)輪繞中心O轉(zhuǎn)動(dòng)，在 B點(diǎn)與C點(diǎn)重合時(shí)則換能器4與D點(diǎn)重合，此時(shí)如支撐桿鉛直，則水下測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)了
5通常的鉛直水下測(cè)量模式，其它區(qū)段為傾角測(cè)量模式，即測(cè)得斜水深，在已知0點(diǎn)坐標(biāo) 系與刻度換算的轉(zhuǎn)角a時(shí)，則可得到?jīng)_坑周邊相應(yīng)水下地形點(diǎn)三維坐標(biāo)。
沖坑測(cè)量模式見附圖2,經(jīng)過本實(shí)施例所述水下測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得沖坑形態(tài)
見附圖3、 4。以上實(shí)施例水下測(cè)量裝置具體操作方法及成果解算如下
1) 水下實(shí)際測(cè)程42m 70m，選擇測(cè)程100m的換能器；
2) 經(jīng)過對(duì)裝置的理論分析，轉(zhuǎn)輪3的半徑與轉(zhuǎn)向控制桿2的長(zhǎng)度比應(yīng)少于1/6，轉(zhuǎn) 輪半徑取0.2m，轉(zhuǎn)向控制桿2的長(zhǎng)度取1.4m，結(jié)合考慮到裝置的結(jié)構(gòu)要求與操作性， 支撐桿1長(zhǎng)度取2.2111;
3) 斷面在上下游方向及左右岸方向按2m間距布置，重復(fù)測(cè)得的資料作為水下測(cè)量 裝置首次應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)自驗(yàn)檢測(cè)；
4) 開口區(qū)用常規(guī)水下地形測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量，成果同時(shí)可用作水下測(cè)量裝置成果 驗(yàn)證分析；
5) 以測(cè)得斜水深即記錄刻度值方式，以測(cè)得足夠的原始觀測(cè)值作為工程修復(fù)方量 計(jì)算與測(cè)量精度分析；
6) 成果解算設(shè)轉(zhuǎn)輪中心坐標(biāo)為Xo、 Yo、 HQ，轉(zhuǎn)輪與X軸平行，以刻度值/(mm) 按公式換算傾角"=』CQS^^^ (其中ACOS為三角函數(shù)中的反余弦函數(shù))后，利用 換能器測(cè)得到的水深S可得水下地形點(diǎn)三維坐標(biāo)為
X=JTQ + 05 + 0.2) x sin a
H=//。 + (S + 0.2)xcosa 。
權(quán)利要求
1、一種水下測(cè)量裝置，包括換能器與讀數(shù)儀，其特征在于，還有一包括支撐桿、轉(zhuǎn)向控制桿及轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)向裝置，所述支撐桿的上端設(shè)有讀數(shù)刻度區(qū)，支撐桿的下端垂直鉸接于轉(zhuǎn)輪中心軸線，所述轉(zhuǎn)向控制桿的一端與轉(zhuǎn)輪邊緣滾動(dòng)連接，所述轉(zhuǎn)向控制桿的另一端與支撐桿的讀數(shù)刻度區(qū)滑動(dòng)連接；所述換能器安裝于轉(zhuǎn)輪邊緣。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述水下測(cè)量裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向控制桿與轉(zhuǎn)輪邊緣 的連接點(diǎn)與轉(zhuǎn)輪邊緣上換能器的安裝位置呈9(T圓心角。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述水下測(cè)量裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向控制桿上，其與支 撐桿的讀數(shù)刻度區(qū)滑動(dòng)連接處設(shè)有讀數(shù)指示標(biāo)志。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述水下測(cè)量裝置，其特征在于，所述支撐桿的下端垂直鉸接 于轉(zhuǎn)輪中心軸線的具體結(jié)構(gòu)是，所述支撐桿一端帶有支絞，支絞與支撐桿垂直，支撐桿 通過支絞與轉(zhuǎn)輪中心滾珠連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述水下測(cè)量裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)向控制桿的一端與轉(zhuǎn) 輪邊緣滾動(dòng)連接的具體結(jié)構(gòu)是，所述轉(zhuǎn)向控制桿一端帶支絞，支絞與轉(zhuǎn)向控制桿垂直， 轉(zhuǎn)向控制桿通過支絞與轉(zhuǎn)輪邊緣安裝的滾珠連接。
6、 一種與權(quán)利要求1-5之一所述水下測(cè)量裝置相應(yīng)的測(cè)試方法，其特征在于包括 如下步驟1) 根據(jù)所測(cè)水深范圍，將選擇的換能器固定于轉(zhuǎn)輪邊緣，換能器的聲波發(fā)射軸平 行于轉(zhuǎn)輪面，且垂直于其與轉(zhuǎn)輪邊緣交點(diǎn)的切線方向，按每轉(zhuǎn)動(dòng)單元角度在刻度尺上反 映的刻度值制作好記錄表格；2) 取得轉(zhuǎn)輪中心坐標(biāo)與高程后，將支撐桿鉛直固定，置轉(zhuǎn)輪面與所測(cè)斷面鉛垂面 平行并沒入水體；3) 將換能器接通讀數(shù)儀，按預(yù)置刻度值滑動(dòng)轉(zhuǎn)向控制桿記錄測(cè)得的水深，或在取 得水深的同時(shí)記錄相應(yīng)的刻度值；4) 根據(jù)測(cè)得的水深、轉(zhuǎn)向裝置參數(shù)、轉(zhuǎn)輪中心坐標(biāo)與高程及記錄的刻度值計(jì)算水 底地形坐標(biāo)與高程。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述水下測(cè)量裝置相應(yīng)的測(cè)試方法，其特征在于單元角度2.5° 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水下測(cè)量裝置和與之相應(yīng)的測(cè)試方法。其中一種水下測(cè)量裝置，包括換能器、讀數(shù)儀和由支撐桿、轉(zhuǎn)向控制桿及轉(zhuǎn)輪組成的轉(zhuǎn)向裝置，所述支撐桿的上端設(shè)有讀數(shù)刻度區(qū)，支撐桿的下端垂直鉸接于轉(zhuǎn)輪中心軸線，所述轉(zhuǎn)向控制桿的一端與轉(zhuǎn)輪邊緣滾動(dòng)連接，所述轉(zhuǎn)向控制桿的另一端與支撐桿的讀數(shù)刻度區(qū)滑動(dòng)連接；所述換能器安裝于轉(zhuǎn)輪邊緣。本發(fā)明所述水下測(cè)量裝置及利用該水下測(cè)量裝置進(jìn)行坑內(nèi)水下混凝土流態(tài)測(cè)量的方法，能夠準(zhǔn)確得到坑內(nèi)水下混凝土的周邊擴(kuò)展形態(tài)與參數(shù)，進(jìn)行定量檢查；有利于優(yōu)化工程泄洪調(diào)度和指導(dǎo)危險(xiǎn)性沖坑的修復(fù)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、測(cè)量準(zhǔn)確、成本低并且應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。
文檔編號(hào)G01B17/06GK101556148SQ200910043030
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者謝年生, 謝新宇, 龔楚安 申請(qǐng)人:中國(guó)水電顧問集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院