一种水工模型测针零点高程间接标定装置
技术领域
本实用新型属于水工模型试验工具设备领域,尤其涉及一种水工模型测针零点高程间接标定装置。
背景技术
水工模型如河工物模是以大尺度河道物理模型解决各类河道工程难题的重要研究手段。河工物模中，测量模型河道水深一般采用的是固定式水位测针单元，该水位测针单元主要由测针16、测筒以及微调装置组成。测量时，该固定式水位测针单元的测量原理如附图1所示：该固定式水位测针单元固定在模型河道边墙上，之后通过三点法标定测针16的零点对应的高程,即测针零点高程。其中，三点法具体为：将一块小玻璃板置于测筒开口上，微调装置微调测针，使测针针尖微刚好接触玻璃板15，读取窗口中的测针刻度值；并在玻璃板15上选取任意三个点，将第二水准尺13底部置于三点上，将其调平后用水准仪14分别读取各个点上的水准尺刻度值，取平均值（玻璃板读取值），具体原理如附图2所示；再代入用第一水准尺12和水准仪14读取的选定基点A的高程（基点高程，以大地水准面17的高程为0），由此根据关系式推求出测针16的零点所在高程（测针零点高程）。
测针的零点高程H0：
其中，HA为选定基点A的高程；a，b分别为基点A与测点的水准尺的读数（测点选取三个点，水准尺读数分别为b1、b2、b3）；c为测针读数；m为模型比尺。
然而，现有技术中的三点法存在以下缺陷：1）选取的三个点均在测针针尖位置的周边，以便于放置水准尺，因此三点求得的平均值不能准确反映测针针尖位置的高程；2）在多次采用三点法验证的过程中，因每次选取的任意三点位置不同，所以会存在较大偏差；3）水准尺的底部不平整，放置时与玻璃板随机取点接触，也会带来测量误差。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种水工模型测针零点高程间接标定装置，以解决现有技术中标定精度低的问题。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种水工模型测针零点高程间接标定装置，包括一竖直设置的主测针；所述主测针上安装一固定构件；所述主测针的底部设主针尖；所述固定构件固定设置；还包括：
一平行于所述主测针的副测针，所述副测针的底部设有副针尖；所述副针尖和所述主针尖的下端面平齐；所述副测针和主测针之间设置连接杆；所述连接杆的一端套设在所述主测针上，所述连接杆和主测针之间可相对转动；
一竖直设置的辅助测杆；所述辅助测杆的上端面开设有测量点；所述辅助测杆的下部安装在调平支撑构件上并与一所述调平支撑构件活动连接；
第一标定状态时，动作所述调平支撑构件，所述辅助测杆向上移动至所述副针尖抵住所述测量点；
第二标定状态时，转动所述连接杆，所述副测针和辅助测杆分离，所述测量点上放置第二水准尺。
优选地，所述连接杆包括杆体；所述杆体与主测针的连接端为一套筒；所述套筒套设在所述主测针上；所述套筒上开设一开口；所述开口与第一固定旋钮配合；所述第一固定旋钮的一端位于所述套筒上，另一端抵住所述所述主测针。
优选地，所述连接杆为伸缩杆。
优选地，所述固定构件上安装一第一调节旋钮；所述第一调节旋钮与所述主测针啮合；动作所述第一调节旋钮，驱动所述主测针、副测针和连接杆组成的构件升降。
优选地，所述辅助测杆的上端面为半球形；所述测量点位于所述半球形的中间位置。
优选地，所述辅助测杆的上端设置十字丝；所述测量点为十字丝的交点。
优选地，所述调平支撑构件包括一支撑平台；所述支撑平台上嵌有两个相互垂直的矩形水准泡。
优选地，所述支撑平台为一空心圆柱体，所述辅助测杆伸入所述支撑平台的部分与第二调节旋钮啮合；所述第二调节旋钮安装在所述支撑平台的外壁上。
优选地，所述调平支撑构件进一步包括一支撑架；所述支撑架和支撑平台之间安装3个脚螺旋；其中2个所述脚螺旋的连线与其中一所述水准泡的长边平行。
优选地，进一步包括一测筒；所述测筒固定在岸墙的侧面；所述主测针伸入所述测筒内；所述测筒的底部连通一测压管。
与现有技术相比，本实用新型的优点为：因副针尖与主针尖位于同一水平面上，因此主针尖的读数值等于副针尖的读数值。第一标定状态的作用是在竖直方向上任意放置主测针、副测针和连接杆组成的构件，获取主测针的读数值(主测针的刻度值)，即将主针尖处的高程转化为测量点的高程；第二标定状态的作用是求得测量点处的高程。因此，该装置中主针尖处的读数值即为测量点的读数值，主针尖处的高程即测量点处的高程。根据基点高程（可提前获知）、基点水准尺读数、主测针的读数值，即可推求处主测针零点高程。因此，本实用新型仅需通过一个与主针尖等高的测量点，即可实现主测针零点高程的真实值，无需使用三点法，准确性高。
附图说明
图1为背景技术中固定式水位测针单元的测量原理；
图2为现有技术中三点法基于第一水准尺、第二水准尺和水准仪测量测针值处高程的原理图；
图3是本实用新型一实施例的水工模型测针零点高程间接标定装置结构示意图；
图4为图3中水工模型测针零点高程间接标定装置的第二标定状态图；
图5为图3中水工模型测针零点高程间接标定装置的第一标定状态图；
图6为图3中主测针、副测针和连接杆的结构示意图；
图7为图3中支撑架与辅助测杆的结构示意图；
图8为图3中辅助测杆顶端处的十字丝标记的示意图;
图9为图3中的局部放大图。
其中，1-副测针，2-主测针，3-1-第一固定旋钮，3-2-第二固定旋钮，3-3-第三固定旋钮， 4-1第一调节旋钮，4-2-第二调节旋钮；5-测筒，6-辅助测杆；7-支撑平台，8-水准泡，9-脚螺旋，10-支撑架，11-连接杆，12-第一水准尺，13-第二水准尺，14-水准仪，15-玻璃板，16-测针，17-大地水准面。
具体实施方式
下面将结合示意图对本实用新型进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。
如图3~图5所示，一种水工模型测针零点高程间接标定装置，包括一竖直设置的主测针2和一测筒5，主测针2上安装一固定构件；主测针2伸入测筒5内；固定构件和测筒5均固定设置；该装置还包括一平行于主测针2的副测针1、连接杆11和一竖直设置的辅助测杆6。
主测针2、副测针1、连接杆11和辅助测杆6组成的构件设计结构如图6所示：主测针2的底部设主针尖；副测针1的底部设有副针尖；副针尖和主针尖的下端面始终平齐；副测针1和主测针2之间设置两条位于同一铅垂面上的连接杆11；连接杆11的一端套设在主测针2上以实现连接杆11与主测针2活动连接；转动连接杆11，连接杆11带动副测针1以主测针2为轴在水平面上旋转；辅助测杆6的上端面开设有测量点；辅助测杆6的下部安装在调平支撑构件上并与调平支撑构件活动连接。
在本实施例中，连接杆11包括杆体；杆体与主测针2的连接端为一套筒；套筒套设在主测针2上；套筒上开设一开口；开口与第一固定旋钮3-1配合；第一固定旋钮3-1的一端位于套筒上，另一端抵住或者旋入主测针2。即两连接杆11与主测针2的连接端均设有第一固定旋钮3-1；同时第一固定旋钮3-1旋入主测针2以锁紧连接杆11和主测针2；第一固定旋钮3-1旋出，动作连接杆11，连接杆11绕主测杆转动。
在本实施例中，连接杆11为伸缩杆。 连接杆11可沿杆件方向伸缩，其整体可绕着主测针2水平旋转，到达指定位置时（参考辅助测杆6的水平位置，以确定的副测针1的水平位置），通过连接杆11与主测针2连接端的第一固定旋钮3-1进行固定。
在本实施例中，固定构件上安装一第一调节旋钮4-1；第一调节旋钮4-1与主测针2啮合；动作第一调节旋钮4-1，由主测针2、副测针1和连接杆11组成的构件实现升降。
如图3所示，动作调平支撑构件（支撑平台7处的第二调节旋钮4-2），辅助测杆6向上移动至副针尖抵住测量点，该水工模型测针零点高程间接标定装置形成第一标定状态；如图4所示，转动连接杆11，副测针1和辅助测杆6分离，测量点上放置第二水准尺13；该水工模型测针零点高程间接标定装置形成第二标定状态。
如图7所示，辅助测杆6的上端面为半球形；测量点位于半球形的中间位置。进一步地，如图8所示，辅助测杆6的上端设置十字丝；测量点为十字丝的交点。十字丝标记的交点对应于辅助测杆6顶端中心的最高点，辅助测杆6的杆身带有齿槽，可通过支撑平台7旁的第二调节旋钮4-2上下调节辅助测杆6。
如图3和图7所示，调平支撑构件包括一支撑平台7和一支撑架10。支撑平台7上嵌有两个相互垂直的矩形水准泡8。支撑平台7为一空心圆柱体，支撑平台7的上表面中心设有略大于辅助测杆6的外径的通孔；辅助测杆6穿过台通孔并垂直支撑平台7上表面；辅助测杆6伸入支撑平台7的部分与第二调节旋钮4-2啮合；第二调节旋钮4-2安装在支撑平台7的外壁上；第二调节旋钮4-2对辅助测杆6进行上下调节。即位于支撑平台7内的辅助测杆6的杆身设有齿槽并与第二调节旋钮4-2上的传动部件（如齿轮）相互啮合。
进一步地，支撑架10可伸缩，为一小型水准仪三脚架。三个支撑脚架上分别设有第三固定旋钮3-3。支撑架10和支撑平台7之间安装3个脚螺旋9；安装方法参照水准仪三脚架；其中2个脚螺旋9的连线与其中一水准泡8的长边平行。
本实用新型的工作原理为：
1）该水工模型测针零点高程间接标定装置标定前，首先进行第一标定状态对应该装置部分的安装工序。如图5所示，具体为：首先将主测针2、副测针1和连接杆11组成的构件，通过固定构件固定在岸墙上，即完成第一标定状态对应装置部分的安装工序。此外，若要在该装置完成主测针零点高程标定的同时，获得静水高程，只需在上述安装过程中，在主测针2的下方安装一测筒5；使得主测针2伸入测筒5内；测筒5固定在岸墙上；最后在测筒5的底部连通一测压管，测压管连通河床。调整第一调节旋钮4-1，使得主针尖刚好测筒5内的水位接触，则测筒5内的高程、主针尖处的高程、静水高程三者相等，该装置可在完成主测针零点高程标定的同时，即可获得静水高程。
2）之后对第二标定状态对应装置部分进行调平。首先将支撑架10摆放至副测针1附近，支撑架10的摆放中心取副针尖旋转、伸缩所能到达的极限范围内的一点，观察借助水准泡8并调节支撑架10上的伸缩杆、脚螺旋9，对支撑平台7进行平调整。
3）当支撑架10摆放好并调平后，动作第一调节旋钮4-1，主测针2、副测针1和连接杆11组成的构件整体上移或者下降，即可实现将主测针2调至范围内的任意高度的放置，此时读取主测针2位于固定构件窗口内的刻度（即此时主测针2的高度确定，读取主测针2的刻度值）。副测针1的高度等于主测针2的高度。如步骤1）所示，进一步地，在放置主测针2、副测针1和连接杆11组成的构件的这一工序中时，若使得主测针2的主针尖刚好与测筒5内的水平面接触，此时测量点的高程即静水的水面高程。
4）确定副测针1的水平位置。首先参考辅助测杆6的水平面位置（因最终要使得副测针1和辅助测杆6相抵），动作连接杆11，副测针1通过连接杆11，绕主测针2旋转和/或伸缩运动，以确定副测针1在水平面上的位置，之后拧紧第一固定旋钮3-1，此时副测针1与辅助测杆6位于同一铅垂线上。
5）确定辅助测杆6的高度位置。通过支撑平台7侧面的第二调节旋钮4-2上下调节辅助测杆6，直至辅助测杆6顶端的十字丝交点（测量点B）与副测针1的副针尖相接触，之后拧紧支撑平台7侧面的第二固定旋钮3-2，至此，完成了第一标定状态。参照图9，第二调节旋钮4-2与辅助测杆6啮合的同时，与支撑平台螺纹连接，第二固定旋钮3-2固定在第二调节旋钮4-2上。图9中，第二调节旋钮4-2与支撑平台7螺纹连接，第二固定旋钮3-2固定在第二调节旋钮4-2上；第二固定旋钮3-2是用于拧紧第二调节旋钮4-2的，拧紧后使第二调节旋钮4-2固定，进而实现辅助测杆6的固定，防止由于辅助测杆6上的第二水准尺13过重而导致辅助测杆6下滑。
6）进行第二标定状态。利用预先准备好的水准仪14与第一水准尺12定好基点高程（此技术为现有技术，在此不再赘述），松动第一固定旋钮3-1，动作连接杆11，连接杆11绕主测针转动，副测针1的副针尖在水平面内转动到远离辅助测杆6的任一位置，之后将第二水准尺13摆放至辅助测杆6顶端，对准辅助测杆6顶端的十字丝交点，用水准仪14进行读数（辅助测杆6顶端水准尺读数），之后根据步骤3）中主测针2刻度值，也即主测针2读数值，主测针2读数值结合基点高程HA、基点水准尺读数a以及辅助测杆6顶端水准尺读数b推求，得出测量点B的高程（主针尖处高程），最后根据主针尖处读数、主测针2刻度值c、主针尖处高程，推求出主测针2零点高程。
主测针2的零点高程H0：
其中，HA为选定基点A的高程；a，b分别为基点A与测量点B的水准尺的读数；c为主测针读数值；m为模型比尺,已知。
综上，本实施例的水工模型测针零点高程间接标定装置的优点如下：
1）因副测针1的副针尖与主测针2的主针尖位于同一水平面上，所以可将副测针1作为测量对象以代替主测针2进行标定测量。
2）副测针1的副针尖可在一水平面上进行旋转和伸缩运动，其在极限范围内，副针尖可到达水平面上的任意一个点，相对于测量主测针2，操作更加灵活。
3）辅助测杆6顶端形成的半球形，相当于三点法中的玻璃板。顶端承受第二水准尺13的同时，顶端的十字丝标记的设计，使得该装置只需用一个点（测量点）就能保证测量精确性，同时有利于水准尺的精确放置。
4）相对于三点法测量时测针针尖必须保证与玻璃板表面接触，本实施例中主测针2与副测针1的针尖在测量时可在竖直方向上任意选点停放，这使得测验更加便捷。
5）若使得主测针2的主针尖刚好与测筒5内的水平面接触，可直接独处该处的静水的水面高程。现有技术中的三点法，需要求出零点后再用测针接触水面从而换算出静水高程，无法实现针尖与水面接触以直接测得静水高程。
上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。
