一種水位觀測裝置的製作方法

2023-09-20 20:42:55 1

專利名稱：一種水位觀測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種水位觀測裝置，屬於水利工程技術領域。
背景技術：
水位資料是反映河流、湖泊等水系特徵的最基礎資料，水位資料是否正確可靠，直接影響到防汛、抗旱、水利建設、科學研究等領域。因此，觀測水位的工具是形成可靠水位資料的關鍵。水位觀測是黃河水利部門最基本的工作，長期以來黃河水位觀測以人工目測為主，工作環境十分惡劣，尤其在汛期，工作人員面臨著洪水、天氣等危險，觀測任務十分艱巨，觀測數據頻繁，容易出現人為錯誤。人工觀測水位的誤差主要來源五個方面①觀測員視線與水面不平行產生的折光影響；②波浪影響；③水尺附近的障礙物產生的阻水、壅水影響；④時鐘不準；⑤風浪影響。水位資料具有很強的時效性，要求觀測人員將觀測成果在很短時間內上報到上級部門。目前，觀測人員人為隨意性很大，比如要求觀測當日08時水位，觀測人員為完成報水任務，可能提前觀測或者遲後觀測，影響觀測資料的及時性。另外，由於水位站遠離縣城和通信基站，通信信號微弱，且容易受到外界幹擾，而現在的報水工具又相當落後，影響觀測人員及時上報，不能滿足現代防汛需求。目前使用的水位觀測設備主要有人工觀測水尺、浮子式水位計、超聲波水位計、壓力式水位計和雷達式水位計。以上這幾種水位觀測設備各有優缺點人工觀測水尺造價低、安裝維護方便，是目前使用最為普遍的一種水位觀測設備， 但觀測精度因人而異，需要專人管理，不能實現自動遙測。浮子式水位計目前使用較廣泛，工作穩定，但安裝和維護複雜，施工難度大，造價高，不易實現自動遙測。超聲波水位計利用超聲波在空氣中的傳播速度來測量水位，測量過程完全由電子電路來實現，因而比較容易實現自動遙測，但超聲波水位計的安裝需要一個支撐杆，因此施工難度大，造價高，並且由於超聲波在空氣中的傳播速度受溫度影響較大，而造成測量誤差比較大。壓力式水位計通過壓力傳感器測量水中的靜壓力來測量水位，測量過程由電子電路來實現，因而比較容易實現自動遙測，但測量精度受溫度影響較大，受淤積影響嚴重，如果安裝傳感器的位置有淤積就不能使用了。雷達式水位計是一種新型的水位測量設備，利用毫米微波在空氣中的傳播速度來測量水位，測量過程完全由電子電路來實現，因而比較容易實現自動遙測。其測量原理與超聲波水位計類似，但由於微波的傳播速度受溫度影響極小，因而測量精度較高。目前雷達式水位計只有外國公司能生產，價格昂貴。且雷達式水位計的安裝也需要一個支撐杆，因此施工難度大，造價高。黃河年徑流量變化大，水文條件複雜，河床淤積嚴重，尤其是下遊河道寬、淺、散、
3亂，測驗條件困難。影響水位觀測的主要因素一是儘管流量相同，而河床衝刷會使水位下降，淤積會使水位上升；二是水中叢生植物和漂浮物，旁側支流漲水頂託造成回水，強大的迎流向的逆風均會使水位升高(尤其在河口段)，順風會使水位降低；三是水位觀測的時間和次數的安排，即要滿足水文情報預報的需要，還要滿足測得的資料能反映出-日內水位的變化過程，人為因素影響較大；四是有洪水、結冰、流凌(流冰)、冰凌堆積、冰壩和冰雪融水補給河流等現象時，增加觀測次數，以取得水位變化過程的完整資料；五是觀測水位時， 受河床變化、流勢、流向、水中漂浮物、波浪、風向、風力、水面起伏度、水溫等其他影響因素。

實用新型內容本實用新型的目的在於針對現有的水位觀測和處理手段所存在的缺陷，即人工觀測誤差大，容易出現錯誤，水位數據傳遞不及時，水尺容易損壞等，提供一種水位觀測裝置，能夠自動收集連續的水位觀測資料，提高水位觀測質量，減輕觀測人員的勞動強度，避免影響水位觀測的各種因素，實現水位觀測的自動化、數位化，為防汛指揮機構提供及時、 準確的決策信息。本實用新型提供一種水位觀測裝置，包括底座和不鏽鋼管，在所述不鏽鋼管的一側沿軸向均勻開有直徑為5毫米的進水孔，孔間距為20毫米，所述不鏽鋼管外部噴塗有水尺刻度，內部裝有塑料芯，在所述塑料芯側面沿軸向裝有1釐米間距的不鏽鋼電極，所述塑料芯內部裝有由單片機、5-32地址解碼器、8位電子開關和EEI3ROM存儲器組成的測量控制電路，所述不鏽鋼電極與所述測量控制電路連接；在塑料芯上端裝有直流電源線和485通訊電路。優選地，在所述不鏽鋼管頂部安裝有太陽能電池。本實用新型提供一種水位觀測裝置，能夠遠程操作，無人值守，測量精度高，安裝和使用方便，造價低，可以在黃河上推廣應用。

圖1是本實用新型的水位觀測裝置的示意圖。圖中，1是底座，2是不鏽鋼管，3是太陽能電池。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的水位觀測裝置，從外觀看，包括底座2和不鏽鋼管1，在所述不鏽鋼管1的一側沿軸向均勻開有直徑為5毫米的進水孔，孔間距為20毫米，進水孔的作用是過濾水草和減輕波浪對測量結果的影響。所述不鏽鋼管1的外部噴塗有水尺刻度，不鏽鋼管1的內部裝有塑料芯，本實用新型採用的塑料芯，其原料為塑料圓棒，側面由機械加工成一個平面，用於沿軸向裝有1釐米間距的不鏽鋼電極。塑料芯內部掏空，用於安裝內部電路板，該內部電路板是由單片機、 5-32地址解碼器、8位電子開關和EEPROM存儲器組成的測量控制電路。不鏽鋼電極與內部電路板連接，塑料芯內部的電路板由絕緣樹脂灌封。在塑料芯上端裝有直流電源線和485通訊電路，直流電源線連接外部電源，也可以同時連接太陽能電池，因此，作為優先實施方式，在所述不鏽鋼管頂部安裝有太陽能電池3。本實用新型的數據通訊採用標準的485數據通訊，可以靈活地、遠距離(小於2000米) 連接計算機、數傳電臺、數據機、GPRS模塊或乙太網串口伺服器等設備，以進行遠程控制和遠程數據傳輸。本實用新型採用不鏽鋼電極作為水位傳感器，測量的誤差的最大值就是電極之間的間距，本實施方式採用的間距是1釐米，這樣測量誤差的最大值就是1釐米。使用這種設計為進一步提高測驗精度留下了餘地，可以通過減小電極間距或傾斜放置來進一步提高測驗精度。但減小電極間距就要增加電極數量，增加電極數量，原來的電子水位觀測尺採用的是模擬電子電路，每一個電極對應著一根信號線，當採用1釐米作為電極間距時，每米水尺將有100根信號線，因而製造出的水尺結構複雜，故障率高，很難推廣。針對這種情況，本實用新型的水位觀測裝置採用了單片計算機技術，利用一片單片計算機的數據總線作為電極信號的傳輸通道，即將所有電極按8個一組分別讀取電極狀態，本設計的256釐米電子水位觀測尺共有256個電極，按8個一組共分成32組，每組由一個電子開關控制，32個電子開關使用5條控制線就可以控制(5條控制線有32種輸出狀態)，這樣採集電極的信號線只有 13根，因此結構簡單，可靠性大大提高。電子水尺應用的另一個難題是電極的電化學腐蝕問題，電化學腐蝕是金屬在液體內通電時的電解現象造成的腐蝕，因此減少電極的通電時間是解決電極電化學腐蝕的關鍵。本次設計的電子水尺的控制部分也使用了一片單片計算機，與水尺內部的單片計算機協調工作，精確地控制電極的通電時間，每次測量都將電極通電時間控制在0.1秒以內，大大延長了電極的使用壽命，同時減小了功耗，提高了可靠性。為實現上述功能，本發明利用單片機程序進行控制。其具體過程如下不進行測量時，單片機關閉電極的電源並等待來自485通訊電路的命令。當接收到來自485通訊電路的命令時，單片機按順序接通每一組電極的電源並檢測每一組電極的狀態，然後根據採集到的每一個電極的狀態(當電極入水時其邏輯狀態為0，不入水時為1)，計算出水位，將計算出的數據存入其的EEPR0M，然後通過485通訊電路將測量到的數據發送出去。本實用新型觀測的過程如下1.通電後系統內部各存儲器初始化；2.進入等待狀態，判斷485接口是否有指令；3.當485接口收到測量指令後，進行水位測量操作。本實施方式的測量長度為256釐米，具有256個電極，這256個電極分成32組，最低端1組電極的地址η = 0，第二組電極的地址η = 1，……，最高端為第32組，其地址為 η = 31。讀取電極狀態是從最低端一組電極開始的，這時η = 0，單片機的Pl 口的低5位值為0，控制第一組電極的電子開關接通，第一組電極中的8個電極通過電子開關接入單片機的數據總線；然後單片機讀取數據總線即PO上的數據，根據讀取到的數據即可判斷電極在水中還是在水上，例如如讀取的數據為二進位 00000000，則表示所有電極均在水中，這時讀取的這一組水位值為8釐米；如讀取到的數據為二進位11100000，表示下面的5個電極在水中，這時讀取的這一組水位值為5釐米；本組電極測量完畢後，電極地址η+1，如上所述原理測量第二組電極的水位值……，直至測量完最上一組電極的水位值，即η = 31為止。最後將各組電極的水位值相加即得到本次測量的水位值。4.將本次測量的水位值存入固態存儲器EEPROM ；5.將本次測量的水位值通過485通訊電路上傳；6.完成本次測量過程後，程序再次轉入等待狀態，判斷485接口是否有指令，當再次收到測量指令時，再進行上述測量過程3、4、5。
權利要求1.一種水位觀測裝置，其特徵在於，包括底座⑵和不鏽鋼管(1)，在所述不鏽鋼管⑴ 的一側沿軸向均勻開有直徑為5毫米的進水孔，孔間距為20毫米，所述不鏽鋼管(1)外部噴塗有水尺刻度，內部裝有塑料芯，在所述塑料芯側面沿軸向裝有1釐米間距的不鏽鋼電極，所述塑料芯內部裝有由單片機、5-32地址解碼器、8位電子開關和EEPROM存儲器組成的測量控制電路，所述不鏽鋼電極與所述測量控制電路連接；在所述塑料芯上端裝有直流電源線和485通訊電路。
2.根據權利要求1所述的一種水位觀測裝置，其特徵在於，在所述不鏽鋼管(1)頂部安裝有太陽能電池(3)。
專利摘要本實用新型提供一種水位觀測裝置，包括底座和不鏽鋼管，在所述不鏽鋼管的一側沿軸向均勻開有直徑為5毫米的進水孔，孔間距為20毫米，所述不鏽鋼管外部噴塗有水尺刻度，內部裝有塑料芯，在所述塑料芯側面沿軸向裝有1釐米間距的不鏽鋼電極，所述塑料芯內部裝有由單片機、5-32地址解碼器、8位電子開關和EEPROM存儲器組成的測量控制電路，所述不鏽鋼電極與所述測量控制電路連接；在塑料芯上端裝有直流電源線和485通訊電路。本實用新型提供一種水位觀測裝置，能夠遠程操作，無人值守，測量精度高，安裝和使用方便，造價低，可以在黃河上推廣應用。
文檔編號G08C19/00GK202048955SQ20112013034
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月28日 優先權日2011年4月28日
發明者孫曉明, 張傳河, 張華 , 王日強, 賀喬靜, 閆亞萍 申請人:張傳河