超声波自记水位计在铁厂水文站的应用

超声波自记水位计在铁厂水文站的应用

摘要:本文介绍了超声波自记水位计的工作原理、数据采集传输接收的工作方式,对系统的功能与特点进行了说明,并对仪器的测量精度作了评估。

关键词:超声波应用

1 概况

铁厂水文站是国家基本水文站,位于大罗圈河上。本站断面主要靠上游来水,天然降水和地下水补给。洪峰形式为单式峰和复式峰两种,水位-流量关系较好呈单一线.集水面积685km2,至河口距离8.8km,警戒水位6.50m,保证水位8.00m。河段顺直长约300m,河床由岩石和砂卵石组成,左岸为石笼护堤,右岸高时漫滩,后河宽可达136m左右.畅流期用自记水位计和直立式水尺观测,枯水期、冰期用直立(矮桩)式水尺人工直读观测。

2 工程技术设计

该工程分为数据采集、传输、接收、处理四部分。

2.1 数据采集

采用德国Endress+Hauser公司的FDU85型超声波探头,FMU860型超声变送器。该公司的这套设备在国际上具有良好的声誉,测量的准确性、可靠性都比较好,产品质量被认可并完全满足质量标准DLN.ISO9001。见图1。Prosonic FMU860超声波变速器是与Prosonic FDU85传感器(探头)配套使用的。FMU860型超声变速器具有模糊逻辑单元的智能软件,操作简便,启动容易,功能完备等特点。应用包括模糊逻辑单元的统计理论来进行智能化回波分析,无需其它的特殊来源,能使真实的物位回波同零星反射以及干扰回波、噪音等信号区分开。通过对特殊的固定目标的抑制模式或过滤因素进行连续的非接触的超声测量。

2.1.1 FDU85传感器(探头)主要技术指标

测量范围(D):45m以上;

盲区(BD):0.8m;极限温度:-40～+80℃;环境温度:-40～+80℃;工作温度:-20～+80℃;自身高度:0.155m;波束长度:45m;工作频率:17kHz;波束半径(r):1.9m;波束角:5°。

2.1.2 工作原理

传感器向液体表面方向发射超声波,液体反射部分回波,这反射回波被同一传感器探测,同时作为一个定向的传送器,转换成电信号。脉冲传送与接收之间的时间(声波的运动时间)是与探头和物体表面的距离成正比的。声波的传输距离L(波束长度)通过声速C和运行时间t被表示,即L=ct。

由于探头起振关系,在探头的下方会出现一个无法接收回波的区域,这便叫做盲区。盲区决定了在探头表面和最高物位的最小距离。因此,探头实际测量的距离D=L-BD。

2.2 数据传输

数据传输部分采用南京水利水文自动化研究所生产的WYY—1遥测端机(无线传输),由于发射与接收之间距离在1km左右,采用超短波通讯,接收效果较好。

2.3 数据接收

接收处理部分采用水文综合控制器,可以接收水位数据、固态存储雨量数据；输出到宽幅显示屏和计算机,实现实时显示功能；使水位数据、雨量数据直接存储、整编计算等处理；通过上电器、Modem、电话,实现与省防、市防的远传报汛。

2.4 数据处理的主要功能及特点

通过多种参数设置,可靠的软件支持,使该系统应用更加灵活。具

有原始数据查询、存储处理及强大的图形显示功能等。

(1)测量部分。

由于该仪器只能存储36天的水位值,所以在每月月初1～5日召测上月数据,分上、下旬选择存储,分别存储于以站名时间为文件名的Access库中；如选择存文本,把所召测的数据存如以C盘sqsystem的文本数据为目录,以站名时间为文件名的文本文件中。

召测雨量同上,但不同的是必须本月召测本月的降雨数据,因为它只能存储31天。

(2)数据处理部分。

测得的水位数据,通过遥测终端,输出到宽幅显示屏,实现实时显示,同时采用水文综合控制仪,可以接收固态存储水位数据、雨量数据；并通过计算机进行整编计算处理等。

(3)水位数据报表。

实时显示当前水位数据,同时可以查询不同段次的水位数据,最小段次为10s,随时可以查询1小时、1日、旬、月等水位数据。

(4)雨量数据报表。

实时显示当前雨量数据,可以查询不同段次的雨量数据,段次分为1小时、1日、旬、月等。

(5)图形处理部分。

月水位过程线可以显示各月水位过程线图,更能直接明了地反映水位的变化过程。

时段水位过程线可以实时显示逐时水位变化过程线,同时可以显示任意时段的水位过程线。

月雨量直方图可以显示各月雨量过程直方图,更能直接明了地反映雨量的变化过程。

(6)数据管理部分。

建立了Access水位数据库和雨量数据库,通过数据列表,可以随时查看到该数据表的各种水位、雨量数据。

3 结语

经过建设初期的运行调试,现在水文站能接收水位雨量数据及进行计算处理。通过对比观测,可以看出,自记水位计测量水位与人工水尺观测基本一致,进行误差分析计算表明,最大误差为3cm,系统误差为0.1cm,置信水平95%的综合不确度为2.9cm,误差在允许的范围内,自记走时机构准确,并通过计算机实时接收数据,仪器稳定性好,可靠性高,完全符合水位观测标准的相关规定。

应用超声波水位自记,可以利用遥测、通讯、计算机等现代化科技手段实时完成降水量、水位、流量等数据的采集、传输和加工处理等。它能在无人值守的情况下快速、精确地掌握水、雨情等水文信息并及时传输,为汛期洪水预报、防汛调度和常年的水库调度工作提供及时可靠的依据,提高水情测报自动化程度。