CN101694397B - 一种水位升/降单向运动的自动测定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水位升/降单向运动的自动测定方法，包括将一个浮子置于观测井之内，井口设置控制浮子升降的装置、脉冲信号发生器和脉冲信号记录仪，当水位变化时，随着浮子的升降，带动升降装置的测试轮转动，设置于测试轮圆周上的磁铁转动时依次经过脉冲信号发生器的电磁开关，使脉冲信号发生器的开关完成吸合动作产生信号，传导至脉冲信号记录仪，通过测试轮转动时磁铁通过电磁开关产生的信号得出水位变动幅度。本发明的测定系统结构简单、运行管理方便。避免了气温和大气压的影响，同时通过脉冲发生器与脉冲记录仪，将水位动态变化信息转换为电信号，并储存在电子芯片中，实现了数据的无纸记录。
Description
技术领域
本发明涉及到一种水位升/降单向运动的自动测定方法及装置，主要应用于研究山地或平原地表水、地下水位动态变化，属于小型水文资料测定设备技术领域。
背景技术
目前水位动态变化监测作为水资源管理的重要手段，一直受到水利工作者的重视。目前，应用于自动测定水位动态变化的装置主要包括浮子式水位仪、压力传感器式水位仪、超声波式水位仪等，其中压力传感器式水位仪和超声波式水位仪虽然在数据记录方面比较先进、完善，但传感器受气温、大气压等环境因素的影响较大，稳定性一般较差，一直是该类仪器不断改进和完善的努力方向之一，最关键的一点是因为复杂的信号处理电路导致其成本居高不下，目前还难以推广；浮子式水位仪一般由浮子传感器、传动装置与记录装置构成，浮子传感器相对压力传感器而言，受气温和大气压等环境因素的影响较小，但传动与记录装置目前大部分还为机械时钟式有纸记录模式，机械加工复杂、运行阻力大；近年来，随着电子信息业的高速发展，特别是光电技术的发展，光电编码器出现与应用，实现了浮子式水位仪的无纸记录模式，但是光电编码器型浮子式水位仪目前也存在诸多问题，首先发射装置或接受装置因机械震动等原因，容易引起移位或偏移，导致接收装置不能可靠的接收到光信号，而不能产生电信号，其次在温度高、湿度大的环境中，容易导致光电检测装置内部的电子元件特性改变或损坏，再次环境中的电磁容易对光电检测装置产生干扰，导致光电检测装置输出波形发生畸变失真。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提出了一种水位升/降单向运动的自动测定方法及装置，以浮子为基础，将水位的上升或下降的直线运动转变为测轮的圆周运动，然后通过测定测轮单位时间内产生的脉冲数，或者产生单个脉冲所经过的时间，来确定水位的变化速率。
本发明的技术方案是这样实现的：这种水位升/降单向运动的自动测定方法，包括将一个浮子置于观测井之内，井口设置控制浮子升降的装置、脉冲信号发生器和脉冲信号记录仪，当水位变化时，随着浮子的升降，带动升降装置的测试轮转动，设置于测试轮圆周上的磁铁转动时依次经过脉冲信号发生器的电磁开关，使脉冲信号发生器的开关完成吸合动作产生信号，传导至脉冲信号记录仪，通过测试轮转动时磁铁通过电磁开关产生的信号得出水位变动幅度 计算单位时间水位变动幅度得出水位升降速率 式中：
ΔH为水位变动幅度；π为圆周率；R为小圆盘的半径；n为测轮上分布磁铁的个数，t为计算时段。
本发明还为这种测定方法提供一种水位升/降单向运动的自动测定装置，所述的测定装置包括一个置于观测井之内浮子，井口设置的控制浮子升降的装置、脉冲信号发生器和脉冲信号记录仪，所述的升降装置由测试绳、测试轮和卷轮构成，测试轮外缘均布N块永久磁铁，所述的脉冲信号发生器选择干簧管继电器与脉冲信号记录仪连接。
所述的水位升/降单向运动的自动测定装置，所述的测试轮同轴设置一个小于其直径的同心圆盘轮，测试绳经过圆盘轮再缠绕在卷轮上。
所述的水位升/降单向运动的自动测定装置，所述的卷轮同轴设置有扭簧。
所述的水位升/降单向运动的自动测定装置，所述的干簧管继电器安装在靠近测试轮圆盘边缘的位置上。
所述的水位升/降单向运动的自动测定装置，所述的测试轮还设置有压轮，测试绳位于压轮与圆盘轮之间与浮子相连。
所述的水位升/降单向运动的自动测定装置，所述的压轮通过连杆固定在轴杆上，防止测试绳与圆盘轮之间产生滑动。
本发明与目前所应用的测定方法和系统相比技术进步效果表现在将水位的上升或下降的直线运动转变为测轮的圆周运动，然后通过测定测轮单位时间内产生的脉冲数，或者产生单个脉冲所经过的时间，来确定水位的变化速率。本发明的测定系统结构简单、运行管理方便。避免了气温和大气压的影响，同时通过脉冲发生器与脉冲记录仪，将水位动态变化信息转换为电信号，并储存在电子芯片中，实现了数据的无纸记录。
附图说明
图1是本发明自动测定装置示意图
图2是本发明测试轮的侧视结构示意图
图中：1、卷轮 2、测试轮 2-1、轴杆 2-2、圆盘轮3、永久磁铁 4、脉冲信号发生器 5、脉冲信号记录仪6测试绳 7、浮子 8、测试井 9、压轮
具体实施方式
图1给出本发明自动测定装置示意图，包括一个置于观测井8之内浮子7，井口设置的控制浮子升降的装置、脉冲信号发生器4和脉冲信号记录仪5，实施例给出的升降装置由测试绳6、测试轮2和卷轮1构成，测试轮外缘均布N块永久磁铁，所述的脉冲信号发生器4选择干簧管继电器与脉冲信号记录仪5连接。
所述的测试轮2同轴设置一个小于其直径的圆盘轮2-2，测试绳6经过圆盘轮2-2再缠绕在卷轮1上，卷轮同轴设置有扭簧。
所述的测试轮还设置有压轮9，测试绳6位于压轮与圆盘轮2-2之间与浮子7相连。压轮9通过连杆固定在轴杆2-1上，防止测试绳与圆盘轮之间产生滑动。
所述的干簧管继电器安装在靠近测试轮2圆盘边缘的位置上。
上述实施例中使用的干簧管继电器，脉冲信号记录仪可以在市场上购置，脉冲信号记录仪可选择美国生产的HOBO事件记录仪、CR10X数据采集器、日本生产的3639-20脉冲记录仪等。
当水位上升或下降时，在浮子7与卷轮1的共同作用下，测试绳6通过圆盘轮带动测试轮2转动，当测试轮转过一定角度时，安装在测试轮边缘的永久磁铁3将接近一次脉冲信号发生器4，干簧管继电器开合一次产生1个脉冲信号，并通过导线传输到脉冲信号记录仪5中；随着水位的持续上升或下降，干簧管继电器将在不同时刻产生多个脉冲信号，并逐次储存于脉冲信号记录仪中。经过一段时间，用计算机通过数据线将记录仪中的数据取出即可进行相关分析。
水位变幅与测试轮转动之间存在如下关系：
式中：ΔH为水位变动幅度；π为圆周率；R为小圆盘的半径；n为测轮上分布磁铁的个数。
假设测试轮2圆盘轮的直径为1cm，测试轮上有8块永久磁铁，那么产生1个脉冲信号，测试轮的转数为1/8转，因此，根据式(1)可求得：
式(2)说明，水位每上升或下降0.3925cm，将产生一个脉冲信号，即分辨率为3.925mm。计算单位时间水位变动幅度得出水位升降速率
式中：v为水位的变化速率，mm/h
t为计算时段，h
m为计算时段内所产生的脉冲数。
本发明列举的实施例旨在进一步地阐述这种水位升/降单向运动的自动测定方法及装置，而不对本发明的保护范围构成任何限制。
Claims (5)
1.一种水位升/降单向运动的自动测定方法，其特征在于：测定方法包括将一个浮子(7)置于观测井(8)之内，井口设置控制浮子升/降的装置、脉冲信号发生器(4)和脉冲信号记录仪(5)，当水位变化时，随着浮子的升/降，带动升/降装置的测试轮(2)转动，设置于测试轮圆周上的磁铁转动时依次经过脉冲信号发生器(4)的电磁开关，所述的电磁开关完成吸合动作产生信号，传导至脉冲信号记录仪(5)，通过测试轮转动时磁铁通过电磁开关产生的信号得出水位变动幅度 计算单位时间水位变动幅度得出水位升降速率 式中：
ΔH为水位变动幅度；π为圆周率；R为圆盘轮的半径；n为测试轮上分布磁铁的个数，t为计算时段；
所述的升/降装置由测试绳(6)、测试轮(2)和卷轮(1)构成，所述的测试轮(2)同轴设置所述圆盘轮(2-2)，所述圆盘轮(2-2)的直径小于测试轮的直径，所述圆盘轮与测试轮同心，测试绳(6)经过圆盘轮(2-2)再缠绕在卷轮(1)上。
2.根据权利要求1所述的水位升/降单向运动的自动测定方法使用的装置，其特征在于：所述的测定装置包括一个置于观测井(8)之内浮子(7)，井口设置的控制浮子升/降的装置、脉冲信号发生器(4)和脉冲信号记录仪(5)，所述的升/降装置由测试绳(6)、测试轮(2)和卷轮(1)构成，测试轮外缘均布N块永久磁铁，所述的脉冲信号发生器(4)选择干簧管继电器作为电磁开关，所述的干簧管继电器与脉冲信号记录仪(5)连接；所述的测试轮(2)同轴设置一个小于其直径的同心圆盘轮(2-2)，测试绳(6)经过圆盘轮(2-2)再缠绕在卷轮(1)上。
3.根据权利要求2所述的水位升/降单向运动的自动测定方法使用的装置，其特征在于：所述的卷轮同轴设置有扭簧。
4.根据权利要求2所述的水位升/降单向运动的自动测定方法使用的装置，其特征在于：所述的干簧管继电器安装在靠近测试轮(2)圆盘边缘的位置上。
5.根据权利要求2所述的水位升/降单向运动的自动测定方法使用的装置，其特征在于：所述的测试轮还设置有压轮(9)，测试绳(6)位于压轮与圆盘轮(2-2)之间与浮子(7)相连。
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