CN110736521A - 一种采用斜坡安装的激光水位测量装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用斜坡安装的激光水位测量装置，属于水文环境监测技术领域，包括测量单元、水面悬浮反射球和测量保护管道三个部分；水面悬浮反射球浮于水表面，测量保护管道设置在斜坡上且其与水接触的一端将水面悬浮反射球包裹在内，在测量保护管道的另一端设置测量单元。本发明还公开了其测量方法。本发明的一种采用斜坡安装的激光水位测量装置，使得激光水位计可以在水体周围的斜坡上安装，不需要安装传统测量方法所需的倒L形测量杆，也不需要建设铅直的水位井，使得安装变得快捷、安装成本低。本发明的测量方法所需的距离d精度高，所需的倾角θ获取也很方便，水位的计算方法简洁。

Description

一种采用斜坡安装的激光水位测量装置和方法
技术领域
本发明属于水文环境监测技术领域，具体涉及一种采用斜坡安装的激光水位测量装置和方法。
背景技术
水位的测量是水文环境监测领域最基本的测量项。水位测量常用的传感器包括浮子式水位计、压力式水位计、雷达/超声波水位计等。
浮子式水位计需要建测量水位井，建设周期长、成本高；压力式水位计需要定期清理测量传感器上的杂物，需要人工维护；雷达/超声波水位计安装要求测量波束垂直于水面，这就需要搭建倒L形测量杆使得雷达/超声波探头悬挂安装于水面上方，当坡面斜率较小的环境下，为了满足水位变化范围的测量要求，倒L形测量杆臂长要求很长，安装变得困难。
激光测距仪也同样可以用作水位测量，但必须在水面设置漫反射体。为了防止反射体飘走，就需要建设类似水位井的装置以束缚反射体，并将激光测距仪放置在这种水位井上方。随着水位测量量程的增加，建设铅直的水位井的难度与成本将直线上升；当不建水位井而采用中心穿孔的大浮子套在铅垂的钢丝的方法设置反射体时，可降低一些成本，但浮子被水中杂物缠绕的风险又非常大。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种采用斜坡安装的激光水位测量装置，使得安装变得快捷、安装成本低；本发明的另一目的是提供其测量方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种斜坡安装激光水位测量装置，包括测量单元、水面悬浮反射球和测量保护管道三个部分；所述的水面悬浮反射球浮于水表面，所述的测量保护管道设置在斜坡上且其与水接触的一端将水面悬浮反射球包裹在内，在所述的测量保护管道的另一端设置测量单元。
进一步的，所述的水面悬浮反射球由直径1厘米的PE材料圆球构成，PE材料比重0.9。水面悬浮反射球分布图的数量以填满保护管道。
进一步的，所述的测量单元通过激光测量与水面悬浮反射球的距离d，激光波束倾角θ。
进一步的，所述的测量保护管道采用PVC管或者不锈钢管材料，其表面开致密小孔。
进一步的，所述的测量单元包括微控制器、激光测距仪、倾角传感器、通信模块和电源，所述的微控制器是中心，所述的微控制器与激光测距仪、倾角传感器、通信模块分别相连，所述的电源对整个测量单元供电。
进一步的，所述的微控制器为STM32系列微控制器，所述的激光测距仪为RS232接口输出的LEUZE ODSL30/D232-30M-S12激光测距仪；所述的倾角传感器为WitLink SIS426-30倾角传感器；所述的通信模块为宏电H7710工业级全网通数传模块。
进一步的，所述的一种斜坡安装激光水位测量方法，包括如下步骤：
1)先测量激光测距仪到水面的距离d；
2)测量波束倾角θ；
3)计算水位H＝d·sin(θ)。
进一步的，所述的激光测距仪发出激光测量距离悬浮反射球的距离d；倾角传感器测量激光测距仪相对水平的倾角θ；所述的微控制器对测量单元进行控制，计算水位H＝d·sin(θ)，将测量结果传送给通信模块；所述的通信模块完成将测量结果远传。
所述的微控制器通过RS232接口发出指令，让激光测距仪发出激光测量距离悬浮反射球的距离d，激光测距仪具有足够的测量量程，以覆盖水位变幅；所述的微控制器读取此距离d；所述的微控制器通过RS232接口发出指令，让倾角传感器测量激光波束相对水平的倾角θ；微控制器读取此倾角θ。
进一步的，有益效果：与现有技术相比，本发明的一种采用斜坡安装的激光水位测量装置，使得激光水位计可以在水体周围的斜坡上安装，不需要安装传统测量方法所需的倒L形测量杆，也不需要建设铅直的水位井，使得安装变得快捷、安装成本低。本发明的测量方法所需的距离d精度高，所需的倾角θ获取也很方便，水位的计算方法简洁。
附图说明
图1是一种斜坡安装激光水位测量装置的总体结构图；
图2是测量单元的组成示意图；
图3是水面悬浮反射球分布图；
附图标记为：100-测量单元，200-水面悬浮反射物、300-测量保护管道、101-微控制器、102-激光测距仪、103-倾角传感器、104-通信模块、105-电源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种斜坡安装激光水位测量装置，包括测量单元100、水面悬浮反射球200、测量保护管道300三个部分。
测量单元100发出激光测量信号，用于测距。
水面悬浮反射球200用于反射测量单元100发出的激光。水面悬浮反射球200由一些直径1厘米的PE材料圆球构成，PE材料比重0.9，可悬浮于水表面。
测量单元100通过激光测量与水面悬浮反射球200的距离d，激光波束倾角θ，计算得到水位H＝d·sin(θ)。
测量保护管道300将水面悬浮反射球200包裹在内，保证在整个水位变幅内，悬浮球浮于水面之上。测量保护管道300保护测量不受外界干扰。测量保护管道300采用PVC管或者不锈钢管材料，其表面开致密小孔，作用在于一方面对被测水面消浪，另一方面方便安装过程中的观察与调试。
如图2是测量单元100的组成示意图。测量单元100包括微控制器101、激光测距仪102、倾角传感器103、通信模块104和电源105共五部分。
微控制器101是中心，它与激光测距仪102、倾角传感器103、通信模块104分别相连。微控制器101选用当前广泛应用的STM32系列微控制器，它具有低功耗，多接口的特点。激光测距仪102选用RS232接口输出的LEUZE ODSL30/D232-30M-S12激光测距仪，它的精度达到1mm。倾角传感器103选用WitLink SIS426-30倾角传感器，它的测量精度达到0.02度。通信模块104选用宏电H7710工业级全网通数传模块。微控制器101与激光测距仪102连接的接口是RS232接口。微控制器101与倾角传感器103连接的接口是RS232接口。微控制器101与通信模块104连接的接口是RS232接口。
微控制器101通过RS232接口发出指令，让激光测距仪102发出激光测量距离悬浮反射球200的距离d，激光测距仪具有足够的测量量程，以覆盖水位变幅。微控制器101读取此距离d。微控制器101通过RS232接口发出指令，让倾角传感器103测量激光波束相对水平的倾角θ。微控制器101读取此倾角θ。微控制器101使用距离d和倾角θ，计算水位H＝d·sin(θ)，将测量水位H传送给通信模块104。通信模块104完成将测量水位远传。电源105由12V蓄电池、太阳能板以及充电器构成，对整个测量单元100供电。
如图3是水面悬浮反射球分布图。反射球的数量以填满保护管道为最佳，过少造成水表面不能保证将激光漫反射，过多造成水面不平，对测量结果造成误差。一种采用斜坡安装的激光水位测量方法，包括如下步骤，先测量激光测距仪到水面的距离d，然后测量波束倾角θ，再计算水位H＝d·sin(θ)。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种斜坡安装激光水位测量装置，其特征在于：包括测量单元(100)、水面悬浮反射球(200)和测量保护管道(300)三个部分；所述的水面悬浮反射球(200)浮于水表面，所述的测量保护管道(300)设置在斜坡上且其与水接触的一端将水面悬浮反射球(200)包裹在内，在所述的测量保护管道(300)的另一端设置测量单元(100)。
2.根据权利要求1所述的一种斜坡安装激光水位测量装置，其特征在于：所述的水面悬浮反射球(200)由直径1厘米的PE材料圆球构成，PE材料比重0.9。
3.根据权利要求1所述的一种斜坡安装激光水位测量装置，其特征在于：所述的测量单元(100)通过激光测量与水面悬浮反射球(200)的距离d，激光波束倾角θ。
4.根据权利要求1所述的一种斜坡安装激光水位测量装置，其特征在于：所述的测量保护管道(300)采用PVC管或者不锈钢管材料，其表面开致密小孔。
5.根据权利要求1所述的一种斜坡安装激光水位测量装置，其特征在于：所述的测量单元(100)包括微控制器(101)、激光测距仪(102)、倾角传感器(103)、通信模块(104)和电源(105)，所述的微控制器(101)是中心，所述的微控制器(101)与激光测距仪(102)、倾角传感器(103)、通信模块(104)分别相连，所述的电源(105)对整个测量单元供电。
6.根据权利要求5所述的一种斜坡安装激光水位测量装置，其特征在于：所述的微控制器(101)为STM32系列微控制器，所述的激光测距仪(102)为RS232接口输出的LEUZEODSL30/D232-30M-S12激光测距仪；所述的倾角传感器(103)为WitLink SIS426-30倾角传感器；所述的通信模块(104)为宏电H7710工业级全网通数传模块。
7.根据权利要求6所述的一种斜坡安装激光水位测量装置，其特征在于：所述的微控制器(101)与激光测距仪(102)、倾角传感器(103)、通信模块(104)分别通过RS232接口相连。
8.采用权利要求1-7中任意一项所述的一种斜坡安装激光水位测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)先测量激光测距仪到水面的距离d；
2)测量波束倾角θ；
3)计算水位H＝d·sin(θ)。
9.根据权利要求8所述的一种斜坡安装激光水位测量装置的测量方法，其特征在于，所述的激光测距仪(102)发出激光测量距离悬浮反射球(200)的距离d；倾角传感器(103)测量激光测距仪相对水平的倾角θ；所述的微控制器(101)对测量单元进行控制，计算水位H＝d·sin(θ)，将测量结果传送给通信模块(104)；所述的通信模块(104)完成将测量结果远传。
10.根据权利要求9所述的一种斜坡安装激光水位测量装置的测量方法，其特征在于，所述的微控制器(101)通过RS232接口发出指令，让激光测距仪(102)发出激光测量距离悬浮反射球(200)的距离d，激光测距仪具有足够的测量量程，以覆盖水位变幅；所述的微控制器(101)读取此距离d；所述的微控制器(101)通过RS232接口发出指令，让倾角传感器(103)测量激光波束相对水平的倾角θ；微控制器(101)读取此倾角θ。
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