CN202048955U - 一种水位观测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种水位观测装置，包括底座和不锈钢管，在所述不锈钢管的一侧沿轴向均匀开有直径为5毫米的进水孔，孔间距为20毫米，所述不锈钢管外部喷涂有水尺刻度，内部装有塑料芯，在所述塑料芯侧面沿轴向装有1厘米间距的不锈钢电极，所述塑料芯内部装有由单片机、5-32地址译码器、8位电子开关和EEPROM存储器组成的测量控制电路，所述不锈钢电极与所述测量控制电路连接；在塑料芯上端装有直流电源线和485通讯电路。本实用新型提供一种水位观测装置，能够远程操作，无人值守，测量精度高，安装和使用方便，造价低，可以在黄河上推广应用。

Description

一种水位观测装置

技术领域

本实用新型涉及一种水位观测装置，属于水利工程技术领域。

背景技术

水位资料是反映河流、湖泊等水系特征的最基础资料，水位资料是否正确可靠，直接影响到防汛、抗旱、水利建设、科学研究等领域。因此，观测水位的工具是形成可靠水位资料的关键。

水位观测是黄河水利部门最基本的工作，长期以来黄河水位观测以人工目测为主，工作环境十分恶劣，尤其在汛期，工作人员面临着洪水、天气等危险，观测任务十分艰巨，观测数据频繁，容易出现人为错误。人工观测水位的误差主要来源五个方面：①观测员视线与水面不平行产生的折光影响；②波浪影响；③水尺附近的障碍物产生的阻水、壅水影响；④时钟不准；⑤风浪影响。

水位资料具有很强的时效性，要求观测人员将观测成果在很短时间内上报到上级部门。目前，观测人员人为随意性很大，比如要求观测当日08时水位，观测人员为完成报水任务，可能提前观测或者迟后观测，影响观测资料的及时性。另外，由于水位站远离县城和通信基站，通信信号微弱，且容易受到外界干扰，而现在的报水工具又相当落后，影响观测人员及时上报，不能满足现代防汛需求。

目前使用的水位观测设备主要有人工观测水尺、浮子式水位计、超声波水位计、压力式水位计和雷达式水位计。以上这几种水位观测设备各有优缺点：

人工观测水尺造价低、安装维护方便，是目前使用最为普遍的一种水位观测设备，但观测精度因人而异，需要专人管理，不能实现自动遥测。

浮子式水位计目前使用较广泛，工作稳定，但安装和维护复杂，施工难度大，造价高，不易实现自动遥测。

超声波水位计利用超声波在空气中的传播速度来测量水位，测量过程完全由电子电路来实现，因而比较容易实现自动遥测，但超声波水位计的安装需要一个支撑杆，因此施工难度大，造价高，并且由于超声波在空气中的传播速度受温度影响较大，而造成测量误差比较大。

压力式水位计通过压力传感器测量水中的静压力来测量水位，测量过程由电子电路来实现，因而比较容易实现自动遥测，但测量精度受温度影响较大，受淤积影响严重，如果安装传感器的位置有淤积就不能使用了。

雷达式水位计是一种新型的水位测量设备，利用毫米微波在空气中的传播速度来测量水位，测量过程完全由电子电路来实现，因而比较容易实现自动遥测。其测量原理与超声波水位计类似，但由于微波的传播速度受温度影响极小，因而测量精度较高。目前雷达式水位计只有外国公司能生产，价格昂贵。且雷达式水位计的安装也需要一个支撑杆，因此施工难度大，造价高。

黄河年径流量变化大，水文条件复杂，河床淤积严重，尤其是下游河道宽、浅、散、乱，测验条件困难。影响水位观测的主要因素：一是尽管流量相同，而河床冲刷会使水位下降，淤积会使水位上升；二是水中丛生植物和漂浮物，旁侧支流涨水顶托造成回水，强大的迎流向的逆风均会使水位升高(尤其在河口段)，顺风会使水位降低；三是水位观测的时间和次数的安排，即要满足水文情报预报的需要，还要满足测得的资料能反映出-日内水位的变化过程，人为因素影响较大；四是有洪水、结冰、流凌(流冰)、冰凌堆积、冰坝和冰雪融水补给河流等现象时，增加观测次数，以取得水位变化过程的完整资料；五是观测水位时，受河床变化、流势、流向、水中漂浮物、波浪、风向、风力、水面起伏度、水温等其他影响因素。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有的水位观测和处理手段所存在的缺陷，即人工观测误差大，容易出现错误，水位数据传递不及时，水尺容易损坏等，提供一种水位观测装置，能够自动收集连续的水位观测资料，提高水位观测质量，减轻观测人员的劳动强度，避免影响水位观测的各种因素，实现水位观测的自动化、数字化，为防汛指挥机构提供及时、准确的决策信息。

本实用新型提供一种水位观测装置，包括底座和不锈钢管，在所述不锈钢管的一侧沿轴向均匀开有直径为5毫米的进水孔，孔间距为20毫米，所述不锈钢管外部喷涂有水尺刻度，内部装有塑料芯，在所述塑料芯侧面沿轴向装有1厘米间距的不锈钢电极，所述塑料芯内部装有由单片机、5-32地址译码器、8位电子开关和EEPROM存储器组成的测量控制电路，所述不锈钢电极与所述测量控制电路连接；在塑料芯上端装有直流电源线和485通讯电路。

优选地，在所述不锈钢管顶部安装有太阳能电池。

本实用新型提供一种水位观测装置，能够远程操作，无人值守，测量精度高，安装和使用方便，造价低，可以在黄河上推广应用。

附图说明

图1是本实用新型的水位观测装置的示意图。

图中，1是底座，2是不锈钢管，3是太阳能电池。

具体实施方式

参见图1，本实用新型的水位观测装置，从外观看，包括底座2和不锈钢管1，在所述不锈钢管1的一侧沿轴向均匀开有直径为5毫米的进水孔，孔间距为20毫米，进水孔的作用是过滤水草和减轻波浪对测量结果的影响。

所述不锈钢管1的外部喷涂有水尺刻度，不锈钢管1的内部装有塑料芯，本实用新型采用的塑料芯，其原料为塑料圆棒，侧面由机械加工成一个平面，用于沿轴向装有1厘米间距的不锈钢电极。塑料芯内部掏空，用于安装内部电路板，该内部电路板是由单片机、5-32地址译码器、8位电子开关和EEPROM存储器组成的测量控制电路。不锈钢电极与内部电路板连接，塑料芯内部的电路板由绝缘树脂灌封。

在塑料芯上端装有直流电源线和485通讯电路，直流电源线连接外部电源，也可以同时连接太阳能电池，因此，作为优先实施方式，在所述不锈钢管顶部安装有太阳能电池3。本实用新型的数据通讯采用标准的485数据通讯，可以灵活地、远距离(小于2000米)连接计算机、数传电台、调制解调器、GPRS模块或以太网串口服务器等设备，以进行远程控制和远程数据传输。

本实用新型采用不锈钢电极作为水位传感器，测量的误差的最大值就是电极之间的间距，本实施方式采用的间距是1厘米，这样测量误差的最大值就是1厘米。使用这种设计为进一步提高测验精度留下了余地，可以通过减小电极间距或倾斜放置来进一步提高测验精度。但减小电极间距就要增加电极数量，增加电极数量，原来的电子水位观测尺采用的是模拟电子电路，每一个电极对应着一根信号线，当采用1厘米作为电极间距时，每米水尺将有100根信号线，因而制造出的水尺结构复杂，故障率高，很难推广。针对这种情况，本实用新型的水位观测装置采用了单片计算机技术，利用一片单片计算机的数据总线作为电极信号的传输通道，即将所有电极按8个一组分别读取电极状态，本设计的256厘米电子水位观测尺共有256个电极，按8个一组共分成32组，每组由一个电子开关控制，32个电子开关使用5条控制线就可以控制(5条控制线有32种输出状态)，这样采集电极的信号线只有13根，因此结构简单，可靠性大大提高。

电子水尺应用的另一个难题是电极的电化学腐蚀问题，电化学腐蚀是金属在液体内通电时的电解现象造成的腐蚀，因此减少电极的通电时间是解决电极电化学腐蚀的关键。本次设计的电子水尺的控制部分也使用了一片单片计算机，与水尺内部的单片计算机协调工作，精确地控制电极的通电时间，每次测量都将电极通电时间控制在0.1秒以内，大大延长了电极的使用寿命，同时减小了功耗，提高了可靠性。

为实现上述功能，本发明利用单片机程序进行控制。其具体过程如下：不进行测量时，单片机关闭电极的电源并等待来自485通讯电路的命令。当接收到来自485通讯电路的命令时，单片机按顺序接通每一组电极的电源并检测每一组电极的状态，然后根据采集到的每一个电极的状态(当电极入水时其逻辑状态为0，不入水时为1)，计算出水位，将计算出的数据存入其的EEPROM，然后通过485通讯电路将测量到的数据发送出去。

本实用新型观测的过程如下：

1.通电后系统内部各存储器初始化；

2.进入等待状态，判断485接口是否有指令；

3.当485接口收到测量指令后，进行水位测量操作。

本实施方式的测量长度为256厘米，具有256个电极，这256个电极分成32组，最低端1组电极的地址n＝0，第二组电极的地址n＝1，……，最高端为第32组，其地址为n＝31。

读取电极状态是从最低端一组电极开始的，这时n＝0，

单片机的P1口的低5位值为0，控制第一组电极的电子开关接通，第一组电极中的8个电极通过电子开关接入单片机的数据总线；然后单片机读取数据总线即P0上的数据，根据读取到的数据即可判断电极在水中还是在水上，例如如读取的数据为二进制00000000，则表示所有电极均在水中，这时读取的这一组水位值为8厘米；如读取到的数据为二进制11100000，表示下面的5个电极在水中，这时读取的这一组水位值为5厘米；本组电极测量完毕后，电极地址n+1，如上所述原理测量第二组电极的水位值……，直至测量完最上一组电极的水位值，即n＝31为止。最后将各组电极的水位值相加即得到本次测量的水位值。

4.将本次测量的水位值存入固态存储器EEPROM；

5.将本次测量的水位值通过485通讯电路上传；

6.完成本次测量过程后，程序再次转入等待状态，判断485接口是否有指令，当再次收到测量指令时，再进行上述测量过程3、4、5。

Claims (2)

1.一种水位观测装置，其特征在于，包括底座(2)和不锈钢管(1)，在所述不锈钢管(1)的一侧沿轴向均匀开有直径为5毫米的进水孔，孔间距为20毫米，所述不锈钢管(1)外部喷涂有水尺刻度，内部装有塑料芯，在所述塑料芯侧面沿轴向装有1厘米间距的不锈钢电极，所述塑料芯内部装有由单片机、5-32地址译码器、8位电子开关和EEPROM存储器组成的测量控制电路，所述不锈钢电极与所述测量控制电路连接；在所述塑料芯上端装有直流电源线和485通讯电路。

2.根据权利要求1所述的一种水位观测装置，其特征在于，在所述不锈钢管(1)顶部安装有太阳能电池(3)。

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