CN202599479U

CN202599479U - 一种河道水位监测仪

Info

Publication number: CN202599479U
Application number: CN 201220248321
Authority: CN
Inventors: 张秀再; 黄建松; 郭业才; 赵益波; 冒晓莉
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2022-05-30

Abstract

本实用新型针对现有水位测量方式存在的问题，提供了一种基于超声波技术的河道水位检测仪，解决了人工监测所面临的诸多困难。本实用新型公开了一种河道水位监测仪，包括固定底座，支架和吊杆，所述支架安装在固定底座上，吊杆设置在支架的顶端，支架中部还设置着电路箱，支架上部安装有报警灯和声报警器，吊杆的一头设置有测量筒，所述测量筒内部安装有超声波换能器和温度传感器。本监测仪结构简单，成本低廉，测量结果精确，能够实时有效地进行水位监测，在遇到暴风雨等异常天气状况下及时掌握河道、水库水位情况，能够有效地对洪水、决堤等可能发生的恶性事故作出监测和提前预警。

Description

一种河道水位监测仪

技术领域

本实用新型涉及水利、水文测量技术领域，尤其是涉及一种用于河道水位测量的监测仪。

背景技术

在水利工程中，河道、水库水位测量一直是水利、水文部门的重要工作内容。目前常用的的水位计主要有浮子式、气泡式和雷达式等。浮子式水位计是我国使用较多的一种水位计，通过钢丝绳与水位轮相配合吊下浮子直接接触水面，跟踪水位升降，以机械方式直接传动记录。其结构简单，性能稳定，但是缺陷在于有风浪时钢丝绳与水位轮之间可能会打滑，因此需要建水位井；而且钢丝绳会产生质量转移误差，在高精度测量中质量转移误差尤为明显，且无法实现智能监测。气泡式水位计的原理是通过压缩泵压缩空气，通过气管从固定于水下最低水位线下的管头打入水中，使管内压力等于气泡管头到水面的水柱的压力，利用压力表测出管内压力后，可算出水柱的高度。但气泡式水位计通常测试不准，而且气泡管道内易有附属物生长影响测量结果；雷达式水位计是通过发射的电磁波打到被测水面，然后接收回波来计算水位。但是，雷达式水位计使用成本较高。

目前，水利、水文部门对河道水位监测主要以人工方式为主，水位观测自动化水平较低，在汛期观测由于环境恶劣，给水位观测工作造成了诸多困难。人工观测方式带来的缺陷主要有以下几点：（1）人工观测精度较低，工作量大，观测实时性差，难以满足汛期水位监测实时准确的要求。（2）人工观测方式，很难保证汛期恶劣条件下的观测。（3）水尺在汛期极易造成破坏，并且很难维修。(4)人工观测难以持续记录河道水位连续变化情况，特别是水位连续缓慢的变化情况。因此，设计一种自动智能式的水位监测仪器就显得非常必要。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型针对浮子式、气泡式和雷达式等水位计存在的问题，公开了一种基于超声波技术的河道水位检测仪，解决了人工监测所面临的诸多困难。

本实用新型提供如下技术方案：

一种河道水位监测仪，包括固定底座，支架和吊杆，所述支架安装在固定底座上，吊杆设置在支架的顶端，支架的中部或下部还设置着电路箱，支架上部安装有报警灯和声报警器，吊杆的一头安装有测量筒，所述测量筒内部安装有超声波换能器和温度传感器。

作为一种优选方案，所述电路箱内部设置有单片机电路，所述单片机电路包括单片机以及分别与单片机连接的显示电路，声光报警电路，通信接口电路，发射电路，测温电路，接收电路，所述单片机通过发射电路驱动超声波换能器，并通过接收电路接收超声波换能器传输的信号，温度传感器通过测温电路向单片机传输温度信息，声光报警电路与报警灯和声报警器相连。

作为一种优选方案，所述超声波换能器为超声波探头。

作为一种优选方案，所述支架与固定底座之间为活动连接。

作为一种优选方案，所述吊杆与支架之间为活动连接。

作为一种优选方案，所述吊杆与支架内部均为中空。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：

1. 结构简单，成本低廉，测量结果精确，能够实时有效地进行水位监测，在遇到暴风雨等异常天气状况下及时掌握河道、水库水位情况，能够有效地对洪水、决堤等可能发生的恶性事故作出监测和提前预警。

2. 测量结果可以实时显示并且可以通过通信接口进行通信或传输给计算机进行数据记载、制表、画图等处理，能够实现对水位的智能监测功能。

3. 在测量水位达到警戒水位时，能够及时进行声光报警。

4. 支架与吊杆便于拆卸和维修，中空设置利于排线。

附图说明

图1为本实用新型提供的河道水位监测仪的结构示意图；

图2为测量筒的侧面剖视图；

图3为河道水位监测仪的电路原理图；

图4为河道水位监测仪的电路图；

附图标记列表：

1-固定底座，2-支架，3-电路箱，4-报警灯，5-声报警器，6-太阳能电池板，7-吊杆，8-测量筒，9-超声波换能器，10-温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

安装河道水位监测仪时，在标定好距离河道或水库底部一定高度的根石台阶处打好混凝土桩，将固定底座1用螺丝固定在混凝土桩上，如图1所示，固定底座1上安装有支架2，支架2的顶端设置着吊杆7，为了便于更换和维修，支架2与固定底座1之间，以及吊杆7与支架2之间均为活动连接，拆卸方便，此外，吊杆7和支架2内部都是中空的以便于排线。

电路箱3安装在支架的中部或下部，报警灯4和声报警器5都安装在支架2上部。为了增加耐用性，报警灯4和声报警器5都具有防水、防晒外壳。测量筒8安装在吊杆7的一头，如图2所示，测量筒8内部顶端安装有超声波换能器9和温度传感器10，测量筒8上端顶面封闭以固定超声波传感器9和温度传感器10，测量筒8下端漏空即不设底面，方便水位测量。测量筒8优选为圆柱形，能够有效保护其内部安装的设备。吊杆7的另一头连接着支架2顶端，太阳能电池板6安装在吊杆7上方，且向阳安置。

电路箱3内安装有单片机电路，单片机电路用于驱动超声波换能器9进行超声波探测，并接收温度传感器10测得的温度数据，通过计算得出水位高度并进行实时信息传输和报警。河道监测仪中电路的连接原理如图3所示，实际电路图如图4所示，所述单片机电路包括单片机以及分别与单片机连接的显示电路，声光报警电路，通信接口电路，发射电路，测温电路，接收电路；所述声光报警电路连接有报警灯4和声报警器5，所述发射电路和接收电路与超声波换能器9连接，所述测温电路与温度传感器10相连，显示电路能够对水位信息进行实时显示，所述通信接口电路可以与计算机相连接，也可以与网线或无线信号发射器连接以实现远程信息传输。应用于水位监测时，所述超声波换能器选用超声波探头为佳。显示电路可以采用液晶显示屏等市场上可以购买到的显示设备。

在系统工作过程中，由太阳能蓄电电路6存储能量并与电路箱连接，为各部件的运行提供电能，河道水位监测仪在工作过程中，单片机测量信号流程为：单片机给出信号，通过发射电路放大功率和电压驱动超声波换能器9发射出超声波信号，超声信号遇到水面反射回来的信号被超声波换能器9接收并转换成电信号，接收电路将信号进行放大、滤波和检波并转换成数字信号后传输给单片机，测量筒8内的温度传感器10测量到实时温度通过测温电路转换成数字信号后传输给单片器，单片机根据实时温度下的超声速度和超声波发射到接收的时间间隔计算水面距离超声波传感器的距离，然后根据标定的超声波传感器的高度进而计算出水位高度。单片机将计算结果通过显示电路显示，并可以由通信接口电路进行数据通信或传输给计算机进行数据记载、制表、画图等处理。如果测量的水位高度达到警戒水位，单片机会通过声光报警电路驱动报警灯4和声报警器5同时发出报警提示。

上述单片机计算水位的原理如下：测量筒顶端的超声波换能器9在固定位置发出的超声脉冲信号遇到水面时被反射回来，接收到回波信号后通过计算收发时间间隔得到超声波的传播时间。假设超声波从发射到回波接收经历时间为，超声波的传输速度为

，则水面到测量筒顶部的距离为

（1）

若河道底部距离测量筒的高度为

，则水面的深度

（2）

由于超声波也是一种声波，其声速

与环境温度有关，即

（3）

其中，

-绝对温度，＝331.4 m/s。

测量筒体内的温度传感器10测量实时温度

，根据实时温度下的超声波在空气中的传播速度，从而可以高精度的测量出河道或水库的水位。

本实用新型提供的监测仪器由太阳能蓄电电路供电，超声波探头和温度传感器安装在测量筒顶端并与单片机相连，测量数据传输给单片机并由单片机计算和控制。当水位达到警戒水位时，单片机会自动驱动声光报警电路，使得报警灯闪烁和声报警器鸣笛。这样，无论白天还是夜晚都能够远距离的发现警示。另外，监测仪器的测量结果可以由单片机通过通信接口实时传输给计算机进行数据记载、制表、画图等处理，能够实现对水位的智能监测功能。此外，还可以通过定时、多次测量水位计算出河道或水库的水位变化趋势。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims

1.一种河道水位监测装置，包括固定底座，支架和吊杆，所述支架安装在固定底座上，吊杆设置在支架的顶端，其特征在于：支架的中部或下部还设置着电路箱，支架上部安装有报警灯和声报警器，吊杆的一头安装有测量筒，所述测量筒内部安装有超声波换能器和温度传感器。

2.根据权利要求1所述的河道水位监测装置，其特征在于：所述电路箱内部设置有单片机电路，所述单片机电路包括单片机以及分别与单片机连接的显示电路，声光报警电路，通信接口电路，发射电路，测温电路，接收电路，所述单片机通过发射电路驱动超声波换能器，并通过接收电路接收超声波换能器传输的信号，温度传感器通过测温电路向单片机传输温度信息，声光报警电路与报警灯和声报警器相连。

3.根据权利要求1或2所述的河道水位监测装置，其特征在于：所述超声波换能器为超声波探头。

4.根据权利要求1或2所述的河道水位监测装置，其特征在于：所述支架与固定底座之间为活动连接。

5.根据权利要求1或2所述的河道水位监测装置，其特征在于：所述吊杆与支架之间为活动连接。

6.根据权利要求1所述的的河道水位监测装置，其特征在于：所述吊杆与支架内部均为中空。