CN2870032Y - 水文缆道测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水文缆道测量系统，水下信号采集发送单元的门限设定判别电路输入端分别接流速开关和触底开关，输出端与积分回路相接，积分电路的输出端与延时电路相接，延时电路的输出端与类别分析电路和编码器输入端相连接，类别分析电路的输出端与编码器输入端相连接，编码器输出端和空中悬索相接；水上信号接收单元的耦合电路输出端接滤波电路输入端，滤波电路输出端接放大电路输入端，放大电路输出端接解码器输入端，解码器输出端接单片机输入端，单片机输出端接状态显示电路和通信电路相连接，单片机的输入端还接有隔离门电路用于连接增量光电编码器。本实用新型能够同时传输流速、水面、河底等多种信号。

Description

水文缆道测量系统

技术领域

本实用新型涉及一种水文数据测量系统，特别涉及水文缆道测量系统。

背景技术

目前我国水文缆道测量中利用缆道回路传递流速、水面、河底等多信号问题，至今尚未彻底解决，严重影响了我国水文缆道测量技术的发展。缆道信号的传输，到目前为止有有线传输、无线电波传输和“无线”传输三种形式。

1、有线传输：传感器部分通过贯芯钢丝绳或在拉偏缆道上用主索与拉偏索，将信号传回缆道控制室。这种传输方法关键是选用质量好的贯芯钢丝绳。在缆道架设时作好线间绝缘处理，保证信号衰减小，抗干扰能力强。该种方式中由于接点较多，特别容易腐蚀生锈，极易造成缆道信号无法传输，寿命较短。

2、无线电波传输：传感器与室内接收装置无任何联接，完全依靠空中无线电波传输来接收传感器信号。一般讲，应安装水下信号发射装置，该装置接收水下传感器信号后，经调制以无线电波方式，通过起重索露出水面部分发射，经过空中传输，由岸上接收机接收，解调后还原成数字信号，再进行数据记录和显示。目前使用的有调幅波和调频波两种。使用这种方法，水下信号发射装置的功耗大、水中无线电波的传输损耗大是两大能否成功应用的难题。

3、“无线”传输：“无线”传输，并非真正意义上的“无线”，而是利用缆道主索和水体大地构成传输回路的一种特称。使用“无线，，传输是目前水文缆道和测船中用得最好也是最多的一种信号传输方式。

利用缆道“无线”传输直流信号是一种理想方式，实际的使用中，这种方式只适应于单信号的传输，并且还因有较大电流流经流速仪，使信号开关极易烧毁。而真正需要的缆道信号包含流速、水面、河底等多种信号，同时，缆道上还存在着许多干扰信号，所以“无线”传输直流信号的情况变得十分复杂。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够同时传输流速、水面、河底等多种信号的水文缆道测量系统。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种水文缆道测量系统，它由水下信号采集发送单元与水上信号接收单元组成，水下信号采集发送单元由电源电路、门限设定判别电路、积分电路、延时电路、类别分析电路、编码器、发送电路组成，门限设定判别电路包括流速信号门限设定判别电路和触底信号门限设定判别电路，其输入端分别接流速开关和触底开关，两门限设定判别电路的输出端分别与一积分回路相接，积分电路的输出端与延时电路相接，延时电路的输出端分别与类别分析电路输入端和编码器输入端相连接，类别分析电路的输出端与编码器输入端相连接，编码器输出端经发送回路和空中悬索相接；水上信号接收单元由耦合电路、滤波电路、放大电路、解码器、单片机、状态显示电路和通信电路组成，耦合电路输出端与滤波电路输入端相连接，滤波电路输出端与放大电路输入端相连接，放大电路输出端与解码器输入端相连接，解码器输出端与单片机输入端相连接，单片机输出端与状态显示电路和用于连接上位计算机的通信电路相连接，单片机的输入端还接有隔离门电路用于连接增量光电编码器。

所述的入水信号经由电阻、电容组成的积分电路和与非门一路与双D触发器输入端连接，另一路与一延时电路输入端连接，该延时电路由双D触发器的输出端接有电阻、电容组成，其输出端一路与编码器输入端连接，另一路与或门的输入端连接，或门的输出端与编码器输入端连接。

流速信号门限设定判别电路由电压比较器和接在其反相输入端的门限设定电路组成，门限设定电路由电阻、电容组成，电压比较器正相输入端接流速开关，其输出端经由电阻、电容组成的积分电路和与非门接双D触发器的输入端，在双D触发器的输出端接有电阻、电容组成另一延时电路，其输出端一路接编码器输入端，另一路与或门的输入端连接，或门的输出端与编码器输入端连接。

触底信号门限设定判别电路由电压比较器和接在其反相输入端的门限设定电路组成，门限设定电路由电阻、电容组成，电压比较器正相输入端接触底开关，其输出端经由电阻、电容组成的积分电路和与非门分别接编码器和或门的输入端，同时经二极管接双D触发器的输入端。

与非门输出端接有电阻、电容组成又一延时电路，其输入端和与非门的输出端连接，输出端一路和或门输入端连接，另一路经二极管与双D触发器的输入端连接，或门的输出端一路与编码器和或门的输入端连接，另一路通过由二极管、电容、电阻和功率管组成的时序电路与编码器的输入端连接。

所述的耦合电路由电容和隔离器组成，在耦合电路与滤波电路之间还接有限幅器，所述的滤波电路为低通滤波器，所述的状态显示电路采用发光二极管，在单片机的输出端还接有讯响器。

本实用新型以地电高阻传输缆道测量信号，经类别分析后进行编码，经发送器发送出流速、水面、河底等多信号的相应编码，编码信号经空中悬索和水体大地传向水上信号接收单元，再由上位计算机解读和处理，它利用现有缆道的铅鱼测量方法，辅以本系统的数字传输，使水文测量由手工转为计算机自动化识别和自动化测量。本实用新型利用现有水文站缆道和铅鱼进行水深、流速的测量，利用计算机技术可实现自动测量、自动计算、自动产生报表，达到减少投资、减轻劳动强度、提高测量速度和精度的目的。本实用新型与现有技术相比具有方便计算机识别与读取，传输准确可靠，抗干扰能力强等优点。

附图说明

图1是本实用新型水下信号采集发送单元的电路原理图；

图2是本实用新型水上信号接收单元的电路原理图。

具体实施方式

水文缆道测量系统由水下信号采集发送单元与水上信号接收单元组成，水下信号采集发送单元由电源电路、门限设定判别电路、积分电路、延时电路、类别分析电路、编码器、发送电路组成，门限设定判别电路包括流速信号门限设定判别电路和触底信号门限设定判别电路，其输入端分别接流速开关和触底开关，两门限设定判别电路的输出端分别与一积分回路相接，积分电路的输出端与延时电路相接，延时电路的输出端分别与类别分析电路输入端和编码器输入端相连接，类别分析电路的输出端与编码器输入端相连接，编码器输出端经发送回路和空中悬索相接；水上信号接收单元由耦合电路、滤波电路、放大电路、解码器、单片机、状态显示电路和通信电路组成，耦合电路输出端与滤波电路输入端相连接，滤波电路输出端与放大电路输入端相连接，放大电路输出端与解码器输入端相连接，解码器输出端与单片机输入端相连接，单片机输出端与状态显示电路和用于连接上位计算机的通信电路相连接，单片机的输入端还接有隔离门电路用于连接增量光电编码器。

如图1所示，入水信号RS经由电阻R4、电容C3组成的积分电路和与非门IC1/1(CD4011)一路与双D触发器IC2/2(CD4013)输入端连接，另一路与一延时电路输入端连接，该延时电路由双D触发器IC2/1的输出端接有电阻R10、电容C9组成，其输出端一路与DTMF编码器IC4(5088)输入端连接，另一路与或门IC3/1(CD4072)的输入端连接，或门IC3/1的输出端与编码器IC4输入端连接。流速信号门限设定判别电路由电压比较器IC5/1(LM358)和接在其反相输入端的门限设定电路组成，门限设定电路由电阻R16、R17、电容C17组成，改变R16、R17的比值可以改变低阻判决门限。电压比较器IC5/1正相输入端接流速开关LS，其输出端经由电阻R5、电容C4组成的积分电路和与非门IC1/2接双D触发器IC2/2的输入端，在双D触发器IC2/2的输出端接有电阻R9、电容C8组成另一延时电路，其输出端一路接编码器IC4输入端，另一路与或门IC3/1的输入端连接，或门IC3/1的输出端与编码器IC4输入端连接。触底信号门限设定判别电路由电压比较器IC5/2和接在其反相输入端的门限设定电路组成，门限设定电路由电阻R16、R17、电容C17组成，电压比较器IC5/2正相输入端接触底开关CD，其输出端经由电阻R6、电容C5组成的积分电路和与非门IC1/3分别接编码器IC4和或门IC3/1的输入端，同时经二极管D1接双D触发器IC2/2的输入端。与非门IC1/4输出端接有电阻R8、电容C7组成又一延时电路，其输入端和与非门IC1/1的输出端连接，输出端一路和或门IC3/2输入端连接，另一路经二极管D2与双D触发器IC2/2的输入端连接，或门IC3/2的输出端一路与编码器IC4和或门IC3/1的输入端连接，另一路通过由二极管D4、电容C10、电阻(R14)和功率管TR1组成的时序电路与编码器IC4的输入端连接。

入水信号是总的工作信号，当入水信号有效时经R4、C3的积分电路使IC1/1的4脚输出高电平，这一高电平使IC2/2的9脚打开方可检测流速信号且送至IC2/1的3脚使1脚输出300mS的高电平，该高电平送至IC4的编码端进行编码的同时又送至IC3/1进行‘或’触发，‘或’触发信号使IC4输出DTMF编码信号经R13、C13等组成的发送回路由空中悬索发出。

当流速信号有效时经C1、R2、IC5所组成的低阻检测回路送至由R5、C4所组成的积分电路使IC1/2的11脚输出高电平，该高电平使IC2/2的13脚输出300mS的高电平，该高电平送至IC4的编码端进行编码的同时又送至IC3/1进行‘或’触发，‘或’触发信号使IC4输出DTMF编码信号经R13、C13等组成的发送回路由空中悬索发出。

当触底信号有效时经C17、R16、R17、IC5所组成的低阻检测回路送至由R6、C5所组成的积分电路使IC1/3的10脚输出高电平，该高电平送至IC4的编码端进行编码的同时经D1封锁流速信号并使IC4长时间输出触底信号且由空中悬索发出直至触底信号解除。

当出水信号到来时，该信号使IC1/1的4脚输出低电平并封锁流速信号，低电平又使IC1/4的3脚输出高电平经C7、R8输出300mS的高电平，经IC3/2的1脚使IC4输出DTMF编码信号经R13、C13等组成的发送回路由空中悬索发出。

电源稳定器IC6(78L05)及外围元件组成的电路为水下信号采集发送单元提供稳定电源并保证使用前不消耗电能。D3、D4、C10、R14和TR1等所组成的‘先关后开’电路以确保IC4先编码后输出的时序规定。

门限设定判别电路能检测出三种信号不同的变化，在较低的水阻下能准确判断出各信号的起始点，由R4、R5、R6、C3、C4、C5分别组成的积分电路可防止信号误动作，该信号送进双D触发器组成的延时电路产生300mS的起动延时并启动DTMF编码器发送300mS时长的DTMF码，由发射电路发送出去。不同状态的信号经处理后变成对应的DTMF双音频信号经悬索传输并与水体大地构成高阻回路。

水上信号接收单元的耦合电路由电容C18、电阻R18、电压抑制器R0和隔离器B组成，低通滤波电路由运放IC7/1(LM358)和外围阻容元件组成，在耦合电路与滤波电路之间还接有由二极管D5、D6组成的限幅器，低通滤波电路的输出端与运放IC7/2及外围阻容元件组成的放大器连接，放大器的输出端与DTMF解码器IC8(MT8870CE)输入端连接，解码器IC8输出端接单片机IC9(AT89S52-24PC)输入端连接，单片机的输出端通过电平变换电路并通过RS232串口与上位计算机连接。LED1～LED4组成状态显示电路，与单片机的输出端连接。在单片机的输出端还接有讯响器BP。单片机输入端通过由施密特触发器IC10组成的隔离门与光电增量编码器连接，此外还接有固态存储器IC11。

由电压抑制器R0、隔离器B和D1、D2组成的耦合输入电路接收来自水下信号采集发送单元传来的信号，经过滤波和放大对有用信号进行选频放大，该信号送到DTMF解码器解出相应的16进制代码并送进单片机进行解读、判断，同时由软件对短信号和伪信号进行屏蔽。由单片机进行处理后经电平变换送至上位计算机的RS232口。由IC3组成的隔离门对来自水平和垂直两路的增量光电编码器的信号进行隔离和电压判别，送至单片机的中断输入口，由单片机判断光电编码器所走的步数和方向并由此产生相应数据流经电平变换电路同样送进上位计算机进行处理，由上位计算机产生控制信号，自动控制走索机构实现缆索的自动平移和升降，产生相应的走索动作完成自动测量的目的。

Claims (6)

1、一种水文缆道测量系统，其特征在于，它由水下信号采集发送单元与水上信号接收单元组成，水下信号采集发送单元由电源电路、门限设定判别电路、积分电路、延时电路、类别分析电路、编码器、发送电路组成，门限设定判别电路包括流速信号门限设定判别电路和触底信号门限设定判别电路，其输入端分别接流速开关和触底开关，两门限设定判别电路的输出端分别与一积分回路相接，积分电路的输出端与延时电路相接，延时电路的输出端分别与类别分析电路输入端和编码器输入端相连接，类别分析电路的输出端与编码器输入端相连接，编码器输出端经发送回路和空中悬索相接；

水上信号接收单元由耦合电路、滤波电路、放大电路、解码器、单片机、状态显示电路和通信电路组成，耦合电路输出端与滤波电路输入端相连接，滤波电路输出端与放大电路输入端相连接，放大电路输出端与解码器输入端相连接，解码器输出端与单片机输入端相连接，单片机输出端与状态显示电路和用于连接上位计算机的通信电路相连接，单片机的输入端还接有隔离门电路用于连接增量光电编码器。

2、如权利要求1所述的水文缆道测量系统，其特征在于，所述的入水信号经由电阻(R4)、电容(C3)组成的积分电路和与非门(IC1/1)一路与双D触发器(IC2/2)输入端连接，另一路与一延时电路输入端连接，该延时电路由双D触发器(IC2/1)的输出端接有电阻(R10)、电容(C9)组成，其输出端一路与编码器(IC4)输入端连接，另一路与或门(IC3/1)的输入端连接，或门(IC3/1)的输出端与编码器(IC4)输入端连接。

3、如权利要求2所述的水文缆道测量系统，其特征在于，流速信号门限设定判别电路由电压比较器(IC5/1)和接在其反相输入端的门限设定电路组成，门限设定电路由电阻(R16)、(R17)、电容(C17)组成，电压比较器(IC5/1)正相输入端接流速开关，其输出端经由电阻(R5)、电容(C4)组成的积分电路和与非门(IC1/2)接双D触发器(IC2/2)的输入端，在双D触发器(IC2/2)的输出端接有电阻(R9)、电容(C8)组成另一延时电路，其输出端一路接编码器(IC4)输入端，另一路与或门(IC3/1)的输入端连接，或门(IC3/1)的输出端与编码器(IC4)输入端连接。

4、如权利要求3所述的水文缆道测量系统，其特征在于，触底信号门限设定判别电路由电压比较器(IC5/2)和接在其反相输入端的门限设定电路组成，门限设定电路由电阻(R16)、(R17)、电容(C17)组成，电压比较器(IC5/2)正相输入端接触底开关，其输出端经由电阻(R6)、电容(C5)组成的积分电路和与非门(IC1/3)分别接编码器(IC4)和或门(IC3/1)的输入端，同时经二极管(D1)接双D触发器(IC2/2)的输入端。

5、如权利要求4所述的水文缆道测量系统，其特征在于，与非门(IC1/4)输出端接有电阻(R8)、电容(C7)组成又一延时电路，其输入端和与非门(IC1/1)的输出端连接，输出端一路和或门(IC3/2)输入端连接，另一路经二极管(D2)与双D触发器(IC2/2)的输入端连接，或门(IC3/2)的输出端一路与编码器(IC4)和或门(IC3/1)的输入端连接，另一路通过由二极管(D4)、电容(C10)、电阻(R14)和功率管(TR1)组成的时序电路与编码器(IC4)的输入端连接。

6、如权利要求1～5任意一项所述的水文缆道测量系统，其特征在于，所述的耦合电路由电容和隔离器组成，在耦合电路与滤波电路之间还接有限幅器，所述的滤波电路为低通滤波器，所述的状态显示电路采用发光二极管，在单片机的输出端还接有讯响器。

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