李垚奇 張璐 許士超 李守廣 王鳳

摘要：陜西省有靜水位觀測(cè)井6口，需要按季度對(duì)水位進(jìn)行校測(cè)。目前水位校測(cè)中使用的是空心黃銅材料的測(cè)鐘。在水位校測(cè)過(guò)程中，需要仔細(xì)聽(tīng)取測(cè)鐘與水面接觸時(shí)的聲音。實(shí)際操作過(guò)程當(dāng)中，對(duì)于水位較深的情況，測(cè)鐘聲音比較小而且有一段時(shí)間的延遲，對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性有一定影響。本文研究采用無(wú)線傳輸信號(hào)來(lái)解決聲音延遲和聲音較小的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：水位;校測(cè)裝置;無(wú)線傳輸

中圖分類號(hào)：TP274;TP212.9;TN929.5?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1672-9129（2020）11-0042-01

1 現(xiàn)有測(cè)鐘校測(cè)方式

現(xiàn)有測(cè)鐘為純銅鐘形結(jié)構(gòu)，測(cè)量水位時(shí)，使用軟尺吊掛測(cè)鐘進(jìn)入測(cè)井當(dāng)中，當(dāng)測(cè)鐘接觸水面時(shí)測(cè)鐘發(fā)聲，校測(cè)人員依據(jù)聲音判斷是否到達(dá)水面，當(dāng)確認(rèn)接觸水面時(shí)讀出此時(shí)軟尺上的刻度即為校測(cè)得到的水位數(shù)值。此種方式對(duì)于水位較淺的淺井來(lái)說(shuō)使用方便，但對(duì)于深度較深的測(cè)井，由于發(fā)聲位置位于水面，就會(huì)出現(xiàn)聲音延遲，同時(shí)傳輸距離遠(yuǎn)，聲音衰減大，校測(cè)人員很難通過(guò)聲音辨認(rèn)測(cè)鐘是否到達(dá)水面。

2 新測(cè)鐘簡(jiǎn)介

新測(cè)鐘主要由測(cè)鐘鐘體、信號(hào)發(fā)生裝置、信號(hào)接收裝置三大部分組成，以下做簡(jiǎn)單介紹。

2.1工作原理。原有測(cè)鐘是通過(guò)測(cè)鐘接觸水面發(fā)聲，聲音通過(guò)空氣傳播傳遞信號(hào)。新測(cè)鐘采用接觸水面產(chǎn)生電信號(hào)，使用電信號(hào)來(lái)傳遞接觸水面的信息，在井口測(cè)量人員處有信號(hào)接收裝置發(fā)出聲光信號(hào)，以提示測(cè)鐘到達(dá)水面，此時(shí)校測(cè)人員讀數(shù)并記錄水位數(shù)據(jù)。電信號(hào)較聲音信號(hào)的傳播優(yōu)勢(shì)在于，電信號(hào)的傳輸速度快、無(wú)延遲，在遠(yuǎn)傳輸距離上信號(hào)衰減小。

2.2測(cè)鐘設(shè)計(jì)。校測(cè)裝置的機(jī)械部分為校測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)主體，主要作為信號(hào)發(fā)生及信號(hào)發(fā)射裝置的承載容器，采用水密設(shè)計(jì)，可有效防止水進(jìn)入裝置內(nèi)部造成電子電路部分的損壞，保證了校測(cè)裝置在潮濕環(huán)境下能夠正常工作。在測(cè)鐘接觸水面位置安置磁性浮子。

2.3信號(hào)發(fā)生裝置。信號(hào)發(fā)生裝置由磁性浮子、磁敏原件、發(fā)射模塊及電源組成。新測(cè)鐘利用干簧管等磁敏原件遇磁場(chǎng)導(dǎo)通，離開(kāi)磁場(chǎng)斷開(kāi)的特性為基礎(chǔ)，將磁敏原件作為傳感器，可以產(chǎn)生可通斷狀態(tài)。通過(guò)磁性浮子使發(fā)射模塊上的磁敏原件改變狀態(tài)向信號(hào)發(fā)射模塊提供狀態(tài)信號(hào)，從而產(chǎn)生是否接觸水面的信號(hào)，并將信號(hào)傳輸?shù)浇邮漳K。接收模塊接收信號(hào)后，利用蜂鳴器及LED產(chǎn)生聲光報(bào)警。

2.4信號(hào)接收裝置。信號(hào)接收裝置主要有信號(hào)接收模塊、LED報(bào)警燈 、蜂鳴器及電源等組成。當(dāng)測(cè)鐘接觸水面，信號(hào)發(fā)生裝置向外發(fā)出信號(hào)，此時(shí)信號(hào)接收裝置接收到信號(hào)后，觸發(fā)動(dòng)作，使LED報(bào)警燈及蜂鳴器開(kāi)始工作，發(fā)出聲光報(bào)警。提示校測(cè)人員測(cè)鐘已接觸水面可以進(jìn)行水位數(shù)據(jù)的讀取和記錄。

3 信號(hào)傳輸

3.1傳輸方式選擇。校測(cè)裝置除機(jī)械裝置部分外，還有電子電路部分，最初擬采用有線信號(hào)傳輸方式，信號(hào)線與測(cè)量標(biāo)尺需進(jìn)行一體設(shè)計(jì)或者分別設(shè)置，但考慮到在實(shí)際使用過(guò)程中，連接線過(guò)多容易造成校測(cè)裝置費(fèi)用增加，同時(shí)在測(cè)井深度較大時(shí)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)線過(guò)長(zhǎng)，造成裝置整體重量較大，不便于攜帶和操作。因此選擇采用無(wú)線傳輸方式。

3.2無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊。無(wú)線信號(hào)收發(fā)模塊是采用PT2262/2272無(wú)線收發(fā)芯片為無(wú)線傳輸核心部分的模塊。PT2262/2272芯片為8位加密聯(lián)動(dòng)無(wú)鎖定的無(wú)線收發(fā)芯片，一發(fā)一收。在電路連接時(shí)可以設(shè)計(jì)硬件秘鑰實(shí)現(xiàn)收發(fā)模塊的一對(duì)一傳輸，在多組芯片同時(shí)工作，相互之間信號(hào)不會(huì)發(fā)生干擾。

發(fā)射、接收模塊均采用DC～DC模塊供電，模塊供電設(shè)計(jì)方式的優(yōu)點(diǎn)在于：寬電壓輸入，穩(wěn)壓穩(wěn)流輸出，設(shè)計(jì)復(fù)雜程度大幅度降低，系統(tǒng)供電可靠度、穩(wěn)定性大幅提高。本設(shè)計(jì)采用9～36V輸入，5V1A穩(wěn)壓穩(wěn)流輸出方式，負(fù)載能力強(qiáng)。

3.3傳輸距離。為驗(yàn)證信號(hào)傳輸距離，得到傳輸距離的真實(shí)情況，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：打開(kāi)接收模塊，對(duì)發(fā)射模塊持續(xù)供電，接收模塊發(fā)出報(bào)警后，增大接收模塊與發(fā)射模塊之間的距離，直至信號(hào)減弱或消失，說(shuō)明該距離已達(dá)到發(fā)射接收模塊間信號(hào)傳輸?shù)淖畲缶嚯x。最終得到傳輸距離實(shí)測(cè)結(jié)果：在60m范圍內(nèi)可以穩(wěn)定發(fā)射接收信號(hào)，在60m以后信號(hào)傳輸出現(xiàn)衰減，接收到的信號(hào)不穩(wěn)定。由于陜西目前靜水位最深不超過(guò)50m，因此測(cè)試距離到70m為止，不再進(jìn)行后續(xù)測(cè)試。從測(cè)試結(jié)果看，傳輸距離滿足陜西水位測(cè)井的水位校測(cè)需求。

目前通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的信號(hào)穩(wěn)定傳輸距離為60m左右（周圍空間開(kāi)闊的條件下），由于水位測(cè)量井一般為口徑150mm左右的金屬井，對(duì)信號(hào)有匯聚增強(qiáng)的作用，所以在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)傳輸距離會(huì)大于60m。足以陜西省目前絕大部分水位觀測(cè)井的水位校測(cè)要求。由于實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，在傳輸距離上稍有不足，無(wú)法校測(cè)較深的水井水位。本裝置采用的PT2262/2272芯片模塊，傳輸信號(hào)為調(diào)頻信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)，其理論最大傳輸距離1km，在增大發(fā)射功率及改進(jìn)發(fā)射接收天線設(shè)計(jì)的情況下，可大幅度增加無(wú)線信號(hào)的傳輸距離。由此可見(jiàn)，可進(jìn)一步開(kāi)展以增大信號(hào)傳輸距離，提高裝置穩(wěn)定性、易用性、簡(jiǎn)便性為研究方向的研發(fā)，技術(shù)成果成熟后可在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行推廣應(yīng)用。

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