CN104132714A - 超声波水位自动监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声波水位自动监测装置，解决现有的水面以上挑空式的超声波水位测量装置在温度、湿度、河道水位变化大的地区测量误差大的问题。本装置包括设置在河岸上的立柱、立柱的顶端设有挑空架设到河道上方的横梁，其特征在于：所述横梁下方的河床上浇设有水平的混凝土基础，横梁和混凝土基础之间设有至少两条竖直的导向索，导向索上设有漂浮在水面上浮球，浮球为密封防水结构，浮球底面中部凹腔，凹腔内设置超声波换能器，浮球内还设有提供电能的蓄电池、处理数据并发射信号的遥测终端机，浮球朝南一侧还设有为蓄电池充电的太阳能板。本发明利用利用性质稳定的水体作为超声波介质，使超声波测量适合湿度、温度、水位高差变化大的地区。
Description
技术领域
本发明涉及一种水文测量装置，特别涉及一种采用超声波自动监测河流水位的超声波水位自动监测装置。
技术背景
水文部门常年对河道水文信息进行观测，其中，河道的水位数据是重要的水文信息。传统的水位监测装置一般采用水位标尺方式，在河道靠近岸边的位置设置水位标尺，利用河道靠岸的位置水流一般比较平稳、波浪不大的特点，直接在水位标尺上进行读数。这种水位标尺测量方式成本低，但是需要人工读数，无法提供连续的测量数据，而且在天气不好的情况下，读数比较困难。
还有采用浮子式的测量方法，在河道一侧开设竖直的测量井，测量井的底部与河道连通，形成连通器，在测量井的水面上设置一个浮子，通过浮子浮动带动机械测量表偏转来获取水位信息。这种测量方式虽然稳定，但是建设成本高，不适合大规模多点应用。因此大多数地方水位测量还是采用水位标尺的方式。
目前还有利用超声波换能器测量水位的，如2012年12月12日公告的中国专利CN202599479U，名称为一种河道水位监测仪，该装置包括固定底座，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，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。该装置将超声波换能器挑空设置在水面上方，利用水面反射来获取水位数据，超声波在空气中传播，空气中的温度、湿度对超声波测量的精度会产生较大的影响，尤其是湿度较高时，会在超声波换能器探头形成雾滴，对测量精度造成较大影响，而且由于空气中温度湿度的变化情况复杂，测量装置距离水面越远则产生的误差越大，精度越低。在我国的新疆等西部地区，河道水位高度变化小，根据历年水位数据，水位最高和最低的波动甚至在5米以内，上述装置可以设置在水面5米左右即可保证不会被淹没，而且该地气候常年较为干燥，采用上述装置可以获得较高的测量精度。而在浙江、江苏等东南地区，某些河道水位变化幅度甚至会达到20米以上，相应的测量装置必须设置的很高，甚至距离水面达到30米，且空气温度湿度变化大，利用水面反射超声波测量水位数据会产生很大的误差。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的水面以上挑空式的超声波水位测量装置在温度、湿度、河道水位变化大的地区测量误差大的问题，提供一种水下超声波水位测量的超声波水位自动监测装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超声波水位自动监测装置，包括设置在河岸上的立柱、立柱的顶端设有挑空架设到河道上方的横梁，所述横梁下方的河床上浇设有水平的混凝土基础，横梁和混凝土基础之间设有至少两条竖直的导向索，导向索上设有漂浮在水面上浮球，浮球为密封防水结构，浮球底面中部设有凹腔，凹腔内设置超声波换能器，浮球内还设有提供电能的蓄电池、处理数据并发射信号的遥测终端机，浮球朝南一侧还设有为蓄电池充电的太阳能板。浮球受导向索的限制，浮在水面上并随水位上下滑动，混凝土基础不仅作为导向索固定的基础，而且是水位测量换算的基准，固定的混凝土基础与河床水位之间有固定的换算关系。浮球底部的超声波换能器发出信号经过河床上的混凝土基础的反射，或者测量数据，再经过换算后可以准确得到水位数据。超声波传播介质以水体为介质，相对空气介质来说，水体介质性质稳定，对超声波传播造成的影响基本是固定的，跟容易校准，更适合空气湿度、温度变化大、河道水位高差变化大的地区。超声波换能器测得的数据经过遥测终端机的初步处理后，无线发射到水文站中。太阳能板在有阳光的时候为蓄电池充电，满足整体运行需求。
作为优选，所述导向索为并行的两条，浮球两侧分别设有与两导向索套接配合的套环。
作为优选，所述浮球的顶部设有与遥测终端机连接的天线。
作为优选，所述横杆与导向索对应的位置设有拉紧弹簧，导向索的上端穿过拉紧弹簧的下端后在立柱的底部固定。拉紧弹簧能提供长时间的紧固效果，避免导向索松动。
作为优选，所述浮球为底面平面，上部为半球面的半球形，浮球半球面与太能能板相对的一侧设有检修窗口，检修窗口周边设有密封圈。
作为优选，所述浮球的半球面采用玻璃钢制成。
本发明利用漂浮在水面的浮球超声波测量河床基础至水面之间的高度数据来换算成水位数据，利用性质稳定的水体作为超声波介质，避免了空气湿度、温度变化对超声波信号传播的影响，使超声波测量适合湿度、温度、水位高差变化大的地区。
附图说明
图1是本发明一种结构示意图。
图2是本发明浮球结构示意图。
图中：1.立柱，2.横梁，3.拉紧弹簧，4.导向索，5.浮球，6.混凝土基础，7.遥测终端机，8.超声波换能器，9.蓄电池，10.太阳能板，11.天线，12.检修窗口，13.半球面，14.套环。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。
实施例：一种超声波水位自动监测装置，如图1所示。本装置包括设置在河岸上有立柱1，立柱的顶端横向设置挑空架设在河道上空的横梁2，横梁下方的河床上浇设有平面的混凝土基础6。横梁和混凝土基础之间设有两条竖直并行的导向索4，导向索的底端固定在混凝土基础上，横梁上设有两个拉紧弹簧3，导向索的上端穿过拉紧弹簧底端后固定在立柱的下部，利用拉紧弹簧的拉力使导向索保持绷紧状态。导向索4上下可滑动固定有浮球5，浮球5漂浮在水面上，利用超声波测量水面距离河床混凝土基础的距离，进而换算成水位数据。
浮球5结构如图2所示，浮球为封闭防水的玻璃钢半球体，浮球底面为平面，上部为半球面13，半球面两侧的底部分别设有套环14，套环套设在导向索上随水面上下浮沉滑动。浮球底面的中心设有凹腔，凹腔内朝下设置超声波换能器8。浮球内还设有蓄电池9和遥测终端机7，浮球半球面外部的一侧还设有太阳能板10，太阳能板为蓄电池充电，蓄电池为超声波换能器和遥测终端机提供电力。超声波换能器与遥测终端机信号相连，浮球的半球面13顶部还设有与遥测终端机连接的天线11，遥测终端机对超声波换能器的信号进行初步处理后，通过无线信号发射到水文站中。浮球半球面13相对太阳能板10的另一侧设有检修窗口12，检修窗口周边设有密封圈。
本装置测量时，超声波以性质稳定的水体作为传播介质，传播介质对超声波传播造成的影响相对稳定，可以通过有限次的对比测试来校准和消除。避免了在水面上方测量，空气温度湿度变化对超声波传播影响不稳定，而水位高差变化加剧了这一不稳定因素，造成最终结果偏差较大。
Claims (6)
1.一种超声波水位自动监测装置，包括设置在河岸上的立柱、立柱的顶端设有挑空架设到河道上方的横梁，其特征在于：所述横梁下方的河床上浇设有水平的混凝土基础，横梁和混凝土基础之间设有至少两条竖直的导向索，导向索上设有漂浮在水面上浮球，浮球为密封防水结构，浮球底面中部凹腔，凹腔内设置超声波换能器，浮球内还设有提供电能的蓄电池、处理数据并发射信号的遥测终端机，浮球朝南一侧还设有为蓄电池充电的太阳能板。
2.根据权利要求1所述的超声波水位自动监测装置，其特征在于：所述导向索为并行的两条，浮球两侧分别设有与两导向索套接配合的套环。
3.根据权利要求1所述的超声波水位自动监测装置，其特征在于：所述浮球的顶部设有与遥测终端机连接的天线。
4.根据权利要求1所述的超声波水位自动监测装置，其特征在于：所述横杆与导向索对应的位置设有拉紧弹簧，导向索的上端穿过拉紧弹簧的下端后在立柱的底部固定。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的超声波水位自动监测装置，其特征在于：所述浮球为底面平面，上部为半球面的半球形，浮球半球面与太能能板相对的一侧设有检修窗口，检修窗口周边设有密封圈。
6.根据权利要求5所述的超声波水位自动监测装置，其特征在于：所述浮球的半球面采用玻璃钢制成。
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