無線傳輸在水位測鐘中的應(yīng)用

李垚奇 張璐 許士超 李守廣 王鳳

摘要：陜西省有靜水位觀測井6口，需要按季度對水位進(jìn)行校測。目前水位校測中使用的是空心黃銅材料的測鐘。在水位校測過程中，需要仔細(xì)聽取測鐘與水面接觸時的聲音。實(shí)際操作過程當(dāng)中，對于水位較深的情況，測鐘聲音比較小而且有一段時間的延遲，對測量準(zhǔn)確性有一定影響。本文研究采用無線傳輸信號來解決聲音延遲和聲音較小的問題。

關(guān)鍵詞：水位;校測裝置;無線傳輸

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

1 現(xiàn)有測鐘校測方式

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

2 新測鐘簡介

新測鐘主要由測鐘鐘體、信號發(fā)生裝置、信號接收裝置三大部分組成，以下做簡單介紹。

2.1工作原理。原有測鐘是通過測鐘接觸水面發(fā)聲，聲音通過空氣傳播傳遞信號。新測鐘采用接觸水面產(chǎn)生電信號，使用電信號來傳遞接觸水面的信息，在井口測量人員處有信號接收裝置發(fā)出聲光信號，以提示測鐘到達(dá)水面，此時校測人員讀數(shù)并記錄水位數(shù)據(jù)。電信號較聲音信號的傳播優(yōu)勢在于，電信號的傳輸速度快、無延遲，在遠(yuǎn)傳輸距離上信號衰減小。

2.2測鐘設(shè)計(jì)。校測裝置的機(jī)械部分為校測裝置的結(jié)構(gòu)主體，主要作為信號發(fā)生及信號發(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，保證了校測裝置在潮濕環(huán)境下能夠正常工作。在測鐘接觸水面位置安置磁性浮子。

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

2.4信號接收裝置。信號接收裝置主要有信號接收模塊、LED報警燈 、蜂鳴器及電源等組成。當(dāng)測鐘接觸水面，信號發(fā)生裝置向外發(fā)出信號，此時信號接收裝置接收到信號后，觸發(fā)動作，使LED報警燈及蜂鳴器開始工作，發(fā)出聲光報警。提示校測人員測鐘已接觸水面可以進(jìn)行水位數(shù)據(jù)的讀取和記錄。

3 信號傳輸

3.1傳輸方式選擇。校測裝置除機(jī)械裝置部分外，還有電子電路部分，最初擬采用有線信號傳輸方式，信號線與測量標(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)際使用過程中，連接線過多容易造成校測裝置費(fèi)用增加，同時在測井深度較大時會導(dǎo)致信號線過長，造成裝置整體重量較大，不便于攜帶和操作。因此選擇采用無線傳輸方式。

3.2無線信號收發(fā)模塊。無線信號收發(fā)模塊是采用PT2262/2272無線收發(fā)芯片為無線傳輸核心部分的模塊。PT2262/2272芯片為8位加密聯(lián)動無鎖定的無線收發(fā)芯片，一發(fā)一收。在電路連接時可以設(shè)計(jì)硬件秘鑰實(shí)現(xiàn)收發(fā)模塊的一對一傳輸，在多組芯片同時工作，相互之間信號不會發(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)：打開接收模塊，對發(fā)射模塊持續(xù)供電，接收模塊發(fā)出報警后，增大接收模塊與發(fā)射模塊之間的距離，直至信號減弱或消失，說明該距離已達(dá)到發(fā)射接收模塊間信號傳輸?shù)淖畲缶嚯x。最終得到傳輸距離實(shí)測結(jié)果：在60m范圍內(nèi)可以穩(wěn)定發(fā)射接收信號，在60m以后信號傳輸出現(xiàn)衰減，接收到的信號不穩(wěn)定。由于陜西目前靜水位最深不超過50m，因此測試距離到70m為止，不再進(jìn)行后續(xù)測試。從測試結(jié)果看，傳輸距離滿足陜西水位測井的水位校測需求。

目前通過實(shí)驗(yàn)得到的信號穩(wěn)定傳輸距離為60m左右（周圍空間開闊的條件下），由于水位測量井一般為口徑150mm左右的金屬井，對信號有匯聚增強(qiáng)的作用，所以在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)傳輸距離會大于60m。足以陜西省目前絕大部分水位觀測井的水位校測要求。由于實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)簡易，在傳輸距離上稍有不足，無法校測較深的水井水位。本裝置采用的PT2262/2272芯片模塊，傳輸信號為調(diào)頻信號，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，可大幅度增加無線信號的傳輸距離。由此可見，可進(jìn)一步開展以增大信號傳輸距離，提高裝置穩(wěn)定性、易用性、簡便性為研究方向的研發(fā)，技術(shù)成果成熟后可在全國范圍內(nèi)進(jìn)行推廣應(yīng)用。

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