1 概述

 

　　HW-1000C無線型非接觸超聲波水位是以空氣作為超聲波的傳播媒介，利用超聲波的反射測(cè)量水位的水文儀器，主要用于河流、水庫(kù)、湖泊、渠道或水工建筑物的水位自動(dòng)測(cè)量、記錄、報(bào)警，也可在水情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中配套使用。水文站測(cè)驗(yàn)斷面與站房通視良好，故采用了無線傳輸方式。

 

　　2 HW-1000C無線型非接觸超聲波水位計(jì)簡(jiǎn)介

 

　　(1)儀器功能、特點(diǎn)。①HW-1000C無線型非接觸超聲波水位計(jì)測(cè)量過程中沒有任何部件接觸水面，實(shí)現(xiàn)了非接觸測(cè)量;②由于是非接觸測(cè)量，所以不受高速水流沖擊，漂浮物的纏繞堵塞或撞擊以及水質(zhì)電化反應(yīng)的影響;③不需建設(shè)觀測(cè)井，基建投資少;④無運(yùn)動(dòng)部件，不因部件磨損銹蝕而產(chǎn)生故障，提高了無故障工作時(shí)間;⑤模塊化設(shè)計(jì)，采用分布智能程式，可作多種組合，能夠滿足特定條件的各種使用要求;⑥對(duì)周邊設(shè)備無特殊要求，具有很高的兼容性;⑦采用實(shí)時(shí)全變量自動(dòng)溫度補(bǔ)償，精度高。

 

　　(2)工作原理。HW-1000C無線型非接觸超聲波水位計(jì)測(cè)量水位的工作原理是:當(dāng)超聲波在空氣中的傳播遇到水面后被反射， 儀器測(cè)量聲波往返于傳感器到水面之間的時(shí)間，根據(jù)已知的聲波傳播速度，計(jì)算得到傳感器到水面的垂直距離H，再用傳感器安裝高程減去距離H即得到水位，如圖1所示。

 

 

 

　　公式表示為：H=1 / 2Ct ，H水=H傳–H 。

 

　　式中，C為聲波在空氣中的傳播速度 (m/S );t為聲波往返于傳感器和水面之間的時(shí)間(s);H為聲傳感器至水面的距離(m);H水為水位(m);H傳為聲傳感器安裝高程(m)，因聲波在空氣中的傳播速度主要受當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度的影響，空氣介質(zhì)的溫度對(duì)聲傳播速度的影響十分靈敏，所以正確的修正聲速是保證水位測(cè)量精度的關(guān)鍵。HW-1000C型水位計(jì)采用溫度補(bǔ)償實(shí)時(shí)修正的方法實(shí)現(xiàn)聲速校準(zhǔn)，以使測(cè)量精度達(dá)到規(guī)范規(guī)定的要求。

 

　　聲速的經(jīng)驗(yàn)公式為：C=331.45+0.61T式中，C為聲波在空氣中的傳播速度(m /s);T為環(huán)境溫度(℃)。

 

　　(3)主要技術(shù)參數(shù)。10m變幅內(nèi)誤差小于或等于士2cm;1020m變幅誤差小于或等于士3cm;適應(yīng)溫度范圍：-15.0℃～50℃;有線傳輸型最大傳輸距離2000m;無線傳輸在通視條件下，最大傳輸距離50km;利用GSM傳輸數(shù)據(jù)，不受距離限制;具有打印、顯示、固態(tài)存儲(chǔ)、歷史水位查詢功能;具有RS-232，RS485k串行通訊接口;可與PC機(jī)連接通信;備有D/A轉(zhuǎn)換接口，可以模擬量(4-20mA)輸出;備有水位數(shù)據(jù)并行輸出口。

 

         3 皮里青水文站實(shí)際應(yīng)用情況

 

　　(1)安裝地點(diǎn)及使用條件。HW-1000無線型非接觸超聲波水位計(jì)由安裝在觀測(cè)點(diǎn)用于采集水位數(shù)據(jù)的超聲波水位測(cè)量端機(jī)和安裝在站房?jī)?nèi)用于接收和處理水位數(shù)據(jù)的后置機(jī)兩大部分設(shè)備組成。皮里青站水位計(jì)的測(cè)量端機(jī)(包括超聲波傳感器、溫度傳感器、蓄電池等)安裝在匹里青河測(cè)驗(yàn)斷面的基本水尺2.3m長(zhǎng)的鋼支架上。后置機(jī)(包括水位數(shù)據(jù)接收處理機(jī)、測(cè)量控制器等)安裝在站房?jī)?nèi)。穩(wěn)定性滿足HW-1000C型水位計(jì)使用要求。

 

　　(2)精度分析。以2008年5月30日～8月30日人工觀測(cè)水位與超聲波實(shí)測(cè)水位資料為例(實(shí)測(cè)水位成果對(duì)比表略)，進(jìn)行相關(guān)分析，其相關(guān)系數(shù)為1.0，回歸方程為：Z1=Z2。式中，Z1為人工觀測(cè)水位;Z2為超聲波實(shí)測(cè)水位。

 

　　其相關(guān)關(guān)系圖 如圖2

 

 

 

　　從回歸方程和關(guān)系圖可以看出：HW-1000C無線型超聲波水位計(jì)測(cè)定的結(jié)果與人工觀測(cè)的結(jié)果非常接近，只需按照上式進(jìn)行訂正就可滿足規(guī)范要求，說明該儀器精度較高，性能良好。

 

　　4 結(jié)論與建議

 

　　幾年來，通過對(duì)HW-1000C無線型非接觸超聲波水位計(jì)在水文站的實(shí)際應(yīng)用分析可以看出，HW-1000C無線型超聲波水位計(jì)的測(cè)量精度完全符合《水位觀測(cè)規(guī)范》要求，其穩(wěn)定性能滿足生產(chǎn)的需要，可以直接用于水文資料的電算整編。

 

　　HW-1000C無線型超聲波水位計(jì)具有很大的使用價(jià)值，它能適時(shí)量測(cè)水位，在室內(nèi)即可監(jiān)視水位變化，為搶測(cè)洪峰提供準(zhǔn)確的水位數(shù)據(jù)，極大地提高了水文測(cè)驗(yàn)的工作效率。