磁致液位传感器在缆道测深上的应用

磁致液位传感器在缆道测深上的应用
作者：刘训华





引言

    在水文行业中，水文缆道是流量测验的主要测验设备，与其它 测验设施设备相比，在抢测洪峰、安全保障、节省人力、操作方便、改 善劳动条件等方面有突出的优点。但是水文缆道测深一直是缆道流 量测验中的技术瓶颈。目前，水文缆道测深基本采用湿绳测绳法，利 用水面信号和铅鱼河底托盘、干簧管及磁钢装置产生的河底信号作 为计算起始，其受缆道主索弹跳、悬索偏角等影响测深误差大。缆道 主索垂度调整、悬索更换后及偏角改变时等都应进行比测率定，工 作量大。当河底淤泥较深时，容易导致河底信号失灵影响工作效率， 错失测流时机。利用磁致伸缩液位传感器测深具有许多优点，如：（1）精度高；（2）不受缆道主索弹跳及悬索偏角影响；（3）体积小，功耗低；（4）抗干扰能力强等等；文章提出一种新型的缆道测深方法，利用液位传感器压力测深原理，应用到水文缆道测深中，从根本上解决水文缆道测深技术难题，提高了测深精度和工作效率。

1总体设计

     系统分上位机（岸上）和液位传感器（水下）两部分，上位机通过I/O 端口和 DAC 控制铅鱼前进、后退、上、下四个方向及速度，与液位传感器之间通过短波无线通信。当铅鱼向下运行时，上位机实时 发送命令采集液位传感器数据，当到达河底时得到水深 H（h1+h2， h1 为压力水深，h2 为传感器安装位置到铅鱼底部的距离）。

2.1液位传感器

     磁致伸缩液位传感器是一款全不锈钢设计全密封潜入式智能化液位测量仪表。该产品选用高稳定、高可靠性压阻式 OEM 压力传感器及高精度的智能化变送器处理电路，采用精密数字化温度补偿技术及非线性修正技术，是一款高精度水位测量产品。防水电缆与外壳密封连接，通气管在电缆内，可长期投入液体中使用。一体化的结构和标准化的输出信号，为现场使用和自动化控制提供了方便。该产品以两线制方式工作，体积小巧、重量轻、易安装，使用方便。综合精度±0.075%FS，补偿温度-10℃～70℃，工作温度-10℃～ 80℃。2.2上位机

上位机主件采用 C8051F020，是完全集成的混合信号系统级 MCU 芯片，单周期指令运行速度是 8051 的 12 倍，全指令集运行速度是原

来的 9.5 倍，使得以 8051 为内核的单片机上了一个新的台阶。具有与 8051 兼容的 CIP-51 微控制器内核，两个具有可编程数据更新方式的 12 位 DAC，64K 字节可在系统编程的 FLASH 存储器，两个 UART 串行接口（方便与 PC 机接口），片内看门狗定时器。通过交叉开关配置寄存器 XBR0、XBR1、XBR2 方便对 I/O 端口进行配置，大量减少了外部连线和器件扩展，有利于提高可靠性和抗干扰能力。

3软件设计

    软件采用 Keil  C51 编程，C51 语言结构清晰，语言简洁，易学易用，兼备高级语言与低级语言的优点，在功能上、结构性、可读性、可维护性上比汇编更有明显的优势，同时具有汇编语言的硬件操作能力。软件主要功能：
（1）通过无线模块与传感器通信；
（2）参数设置，包括水平系数、加常数等；
（3）控制铅鱼前进、后退、上、下、停止及运行速度；
（4）实时显示水平、水深数

4结束语

     该应用在多个水文站得到推广，实用性强、性能稳定、测验精度 高。2014 年 7 月 28 日，江西省水文局组织水文专家和代表在赣州召开了《液位传感器在缆道测深上的应用》项目评审会，形成如下评审意见：
（1）该项技术利用 磁致伸缩液位传感器测得水面至河底的垂直水深，通过缆道测流系统软件和数据通讯模块，对所测数 据进行自动接收、抗干扰处理、数据解码、数据合理化检查、完成显 示并传输到计算机。
（2）该项技术克服了传统测深时缆道主索垂度、弹跳、偏角改正、河底开关托板灵敏度等影响测深精度的系列因素。测验精度高、重复性好，符合流量测验规范要求。
（3）该项技术应用  具有劳动强度小、工作效率高、使用维护简单等特点。
（4）在坝上、麻  州、汾坑等七个水文站缆道测验中得到应用，性能稳定、可靠，解决 了实际生产问题。创造性地解决了长期困扰水文缆道测深难的问 题，填补了缆道测深技术空白，具有很好的推广价值据。





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