长江防洪及管理中水位采集的研究与实践

　　0　引言

　　澳大利亚数据采集终端Datalogger主要用于河流水位数据的自动采集、存储和信息传输,其核心部件CR510及相关部件由CampbellScientific Australia提供,在LoggerNet提供的相应软件平台上可对CR510实行在线软件编程,通过LoggerNet连接数据采集终端Datalogger可对其进行系统所需的各种参数的设置、修改、远程实时控制、查询、在线监测等各种操作,可携带满足SDI-12通信协议标准的各类水位传感器。在本系统中主要采用了澳大利亚Mindata2100气泡压力式水位计、澳大利亚WL3100气泡压力式水位计和澳大利亚SE-109轴编码器、经过数年的研究、比测与实践,证明该系统运行稳定,数据采集精度高,水位存储、报汛基本满足我国现行水文测验规范要求。

　　1　澳大利亚气泡压力式水位计

　　由流体静力学知,水深和静水压力之间,存在着一定的关系,基本公式为:

式中:H为水深;P为静水压力;r为水的比重。由此可知,测量出静水压力,则可得水深H,经换算即可测得水位。压力水位计是采用压电陶瓷,压电石英晶体,压敏半导体等压敏元件作为传感器,通过压力平衡技术来测量静水压力,计算水深和水位。

　　1.1　Mindata2100型压力传感器

　　2100型传感器是一个基于微处理器的压力传感器,输出值为水头的高度。它具有一个大液晶显示屏(LED),上面可显示出测验值、短信息及内部功能的指示性说明,见图1。用户可使用前端面板上的3个按钮对所有的功能进行操作。压力传感器进行水位测量。数据记录器通过1条电缆和插头与传感器相连,它每10 s访问传感器更新水位测值。水位测值通过SDI-12指令传输到数据记录器。传感器通过该电缆由记录器提供电源。所附带的塑料支架能将2100型传感器安装在墙上。

　　Mindata2100型压力传感器通过1条电缆与Datalogger数据终端相连,之间采用SDI-12接口协议进行通信,通过LoggerNet软件可以对传感器进行操作,在LoggerNet软件中选择终端模式,在终端模式下其操作命令为:

　　由图1可以看出Mindata2100外部存在1个HS-23A型干气泡装置,是一个排气系统,它把水头转化成压力,和水位压力传感器一起使用。它可以产生比通往河中的气管的末端处的水头压力高出一个恒定值(3~5 psi)的差异压力。

　　恒定差异压力使气泡的出逸速率保持为一个恒定的数值,并且使压力传感器能够测量压力的变化。水头的变化是和水位的变化成正比的。

　　本项目的气泡装置是双孔的。这种装置可以供2个出气管使用,可防止淤积,并且减小水位变化的有效范围。在河内气管的末端安置气室孔来增加系统的跟进速率,也可以减少淤积造成的偏差。为了保证水位测量精度,Mindata2100内部配置有几十个相关参数,而且每个传感器的参数都不一样,这些参数中任何一个数据发生变化都会影响水位数据的准确性。