水利论文便携式防卡手自一体水位测试仪

　　本文研究开发的一种基于便携式防卡手自一体水位测试仪，是一种通过大容量锂电池供电，智能触摸屏便捷操作，可实现对需测量水井水位的的全自动测量，测量过程操作简便、测量结果精度较高，能实现全自动快速收、放测线，记录存储测量结果等功能，仪器的外形小巧，携带方便，操作简单、高效快速，这种便携式、手自一体和防卡设计的水位测试仪在国内外尚属空白。

　　推荐期刊：《水利水电技术》是水利部主管的水利水电行业的综合性技术刊物,对国内外公开发行。她以介绍我国水利水电工程的勘测设计施工运行管理和科学研究等方面的技术经验为主,同时也报道国外的各项先进技术。目前,本刊发行遍及全国各地,并有国外订户。

　　关键词：便携式仪器;水位测试仪;防卡;手自一体;智能控制

　　电线的铅锤手动、缓慢、匀速的放入水井中，当铅锤到达水面时，电线末端万用表被连通，指针摆动提示已到达水面，通过电线上标记的刻度来计量水井中地下水水位，最后手动将电线和铅锤收回，该装置在野外现场测量水位需人工手动操作，费时、费力、测量精度差和铅锤有可能被卡住，损失铅锤和测线的风险;便携式防卡手自一体水位测试仪可在野外便携测量，操作简便，且有记录存储功能，并有防卡设计，大大的降低锤头被卡住的几率。近年来，国内外各种高精的测量仪器设备大量涌现[19]，但是水位仪一直使用这种传统的的测量装置，广大的地质工作者和相关的工程技术人员迫切需要一种便携的仪器来替代这种落后的测量装置，因此研究和开发新的便携式防卡手自一体水位测试仪是必然的发展趋势。

　　1测量方法和原理

　　现有的水位测量装置有这样两种，传统手动水位测量装置和井下投入式水文记录仪，这两种产品各有优点。

　　(1)传统手动水位测量装置，由万用表、电线、线轴和铅锤组成，成本低廉。

　　(2)井下投入式水文记录仪[1014]，测量过程中，将水文记录仪投入井中，可对该水井的地下水水位等物理指标进行长达数月的观测，最后再由电脑读取数据。

　　但这两种产品均有不足之处。传统的水位测量装置需操作人员全过程手动操作，且测量人为干扰因素较多，而投入式水文记录仪，虽能实现记录存储功能，测量精度也较高，但是只适合定点长期观测，因此这些均难以满足野外地质勘察工作者要求的快速、便携操作和对地下水环境监测测量精度要求日益增高的需要。

　　此外还有超声波水位测量仪[15]，基于接受声波反射信号，来测量水位，故只适合与河道、海面宽大平面测量。

　　电子数控技术在多个领域得到应用和发展，本文充分利用了当今先进的电子数控技术结合水文地质工作者的要求开发了便携式防卡手自一体数位测试仪，并编写了测试仪的控制软件，测试全过程智能电子操作，测量精度高，测量过程便捷、快速。

　　2仪器的结构和特点

　　本文研制的防卡水位测试仪分为两部分：一部分为供电部分，使用大容量直流电池供电;另一部分为测量部分，由智能触摸屏、可编程控制器、直流电机、编码器、测线、线轴、防卡式线锤及整机机械结构组成。体系结构见图1，仪器机构示意图见图2，电气原理图见图3。

　　与现有的水位测量装置相比，本文研制的防卡水位测试仪结构的重要特点如下。

　　(1)为了克服现有水位测试装置存在的不足，本发明提供的便携式防卡手自一体水位测试仪，不仅能够有效的解决在水井中被卡住的情况，还能实现全过程手自一体的全自动操作，智能触摸屏能及时显示测量数据并记录数据，而且本装置由大容量锂电池供电，可实现野外便携式操作。

　　(2)本发明通过智能触摸屏、可编程控制器、直流电机来控制线轴自动放线、收线，到达水面时通过编码器自动计数，精度可达毫米级。(3)与现有的水位测量装置相比，本发明有益效果是本装置提供的防卡设计，减少了用户的材料损耗，手自一体化操作设计提高了使用者的可操作性，智能触摸屏和编码器电脑计数提高了测量精度。3内部设计及工作原理便携式防卡手自一体水位测试仪工作流程简述如下：将仪器放置在需要测量的水井口附近，操作过程通过在触摸屏上操作完成，触摸屏界面分为两部分，一部分为自动操作部分，另一部分为手动操作部分。自动操作如下：在水井附近将仪器放置好，并将线锤和测线放在水井口，首先在触摸屏上设置零点，并在自动操作界面上，点击自动放线，仪器开始工作，系统同时开始计数。当线锤到达水面时，系统接受信号同时输出指令，自动停止放线。系统停止计数并保存数据，30 s后，仪器自动收线到达设置零点，完成水位测量工作。在一些不确定的水井中测量地下水水位时，也可以使用手动操作，同样，将仪器在水井边放置好，设置零点，在触摸屏手动操作界面上，点击手动放线，仪器开始工作，系统同时开始计数。当到达水面时，系统会出现提示界面，可选择继续放线或停止，当到达用户需要的水位时，系统停止计数并保存，用户可点击手动收线或自动收线，当到达零点时，系统自动停止。电线末端采用热塑管，将铁粉封闭在管中，管壁表面光滑且直径较细，可实现在井下防卡，方便操作并减少用户成本。便携式防卡手自一体水位测试的所用组件均由大容量锂电池供电，以实现野外便携式水位测量。4测试仪的软件设计便携式防卡手自一体水位测试仪软件编制遵循以下设计原则。(1)触摸屏界面简洁直观，操作步骤简单，能够适应各种层次的非计算机专业人员操作。 (2)为保证软件的维护和未来程序升级的方便，并适合嵌入式计算单元的架构，采用具有良好开放性和可裁剪性的软件开发平台进行软件开发。基于以上原则，便携式防卡手自一体水位测试仪软件运行环境采用Windows XP/Windows 7;人机开发平台采用中文工控组态软件MCGS 720平台进行二次开发，操作过程编写，首先定义长度，先用米尺量取标准长度1 m，操作触摸屏指示编码器定义标准长度1 m，多次测量后可重复定义标准长度，来减小测量误差;触摸屏操作界面有手动、自动两种操作模式，可根据实际情况具体操作，测量结果自动存储，并且可对测量地点进行编号、地点等编辑，减少下一步办公室数据录入的工作量;为了适应便携式操作，采用了触摸式显示屏，操作过程直观、简便。软件界面交互设计见图4- 图6。

　　5结语

　　本文提出了一种体积小，重量轻、功耗低的便携式防卡手自一体水位测试仪，本测试仪在测量地下水水位时可实现全过程全自动操作，操作简便，操作界面友好，并且发明了防卡线锤的设计可以做到有效防止卡在井下，提高了用户的工作效率和降低了用户的成本。因此在水文地质、工程地质野外进行水位测量和抽水试验等领域有着广泛的应用前景。