无线传输在水位测钟中的应用

李垚奇 张璐 许士超 李守广 王凤

摘要：陕西省有静水位观测井6口，需要按季度对水位进行校测。目前水位校测中使用的是空心黄铜材料的测钟。在水位校测过程中，需要仔细听取测钟与水面接触时的声音。实际操作过程当中，对于水位较深的情况，测钟声音比较小而且有一段时间的延迟，对测量准确性有一定影响。本文研究采用无线传输信号来解决声音延迟和声音较小的问题。

关键词：水位;校测装置;无线传输

中图分类号：TP274;TP212.9;TN929.5   文献标识码：A   文章编号：1672-9129（2020）11-0042-01

1 现有测钟校测方式

现有测钟为纯铜钟形结构，测量水位时，使用软尺吊挂测钟进入测井当中，当测钟接触水面时测钟发声，校测人员依据声音判断是否到达水面，当确认接触水面时读出此时软尺上的刻度即为校测得到的水位数值。此种方式对于水位较浅的浅井来说使用方便，但對于深度较深的测井，由于发声位置位于水面，就会出现声音延迟，同时传输距离远，声音衰减大，校测人员很难通过声音辨认测钟是否到达水面。

2 新测钟简介

新测钟主要由测钟钟体、信号发生装置、信号接收装置三大部分组成，以下做简单介绍。

2.1工作原理。原有测钟是通过测钟接触水面发声，声音通过空气传播传递信号。新测钟采用接触水面产生电信号，使用电信号来传递接触水面的信息，在井口测量人员处有信号接收装置发出声光信号，以提示测钟到达水面，此时校测人员读数并记录水位数据。电信号较声音信号的传播优势在于，电信号的传输速度快、无延迟，在远传输距离上信号衰减小。

2.2测钟设计。校测装置的机械部分为校测装置的结构主体，主要作为信号发生及信号发射装置的承载容器，采用水密设计，可有效防止水进入装置内部造成电子电路部分的损坏，保证了校测装置在潮湿环境下能够正常工作。在测钟接触水面位置安置磁性浮子。

2.3信号发生装置。信号发生装置由磁性浮子、磁敏原件、发射模块及电源组成。新测钟利用干簧管等磁敏原件遇磁场导通，离开磁场断开的特性为基础，将磁敏原件作为传感器，可以产生可通断状态。通过磁性浮子使发射模块上的磁敏原件改变状态向信号发射模块提供状态信号，从而产生是否接触水面的信号，并将信号传输到接收模块。接收模块接收信号后，利用蜂鸣器及LED产生声光报警。

2.4信号接收装置。信号接收装置主要有信号接收模块、LED报警灯 、蜂鸣器及电源等组成。当测钟接触水面，信号发生装置向外发出信号，此时信号接收装置接收到信号后，触发动作，使LED报警灯及蜂鸣器开始工作，发出声光报警。提示校测人员测钟已接触水面可以进行水位数据的读取和记录。

3 信号传输

3.1传输方式选择。校测装置除机械装置部分外，还有电子电路部分，最初拟采用有线信号传输方式，信号线与测量标尺需进行一体设计或者分别设置，但考虑到在实际使用过程中，连接线过多容易造成校测装置费用增加，同时在测井深度较大时会导致信号线过长，造成装置整体重量较大，不便于携带和操作。因此选择采用无线传输方式。

3.2无线信号收发模块。无线信号收发模块是采用PT2262/2272无线收发芯片为无线传输核心部分的模块。PT2262/2272芯片为8位加密联动无锁定的无线收发芯片，一发一收。在电路连接时可以设计硬件秘钥实现收发模块的一对一传输，在多组芯片同时工作，相互之间信号不会发生干扰。

发射、接收模块均采用DC～DC模块供电，模块供电设计方式的优点在于：宽电压输入，稳压稳流输出，设计复杂程度大幅度降低，系统供电可靠度、稳定性大幅提高。本设计采用9～36V输入，5V1A稳压稳流输出方式，负载能力强。

3.3传输距离。为验证信号传输距离，得到传输距离的真实情况，设计了如下实验：打开接收模块，对发射模块持续供电，接收模块发出报警后，增大接收模块与发射模块之间的距离，直至信号减弱或消失，说明该距离已达到发射接收模块间信号传输的最大距离。最终得到传输距离实测结果：在60m范围内可以稳定发射接收信号，在60m以后信号传输出现衰减，接收到的信号不稳定。由于陕西目前静水位最深不超过50m，因此测试距离到70m为止，不再进行后续测试。从测试结果看，传输距离满足陕西水位测井的水位校测需求。

目前通过实验得到的信号稳定传输距离为60m左右（周围空间开阔的条件下），由于水位测量井一般为口径150mm左右的金属井，对信号有汇聚增强的作用，所以在实际应用中应传输距离会大于60m。足以陕西省目前绝大部分水位观测井的水位校测要求。由于实验装置结构简易，在传输距离上稍有不足，无法校测较深的水井水位。本装置采用的PT2262/2272芯片模块，传输信号为调频信号，抗干扰能力强，其理论最大传输距离1km，在增大发射功率及改进发射接收天线设计的情况下，可大幅度增加无线信号的传输距离。由此可见，可进一步开展以增大信号传输距离，提高装置稳定性、易用性、简便性为研究方向的研发，技术成果成熟后可在全国范围内进行推广应用。

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