水文纜道測流信號傳輸的改進及實驗研究

□段金鳳（河南省南陽水文水資源勘測局）

水文纜道測流信號傳輸的改進及實驗研究

□段金鳳（河南省南陽水文水資源勘測局）

在傳統的水文纜道測流中，只能傳遞流速一種信號，常常因為滑輪及副索生銹而導致信號不通，造成信號時常中斷，甚至完全不能使用，極大地制約了水文纜道優越性的發揮。通過我們潛心研究，設計一塊電路板，該電路在水面、流速儀和河底開關接通時分別產生3種不同頻率的交流信號，將其混合后經高頻載波調制產生無線電信號，最后經天線將信號發射出去。在岸上控制室內的無線電接收機接收到信號后，通過高頻解調，然后經選頻電路即可將他們分離出來，成功地解決了以往水文纜道測流存在的信號傳輸難題。

水文纜道測流；信號傳輸；改進;實驗研究

一、傳統水文纜道測流信號傳輸的局限性

在纜道測流中，不只是測量流速，還要測量出河道斷面不同位置的水深，從而計算出過水斷面面積。配合在不同點測得的流速再算出斷面平均流速，最后乘以斷面面積得到流量。

這需要纜道設備能夠測量水深。鉛魚入水時要有水面信號，當鉛魚下降到河底時也要發出河底信號，這樣在兩個信號期間鋼絲繩下放的長度就是水深。但是通過拉偏索及起重索傳遞信號，只有一個回路，也就是說只能傳遞3個直流開關信號（水面信號、河底信號、流速儀信號）中的一種信號。利用上述設備同時傳遞3種信號，幾乎是不可能的。人們在實踐中想了很多辦法，都不是很奏效。一直到目前，大部分纜道都只傳輸流速信號，并且只測量水面流速，通過水面流速粗略地計算出流量，這樣產生的誤差很大。另外還存在一個很嚴重的問題，就是它傳遞信號的路徑必須要經過拉偏索上端的小行車滑輪，通過滑輪與副索形成電流通路，因為滑輪是隨著鉛魚及拉偏索的移動而在副索上滾動，常常因為滑輪及副索生銹而導致信號不通，造成信號時常中斷，甚至完全不能使用。這就是當前水文纜道測流中存在的致命弱點，也極大地限制了水文纜道優越性的發揮。

二、纜道測流信號傳輸的改進及試驗研究

設計一塊電路板，該電路在水面開關、流速儀開關、河底開關接通時分別產生3種不同頻率的交流信號，將其混合后經高頻載波調制產生無線電信號，最后經天線（與起重索連接）將信號發射出去。在岸上控制室內的無線電接收機接收到信號后，通過高頻解調，然后經選頻電路即可將他們分離出來。成功地解決了以往水文纜道測流存在的信號傳輸難題。整個電路板及直流9 V電源安裝一個密封信號筒內。這就是我們改進后的信號發生器。經過試用，證明性能穩定可靠，便于推廣應用。

（一）信號發生器在纜道中的連接方法及信號路徑

信號筒安裝在鉛魚的尾翼上。水面開關結構見圖1，在絕緣板上面有2個接線柱，一個與信號發生器相連；另一個端子通過鉛魚外殼（公共地線）與發生器地線相連。當兩個接線柱接觸到水面時，通過水體導通，產生水面直流信號。

圖1 水面信號接線板圖形

河底開關見圖2，由鉛魚底部的河底托板、支架、磁鋼、干簧管組成。當鉛魚到達河底時，托板上抬使支架上的磁鋼靠近干簧管，干簧管在磁性作用下接通，產生河底直流信號。

圖2 河底開關示意圖

水面、流速儀、河底開關連接示意圖見圖3。信號發射機共有5條輸出線。一是500 KHz射頻信號輸出線（與絕緣子上邊的起重索相連），二是水面信號（與水面接線板上的一個接線柱相連），三是流速儀信號線（與流速儀的一個接線柱相連），四是河底開關信號線（與河底開關的一個端子相連），五是公共地線，公共地線分別同水面信號接線柱、流速儀開關、河底開關的另一端相連，并直接與鉛魚體接通。

圖3 開關信號連接示意圖

輸出信號的路徑見圖4。從信號發射機輸出的信號經信號發射天線——絕緣子上邊的起重索向外發射。岸上控制室內的接收機即可解調出水面、河底及流速儀信號。

（二）信號發射機電路原理

信號發射機的原理框圖見圖5。在圖5中，當水面觸點入水后，通過水體與地線相通，并通過電子開關打開整機電源，并使水面信號振蕩電路發出一個短暫的信號。

圖5 無線電信號發射機原理框圖

流速儀開關接通時，通過電路產生流速信號。到達河底時，河底開關接通，產生河底信號。三路信號經混合對射頻電路進行調制，最后經射頻功率放大后由天線輸出。

段金鳳（1974-），女，南陽水文水資源勘測局工程師，長期從事水文測驗和水資源管理工作。

2011-02-17