無線傳輸在水位測鐘中的應用

李垚奇 張璐 許士超 李守廣 王鳳

摘要：陜西省有靜水位觀測井6口，需要按季度對水位進行校測。目前水位校測中使用的是空心黃銅材料的測鐘。在水位校測過程中，需要仔細聽取測鐘與水面接觸時的聲音。實際操作過程當中，對于水位較深的情況，測鐘聲音比較小而且有一段時間的延遲，對測量準確性有一定影響。本文研究采用無線傳輸信號來解決聲音延遲和聲音較小的問題。

關鍵詞：水位;校測裝置;無線傳輸

中圖分類號：TP274;TP212.9;TN929.5?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-9129（2020）11-0042-01

1 現有測鐘校測方式

現有測鐘為純銅鐘形結構，測量水位時，使用軟尺吊掛測鐘進入測井當中，當測鐘接觸水面時測鐘發聲，校測人員依據聲音判斷是否到達水面，當確認接觸水面時讀出此時軟尺上的刻度即為校測得到的水位數值。此種方式對于水位較淺的淺井來說使用方便，但對于深度較深的測井，由于發聲位置位于水面，就會出現聲音延遲，同時傳輸距離遠，聲音衰減大，校測人員很難通過聲音辨認測鐘是否到達水面。

2 新測鐘簡介

新測鐘主要由測鐘鐘體、信號發生裝置、信號接收裝置三大部分組成，以下做簡單介紹。

2.1工作原理。原有測鐘是通過測鐘接觸水面發聲，聲音通過空氣傳播傳遞信號。新測鐘采用接觸水面產生電信號，使用電信號來傳遞接觸水面的信息，在井口測量人員處有信號接收裝置發出聲光信號，以提示測鐘到達水面，此時校測人員讀數并記錄水位數據。電信號較聲音信號的傳播優勢在于，電信號的傳輸速度快、無延遲，在遠傳輸距離上信號衰減小。

2.2測鐘設計。校測裝置的機械部分為校測裝置的結構主體，主要作為信號發生及信號發射裝置的承載容器，采用水密設計，可有效防止水進入裝置內部造成電子電路部分的損壞，保證了校測裝置在潮濕環境下能夠正常工作。在測鐘接觸水面位置安置磁性浮子。

2.3信號發生裝置。信號發生裝置由磁性浮子、磁敏原件、發射模塊及電源組成。新測鐘利用干簧管等磁敏原件遇磁場導通，離開磁場斷開的特性為基礎，將磁敏原件作為傳感器，可以產生可通斷狀態。通過磁性浮子使發射模塊上的磁敏原件改變狀態向信號發射模塊提供狀態信號，從而產生是否接觸水面的信號，并將信號傳輸到接收模塊。接收模塊接收信號后，利用蜂鳴器及LED產生聲光報警。

2.4信號接收裝置。信號接收裝置主要有信號接收模塊、LED報警燈 、蜂鳴器及電源等組成。當測鐘接觸水面，信號發生裝置向外發出信號，此時信號接收裝置接收到信號后，觸發動作，使LED報警燈及蜂鳴器開始工作，發出聲光報警。提示校測人員測鐘已接觸水面可以進行水位數據的讀取和記錄。

3 信號傳輸

3.1傳輸方式選擇。校測裝置除機械裝置部分外，還有電子電路部分，最初擬采用有線信號傳輸方式，信號線與測量標尺需進行一體設計或者分別設置，但考慮到在實際使用過程中，連接線過多容易造成校測裝置費用增加，同時在測井深度較大時會導致信號線過長，造成裝置整體重量較大，不便于攜帶和操作。因此選擇采用無線傳輸方式。

3.2無線信號收發模塊。無線信號收發模塊是采用PT2262/2272無線收發芯片為無線傳輸核心部分的模塊。PT2262/2272芯片為8位加密聯動無鎖定的無線收發芯片，一發一收。在電路連接時可以設計硬件秘鑰實現收發模塊的一對一傳輸，在多組芯片同時工作，相互之間信號不會發生干擾。

發射、接收模塊均采用DC～DC模塊供電，模塊供電設計方式的優點在于：寬電壓輸入，穩壓穩流輸出，設計復雜程度大幅度降低，系統供電可靠度、穩定性大幅提高。本設計采用9～36V輸入，5V1A穩壓穩流輸出方式，負載能力強。

3.3傳輸距離。為驗證信號傳輸距離，得到傳輸距離的真實情況，設計了如下實驗：打開接收模塊，對發射模塊持續供電，接收模塊發出報警后，增大接收模塊與發射模塊之間的距離，直至信號減弱或消失，說明該距離已達到發射接收模塊間信號傳輸的最大距離。最終得到傳輸距離實測結果：在60m范圍內可以穩定發射接收信號，在60m以后信號傳輸出現衰減，接收到的信號不穩定。由于陜西目前靜水位最深不超過50m，因此測試距離到70m為止，不再進行后續測試。從測試結果看，傳輸距離滿足陜西水位測井的水位校測需求。

目前通過實驗得到的信號穩定傳輸距離為60m左右（周圍空間開闊的條件下），由于水位測量井一般為口徑150mm左右的金屬井，對信號有匯聚增強的作用，所以在實際應用中應傳輸距離會大于60m。足以陜西省目前絕大部分水位觀測井的水位校測要求。由于實驗裝置結構簡易，在傳輸距離上稍有不足，無法校測較深的水井水位。本裝置采用的PT2262/2272芯片模塊，傳輸信號為調頻信號，抗干擾能力強，其理論最大傳輸距離1km，在增大發射功率及改進發射接收天線設計的情況下，可大幅度增加無線信號的傳輸距離。由此可見，可進一步開展以增大信號傳輸距離，提高裝置穩定性、易用性、簡便性為研究方向的研發，技術成果成熟后可在全國范圍內進行推廣應用。

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