水文缆道测流信号传输的改进及实验研究

□段金凤（河南省南阳水文水资源勘测局）

水文缆道测流信号传输的改进及实验研究

□段金凤（河南省南阳水文水资源勘测局）

在传统的水文缆道测流中，只能传递流速一种信号，常常因为滑轮及副索生锈而导致信号不通，造成信号时常中断，甚至完全不能使用，极大地制约了水文缆道优越性的发挥。通过我们潜心研究，设计一块电路板，该电路在水面、流速仪和河底开关接通时分别产生3种不同频率的交流信号，将其混合后经高频载波调制产生无线电信号，最后经天线将信号发射出去。在岸上控制室内的无线电接收机接收到信号后，通过高频解调，然后经选频电路即可将他们分离出来，成功地解决了以往水文缆道测流存在的信号传输难题。

水文缆道测流；信号传输；改进;实验研究

一、传统水文缆道测流信号传输的局限性

在缆道测流中，不只是测量流速，还要测量出河道断面不同位置的水深，从而计算出过水断面面积。配合在不同点测得的流速再算出断面平均流速，最后乘以断面面积得到流量。

这需要缆道设备能够测量水深。铅鱼入水时要有水面信号，当铅鱼下降到河底时也要发出河底信号，这样在两个信号期间钢丝绳下放的长度就是水深。但是通过拉偏索及起重索传递信号，只有一个回路，也就是说只能传递3个直流开关信号（水面信号、河底信号、流速仪信号）中的一种信号。利用上述设备同时传递3种信号，几乎是不可能的。人们在实践中想了很多办法，都不是很奏效。一直到目前，大部分缆道都只传输流速信号，并且只测量水面流速，通过水面流速粗略地计算出流量，这样产生的误差很大。另外还存在一个很严重的问题，就是它传递信号的路径必须要经过拉偏索上端的小行车滑轮，通过滑轮与副索形成电流通路，因为滑轮是随着铅鱼及拉偏索的移动而在副索上滚动，常常因为滑轮及副索生锈而导致信号不通，造成信号时常中断，甚至完全不能使用。这就是当前水文缆道测流中存在的致命弱点，也极大地限制了水文缆道优越性的发挥。

二、缆道测流信号传输的改进及试验研究

设计一块电路板，该电路在水面开关、流速仪开关、河底开关接通时分别产生3种不同频率的交流信号，将其混合后经高频载波调制产生无线电信号，最后经天线（与起重索连接）将信号发射出去。在岸上控制室内的无线电接收机接收到信号后，通过高频解调，然后经选频电路即可将他们分离出来。成功地解决了以往水文缆道测流存在的信号传输难题。整个电路板及直流9 V电源安装一个密封信号筒内。这就是我们改进后的信号发生器。经过试用，证明性能稳定可靠，便于推广应用。

（一）信号发生器在缆道中的连接方法及信号路径

信号筒安装在铅鱼的尾翼上。水面开关结构见图1，在绝缘板上面有2个接线柱，一个与信号发生器相连；另一个端子通过铅鱼外壳（公共地线）与发生器地线相连。当两个接线柱接触到水面时，通过水体导通，产生水面直流信号。

图1 水面信号接线板图形

河底开关见图2，由铅鱼底部的河底托板、支架、磁钢、干簧管组成。当铅鱼到达河底时，托板上抬使支架上的磁钢靠近干簧管，干簧管在磁性作用下接通，产生河底直流信号。

图2 河底开关示意图

水面、流速仪、河底开关连接示意图见图3。信号发射机共有5条输出线。一是500 KHz射频信号输出线（与绝缘子上边的起重索相连），二是水面信号（与水面接线板上的一个接线柱相连），三是流速仪信号线（与流速仪的一个接线柱相连），四是河底开关信号线（与河底开关的一个端子相连），五是公共地线，公共地线分别同水面信号接线柱、流速仪开关、河底开关的另一端相连，并直接与铅鱼体接通。

图3 开关信号连接示意图

输出信号的路径见图4。从信号发射机输出的信号经信号发射天线——绝缘子上边的起重索向外发射。岸上控制室内的接收机即可解调出水面、河底及流速仪信号。

（二）信号发射机电路原理

信号发射机的原理框图见图5。在图5中，当水面触点入水后，通过水体与地线相通，并通过电子开关打开整机电源，并使水面信号振荡电路发出一个短暂的信号。

图5 无线电信号发射机原理框图

流速仪开关接通时，通过电路产生流速信号。到达河底时，河底开关接通，产生河底信号。三路信号经混合对射频电路进行调制，最后经射频功率放大后由天线输出。

段金凤（1974-），女，南阳水文水资源勘测局工程师，长期从事水文测验和水资源管理工作。

2011-02-17