电磁流速仪在水文测验中的应用

　　长期以来,在我国的水文、水资源监测和管理中,传统的转子式流速仪一直是最主要的流速测量仪器,这种仪器操作简单、实用,目前仍然在广范使用。但这种仪器由于有旋转部件,因而易受水草缠绕、怕漂浮和流冰碰撞、响应速度也慢。随着信息化程度的提高和普及,对于在线监测,自动化程度高,多参数测量功能的仪器提出了更高的要求。为适应这一要求,介绍一种新开发研制的多功能电磁流速仪。

　　由于这种流速仪没有旋转部件和迎水面积小,所以不易被水草缠绕,其工作原理本身又决定了流速测量与含沙量无关。除测速外,还可以同时测深,也为实施积深法提供了可能性,从而可缩短测速历时,有利于水文测验自动化程度的提高。

　　1　电磁流速仪的结构组成

　　电磁流速仪根据使用环境不同可以有不同形式。作为小河、浅水、岸边简单使用的便携式流速仪可以将测量与数据处理集为一体,形成一个单独仪器;作为缆道测流、船测、桥测等复杂场合,电磁流速仪应包含水上仪器及水下仪器两部分,同时具有测深功能和水下数据传输功能。

　　2　电磁流速仪的基本原理

　　电磁流速仪的原理(见图1)是基于法拉第电磁感应定律[1]:一定导电性待测液体以速度V流动,切割磁场B的磁力线而产生感应电动势E,此电动势经电极输出,其值为:E=KBLV。

　　其中:E为感应电动势;L为电极间距;B为磁感应强;V为液体流速;K为与传感器相关的系数。

　　可见流速V与感应电动势E的大小成正比。

　　(1)数据采集部分

　　由单片机产生的方波信号经电路变换形成三角波信号,此信号作为激磁控制信号为测速传感器提供激磁;由电极产生的速度电势经放大送至采样保持电路,采样保持电路在单片机采样脉冲控制下适时采样、求和、放大后送至单片机进行A/D变换及流体力学修正,最后与采集的水深数据及用于铅鱼控制的水面、河底信号进行数据整编后,经调制放大由悬吊铅鱼的钢索传送至接收装置。

　　(2)数据传输部分

　　水下信号传输如采用高频无线传输衰减太大难以实现,如采用长波传输因信号传输距离太近又用不上。采用起吊铅鱼的钢丝绳(不用电缆)在水中进行信号传送是目前水下数据传输的重大突破。经过长期的研究与实践,在信号传送机制、编码方式、波特率选择、跳频模式、多阶滤波技术和识别判断等方面确定了最佳传输模式和方案。

　　信号传输部分的工作原理是采用电流制拾取信号。这种电流制的信号传输系统其显著优点是灵敏度极高,以致一般不必设置水面极板。在缆道测流情况下,实践表明,在岸上检测已被严重分流的起重索中的信号电流照样有效。与传统电压制信号传输系统(也即所谓的“无线传输”,学科上分类应属有线传输)相比较,对缆道接地电阻值也没有额外的不合理要求,因此不降低缆道的防雷性能。