激光测距仪在水位测量中的应用

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1、第36卷第1期水电自动化与大坝监测Vo1．36No．12012年2月20日HydropowerAutomationandDamMonitoringFeb。20，2O12激光测距仪在水位测量中的应用张后来，王震庄，姚峰(国网电力科学研究院／南京南瑞集团公司，江苏省南京市210003)摘要：介绍了悬挂式水位测量装置的原理，并从浮子的设计、激光测距仪的安装、信号控制转换器、装置的可维护性等4个方面，分析了悬挂式水位测量装置的科学性，介绍了其在湖北清江水情自动测报系统中的应用情况，指出了悬挂式激光水位测量装置的技术优势和适用场合。关键词：水位测量；激光测距；信号控制0引言

2、历的时间，即可测定目标距离。本文设计的悬挂式激光水位测量装置，巧妙地将激光测距仪应用于在现有的水文系统中，水位测量平台结构有直水位测量上，其安装方式如图1所示。立式、斜管式和悬臂式等平台。采用的测量手段有机械编码浮子式水位计、超声波探头测量装置、气泡式和压力式水位传感器等口]。这些测量平台和装置各有优缺点，直立式测量平台造价高，在水库或者江河建设一个量程为15m的直立水位台，需要40万元左右；悬臂式测量平台的使用范围较局限，只有满足条件的附着建筑物才能选用；双斜管式测量平台因采用机械传动，不能在缓坡使用，且不同的安装角度需重新加工机械编码水位计的转盘。在各种水位传

3、感器中，压电式水位传感器防雷性能较差，气泡式水位传感器在大量程仪器中采购价昂贵，维护工作量大，故障维修困难。1为坝体；2为安装支架；3为绞盘；4为信号转换器因此，研究出一套适合大多数测量场所使用，并5为激光器；6为钢丝绳；7为浮子；8为配重且造价低、施工方便的水位测量装置意义重大。根图1悬挂式激光水位计安装据这种需求，在清江水情测报系统建设中，研制了悬挂式激光水位测量装置，并在该系统的多个坝上水2悬挂式激光水位测量的可行性位测站建设成功，为特殊条件下的水位测量补充了一种新的采集传输手段。要使悬挂式水位测量装置具备实际应用可操作性，主要需满足以下4个条件。1悬挂式激

4、光水位测量装置工作原理1)浮子能正确地反映水位的移动变化。为了将水位变化值精确反映出来，选用激光测2)激光测距装置的对中调整。距仪]测量，其测量精度达到3iTlm。激光传感器3)信号的转换与传输。工作时，先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。4)设备的可维护性。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回2．1浮子的设计到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光激光束打在水面上，是不能反射回到激光测距电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大仪的_4]。为了解决这一问题，在水面上设置一个浮功能的光学传感器，因此它能检测到极其微弱的光子，要求套在钢丝绳上的浮子必须

5、上下活动自如，正信号。记录并处理从光脉冲发出至返回被接收所经确反映出水位变化。所以，采用了将反光装置套在悬有配重的钢丝绳上的固定结构，浮体采用聚酯泡收稿日期：201I-10一i0；修回日期：201卜l2—15。沫材质，表面铺设反射板。·大坝监测仪器及自动化·张后来，等激光测距仪在水位测量中的应用2．2激光测距仪的安装表1水布垭坝上水位观测站运行考核结果采用水准仪等测量仪器的水平调整方式，利用4个可调螺丝进行对中调节，然后进行固定，保证激光束正确地打到浮子反射板上。同时，采用激光器固定在钢丝绳上，保证在钢丝绳晃动时，激光束始终与钢丝绳平行。保证激光点不会脱离规定的校

6、准位置。2．3信号控制转换器信号的转换采用RS～232／SDI一12转换模块，这个模块采用了微处理器实现全智能化的处理，使国内外传感器均能转换为数字串行接口(SDI)编码输出，能顺利地接入有SDI的水位固态存储器和水情在精度方面，由于激光测距器测量精度为遥测终端[5]，符合SL63—2O03《水文自动测报系统土0．3cm，因此将激光水位计测量精度定为技术规范》的要求。信号控制转换器是水文遥测系±1．0cm是比较合适的。通过现场6个月试运行期统中的关键部件。信号控制转换器的控制部分对本数据比测，发现该方法实际的激光水位计运行稳定装置的实用性也有着重要作用，由于波浪的

7、影响，浮可靠，测量精度也符合水位测量规范要求。因采用子将随波浪上下摆动，在测量时若以某一时间读数平面反射板，每次测量时激光束打在平面上，加上测为数据，将产生较大的误差，信号控制转换器设计为量滤波算法软件，可以保证测量精度。一个时间段内多次读取数据，去除最大值和最小值，量程方面，因激光测距器的量程为200m，在实在信号控制转换器计算出平均值后发送至服务器，际应用中，按照本文介绍的施工方法，理论上可以测这样，保证了测量结果的误差控制在规范允许的范量到约1cm的水位变幅。考虑到工程应用和现场围之内。信号控制转换器还可控制激光器间隙式工各种不同的地形条件，参照浮子式水位计

8、应用量程作