聲學水位計是非接觸式測量，它使用聲波測量井深，不需要任何事先粗略探測深度的設備，可以在任何測量中得到精確、快速的結果。
基本介紹
- 中文名：聲學水位計
- 外文名：acoustic water level
- 相關學科：測繪
- 相關儀器：壓力式水位計
- 套用：水位測量
- 別名：聲學水位表
設備簡介,工作原理,技術參數,誤差來源,誤差消除,
設備簡介
聲學水位計採用非接觸式測量，通過發射聲波測量井深，這種儀器不需要任何事先粗略探測深度的設備，可以在任何測量中得到精確、快速的結果。該設備重量輕，體積小，功能多，操作簡便。用於沿海水文台站的常規長短期潮位觀測，江河湖泊的水位連續自動測量，以及港工水文調查、港口調度、船舶航行等部門的水位測量。
聲學水位計
聲學水位計可以套用在任何場合，無論探井的井壁是金屬、聚氯乙稀、岩石、還是彎曲的深井或者正在工作中的水泵。
工作原理
聲學水位計系採用聲管傳聲、套用空氣聲學回聲測距原理來進行水位測量的新型水位測量儀器。由收發共用聲學換能器發射一聲脈衝、聲波經聲管傳聲遇水界面產生反射，反射波由同一換能器接收。測得聲波在空氣中的傳播時間及現場聲速，計算出聲學換能器發射面至水面的距離，依據聲學換能器安裝基準面及水位零點得到水位值。
技術參數
測量範圍： 0～8 m
準確度： 1cm
工作方式： 每6min採集一組數據，每次採樣1min，
取樣頻率：1次/s。
數據輸出： LCD顯示，顯示潮時、潮高。
數據列印： TPup微型印表機，列印潮時、潮高，正點數據加打*號
數據存儲： FLASH存貯器，可存兩個月的數據。
接口方式： RS-232C串列接口。
環境溫度：
-5～50 ℃(探頭部分)
0～40 ℃(主機部分)
儀器電源：220V；50Hz（或直流12V1V，儀器可交直流自動轉換）
數據傳輸：可進行無線或有線的遠距離傳輸並實現水位監測聯網自動化。
誤差來源
空氣溫度因素的影響
聲音在空氣中的傳播速度ν不是常數，與溫度有關，因此進行水位測量，必須準確測量溫度，並保證溫度感測器準確地感應環境空氣溫度。若要把測量精度控制在厘米級內，溫度測量的解析度應達到0.1攝氏度。
水面波動因素的影響
由於氣介式超音波水位計無需測井、安裝方便，因此容易受風、船行引起的浪波等影響。起伏的浪波不但使水位變化，而且改變超音波回波的方向，減弱超音波回波信號。
利用由風引起波浪的水位變化均有周期性這一特點，可以採用在一定時間內多次採樣後求平均值，使測量值接近真值。採樣的時間越長，採集的數據越多，測得的水位越精確。為了消除由船行駛引起的波浪造成水面的水位不規則變化的影響，可以將採樣數據排序，去掉最大和最小的一部分數據，取中間數據的平均值。用這種“中間平均法” 可以有效防止一些測量干擾。在水位變化比較平緩的地方，可以採用控制水位變化率的方法來進行濾波。例如每次採樣數據水 位變化只允許 1 cm，多次採樣後的數據就等於或接近真實水位，可以減少一些隨機干擾。
計時準確性的影響
測量水位實際就是測量聲波從探頭髮出到達水面，再從水面反射回到探頭的時 間，這個傳播時間的測量精度實際反映了水位測量精度，前述影響測量精度的因素採用適當的措施和方法比較容易解決，但對超音波的回波進行準確的計時卻比較困難，影響因素有工作頻率與探頭的通頻頻寬度、門限電平與檢測方法、干擾鑑別等。超音波探頭的信號回響時間(信號前沿的上升時 間)類似於1個蓄能電路的充、放電過渡過程，因此要縮短該過程就需要加寬探頭與電路的通頻帶。但是探頭受材料、工藝等限制，通頻帶一般很窄。而電路通常希望有較強的抗干擾能力，也不希望有很寬的通頻帶，因此需要採用其他方法來解決。
誤差消除
當超音波探頭與電路確定後，對同一信號電平的回響是一致的。因此影響測量精度的信號前沿與信號的電平有關。一般通過以下幾種方法 減少測量誤差:
放大整形
通過對接收回波的放大，可以使 信號前沿變陡，上升時間縮短，明顯減少幅度變化 帶來的誤差影響，這是許多超音波設備中常用 的方法。但這種方法有明顯的缺點，即放大有用信 號的同時，也放大了干擾與噪聲。當干擾與噪聲的 電平達到門限電平時，會使得檢測電路難以分辯真實超音波測量回波，因此要合理地選擇放大倍數與 控制門限電平。另外在實際套用中還需考慮回波信 號隨距離增加而衰減等因素才能獲得較好效果。
穩定回波信號
如果使接收的回波信號電平 被穩定於 1 個固定值，那么也就固定了回波信號上 升時間，這樣也就消除了這種測量誤差。美國 KAB 公司生產的超音波水位計就採用了這種方法。但這 種方法缺點是設備從搜尋到鎖定測量回波需要一定 的時間，對於定時間隙開機(野外設備為了節能) 的工作方式不太適用。另外為了保證設備不鎖定到 干擾信號(如堤岸等)，對安裝有較高要求。
回波信號前沿分析
