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    雷達液位計水位測量數據跳變問題的查究與解決方案

    發表時間:2020-09-03   點擊次數:469 技術支撑:1560-1403-222
    撮要:在干灘、有漂浮物干擾的情況下進行水文測量時,雷達液位計監測的水位數據會發生跳變,結果導致測量失敗。適當增強雷達液位計發射功率使反射波信號強度增大,可降低數據跳變的概率;通過常供電可保證設備長期穩定運行,減少數據跳變的幾率;选拔數據多值平均可較好過濾掉跳變數據。將上述三種方式灵验結合,可大幅度提高水文測流數據的準確性。
    雷達液位計

    引言
    雷達液位計目前較為廣泛的應用于液灌的液位測量,其液位面平靜,雷達波反射較好,測量精度高。引入水利行業應用后,在測量河、湖、水庫等水位時,若波浪不大或無明顯干擾物的狀態下,SC雷達液位計測量精度高,安全可靠,不失為一種***的水位測量設備。但實際應用中水環境較為復雜,設備常受到較大波浪、漂浮物、結冰、浮雪、干灘等因素干擾,出現數據跳變,導致測量數據無法使用。

    針對水環境的復雜情況,對雷達液位計及附屬模塊的供電模式、發射功率及數據計算等幾方面進行改造,可灵验的降低以上干擾因素的影響,保證三暢雷達液位計的穩定可靠運行。經多次試驗,此主意穩定可靠,改造后的系統在實際應用中成效顯著。

    1 雷達液位計工作模式
    雷達液位計是基于時間路程道理的測量儀表,工作道理為其發射單元發出以光速運行的脈沖雷達波,當脈沖遇到液位外表時反射回來被儀表內的接收器單元接收,并將距離信號轉化為液位信號,從而計算出液位深度。

    水利行業中的水位值測量也是基于此工作意思,其系統基本組成為:雷達液位計、RTU、DTU、立桿及基礎、供電單元、防雷接地單元等,其結構如圖一所示。雷達液位計測量水位結構圖

    由于水利行業的水位測量環境復雜,在水面平靜且無漂浮物等干擾時,雷達液位計可精準的對水位進行測量。但若有大波浪、漂浮物、結冰、浮雪、干灘等諸多干擾的情況下,數據跳變的問題使得測量準確度大大降低。

    2 數據跳變問題的分析與研究
    2.1 數據跳變的原因分析
    雷達液位計的工作原理可簡單概括為如下:三暢雷達液位計發射雷達波—水面反射雷達波—雷達液位計接收雷達波。在以上三個過程中,雷達液位計本身的技術指標決定了發射與接收過程的信號質量,而水面反射雷達波的過程對信號強度產生至關重要的影響,在此過程中各種干擾因素會使反射波信號強度降低,使得三暢雷達液位計接收到的反射波太弱或接收不到反射波,導致水位測量失敗。

    2.2 解決數據跳變的“三步走”
    加大發射功率,增強信號反射。既然反射波的強弱決定水位測量的成敗,且分歧的干擾物形成的影響区别,為更好的剖析各類干擾的影響,我們模擬了平穩的水環境、大波浪水面、有漂浮物水面、戈壁干灘等各種不同情況,选取30M量程發射功率的雷達液位計在10M 高度進行測試,以保證信號反射的量程一致。多次實驗結果证明:平穩的水環境基本能夠反射信號,而大波浪水面出現數據波動,有漂浮堆積物的水面、戈壁干灘出現數據跳變。我們將發射功率加大到70M 量程,則基本不出現數據跳變的問題;經過反復驗證,適當加大發射功率可灵验降低數據跳變概率。
    改用常供電,保證工作狀態穩定。田野監測設備采用太陽能供電模式,為了能夠地保證系統用電,RTU會對雷達液位計進行供電控制:一般數據收罗設置為不小于6 分鐘,在采撷數據發射的間隔期,RTU將停止對雷達液位計進行供電,且RTU自己也會進入休眠狀態以降低功耗,在下一個數據搜集周期RTU 蘇醒,并給雷達液位計供電。在雷達液位計經幾十秒的加電預熱后,RTU 對其發送數據收集指令,獲取回傳的數據后進行發送。
    雷達液位計供電預熱的時長受外界氣溫的變化影響較大,一般高溫度時在28 秒左右,低溫時會增長到45 秒左右,且RTU為雷達液位計加電的瞬間會產生較大的啟動工作電流,不仅添加功耗,縮短雷達液位計的运用壽命。此刻运用的RTU 和雷達液位計拔取低功耗元器件制造,所以適當增加太陽能板和蓄電池的容量,可保證RTU和雷達液位計長時間工作,為增強其定性,第二步實驗采取常供電的模式:即RTU給雷達液位計持續加電,保證其一直處于穩定的工作狀態。通過多次實驗對比,低溫時常供電工作方式對雷達液位計數據測量效果突出,數據跳變的幾率降低60%以上,數據可用率得到了較大提高。
    多次均值測量,過濾跳變數據。為了能夠更好地處理特例的數據跳變,第三步,我們對SCLD雷達液位計CPU內固化的軟件步骤進行優化,以此大程度的避免跳變數據的出現。CPU 內固化的軟件步骤原有數據處理模式為:發射脈沖波后并接收反射波即迅速處理一組數據,作為測量數據回送給RTU,以是易跳變數據作為數據來處理。通過常供電工作模式的調整,雷達液位計一直處于穩定工作狀態,
    CPU內的措施可控制雷達液位計遵守的周期發射脈沖波后進行接收處理,獲得收罗數據。實驗中遵守每0.5 秒鐘發射一組雷達波,進行一次數據處理,并將數據進行存儲,連續收集18 組數據,去掉4 組zui大值和4 組zui小值后,取平均值作為可用數據測量值返回給RTU,通過RTU 發送數據。
    通過“三步走”的調整和優化,雷達液位計工作穩定可靠,經過不同環境下的多次實驗,改造后的雷達液位計很好的樊篱了數據跳變現象,可以應用到生產過程中。

    3 應用
    新疆地區的流域水資源整合項目中选取了300 余個雷達液位計,在實際應用中均分别程度出現數據跳變問題,冬季時問題更為嚴重,本文所中的解決方案改造后,现在各三暢雷達液位計能工作。經人工驗證,數據準確無誤,證明方案切實可行。

    4 結語
    因精度高、安裝方便、維護簡單,雷達液位計作為水位測量設備在水利行業中得到了廣泛應用,本文考究通過軟硬件結合調整的方式,很好的解決了雷達液位計受環境影響導致的數據跳變問題,并在實際生產中得到了驗證,該方案可推進雷達液位計在水利行業的進一步應用,可為其他行業同類應用起到很好的借鑒功用。


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