□段金鳳（河南省南陽水文水資源勘測(cè)局）

水文纜道測(cè)流信號(hào)傳輸?shù)母倪M(jìn)及實(shí)驗(yàn)研究

□段金鳳（河南省南陽水文水資源勘測(cè)局）

在傳統(tǒng)的水文纜道測(cè)流中，只能傳遞流速一種信號(hào)，常常因?yàn)榛喖案彼魃P而導(dǎo)致信號(hào)不通，造成信號(hào)時(shí)常中斷，甚至完全不能使用，極大地制約了水文纜道優(yōu)越性的發(fā)揮。通過我們潛心研究，設(shè)計(jì)一塊電路板，該電路在水面、流速儀和河底開關(guān)接通時(shí)分別產(chǎn)生3種不同頻率的交流信號(hào)，將其混合后經(jīng)高頻載波調(diào)制產(chǎn)生無線電信號(hào)，最后經(jīng)天線將信號(hào)發(fā)射出去。在岸上控制室內(nèi)的無線電接收機(jī)接收到信號(hào)后，通過高頻解調(diào)，然后經(jīng)選頻電路即可將他們分離出來，成功地解決了以往水文纜道測(cè)流存在的信號(hào)傳輸難題。

水文纜道測(cè)流；信號(hào)傳輸；改進(jìn);實(shí)驗(yàn)研究

一、傳統(tǒng)水文纜道測(cè)流信號(hào)傳輸?shù)木窒扌?/h2>

在纜道測(cè)流中，不只是測(cè)量流速，還要測(cè)量出河道斷面不同位置的水深，從而計(jì)算出過水?dāng)嗝婷娣e。配合在不同點(diǎn)測(cè)得的流速再算出斷面平均流速，最后乘以斷面面積得到流量。

這需要纜道設(shè)備能夠測(cè)量水深。鉛魚入水時(shí)要有水面信號(hào)，當(dāng)鉛魚下降到河底時(shí)也要發(fā)出河底信號(hào)，這樣在兩個(gè)信號(hào)期間鋼絲繩下放的長(zhǎng)度就是水深。但是通過拉偏索及起重索傳遞信號(hào)，只有一個(gè)回路，也就是說只能傳遞3個(gè)直流開關(guān)信號(hào)（水面信號(hào)、河底信號(hào)、流速儀信號(hào)）中的一種信號(hào)。利用上述設(shè)備同時(shí)傳遞3種信號(hào)，幾乎是不可能的。人們?cè)趯?shí)踐中想了很多辦法，都不是很奏效。一直到目前，大部分纜道都只傳輸流速信號(hào)，并且只測(cè)量水面流速，通過水面流速粗略地計(jì)算出流量，這樣產(chǎn)生的誤差很大。另外還存在一個(gè)很嚴(yán)重的問題，就是它傳遞信號(hào)的路徑必須要經(jīng)過拉偏索上端的小行車滑輪，通過滑輪與副索形成電流通路，因?yàn)榛喪请S著鉛魚及拉偏索的移動(dòng)而在副索上滾動(dòng)，常常因?yàn)榛喖案彼魃P而導(dǎo)致信號(hào)不通，造成信號(hào)時(shí)常中斷，甚至完全不能使用。這就是當(dāng)前水文纜道測(cè)流中存在的致命弱點(diǎn)，也極大地限制了水文纜道優(yōu)越性的發(fā)揮。

二、纜道測(cè)流信號(hào)傳輸?shù)母倪M(jìn)及試驗(yàn)研究

設(shè)計(jì)一塊電路板，該電路在水面開關(guān)、流速儀開關(guān)、河底開關(guān)接通時(shí)分別產(chǎn)生3種不同頻率的交流信號(hào)，將其混合后經(jīng)高頻載波調(diào)制產(chǎn)生無線電信號(hào)，最后經(jīng)天線（與起重索連接）將信號(hào)發(fā)射出去。在岸上控制室內(nèi)的無線電接收機(jī)接收到信號(hào)后，通過高頻解調(diào)，然后經(jīng)選頻電路即可將他們分離出來。成功地解決了以往水文纜道測(cè)流存在的信號(hào)傳輸難題。整個(gè)電路板及直流9 V電源安裝一個(gè)密封信號(hào)筒內(nèi)。這就是我們改進(jìn)后的信號(hào)發(fā)生器。經(jīng)過試用，證明性能穩(wěn)定可靠，便于推廣應(yīng)用。

（一）信號(hào)發(fā)生器在纜道中的連接方法及信號(hào)路徑

信號(hào)筒安裝在鉛魚的尾翼上。水面開關(guān)結(jié)構(gòu)見圖1，在絕緣板上面有2個(gè)接線柱，一個(gè)與信號(hào)發(fā)生器相連；另一個(gè)端子通過鉛魚外殼（公共地線）與發(fā)生器地線相連。當(dāng)兩個(gè)接線柱接觸到水面時(shí)，通過水體導(dǎo)通，產(chǎn)生水面直流信號(hào)。

圖1 水面信號(hào)接線板圖形

河底開關(guān)見圖2，由鉛魚底部的河底托板、支架、磁鋼、干簧管組成。當(dāng)鉛魚到達(dá)河底時(shí)，托板上抬使支架上的磁鋼靠近干簧管，干簧管在磁性作用下接通，產(chǎn)生河底直流信號(hào)。

圖2 河底開關(guān)示意圖

水面、流速儀、河底開關(guān)連接示意圖見圖3。信號(hào)發(fā)射機(jī)共有5條輸出線。一是500 KHz射頻信號(hào)輸出線（與絕緣子上邊的起重索相連），二是水面信號(hào)（與水面接線板上的一個(gè)接線柱相連），三是流速儀信號(hào)線（與流速儀的一個(gè)接線柱相連），四是河底開關(guān)信號(hào)線（與河底開關(guān)的一個(gè)端子相連），五是公共地線，公共地線分別同水面信號(hào)接線柱、流速儀開關(guān)、河底開關(guān)的另一端相連，并直接與鉛魚體接通。

圖3 開關(guān)信號(hào)連接示意圖

輸出信號(hào)的路徑見圖4。從信號(hào)發(fā)射機(jī)輸出的信號(hào)經(jīng)信號(hào)發(fā)射天線——絕緣子上邊的起重索向外發(fā)射。岸上控制室內(nèi)的接收機(jī)即可解調(diào)出水面、河底及流速儀信號(hào)。

（二）信號(hào)發(fā)射機(jī)電路原理

信號(hào)發(fā)射機(jī)的原理框圖見圖5。在圖5中，當(dāng)水面觸點(diǎn)入水后，通過水體與地線相通，并通過電子開關(guān)打開整機(jī)電源，并使水面信號(hào)振蕩電路發(fā)出一個(gè)短暫的信號(hào)。

圖5 無線電信號(hào)發(fā)射機(jī)原理框圖

流速儀開關(guān)接通時(shí)，通過電路產(chǎn)生流速信號(hào)。到達(dá)河底時(shí)，河底開關(guān)接通，產(chǎn)生河底信號(hào)。三路信號(hào)經(jīng)混合對(duì)射頻電路進(jìn)行調(diào)制，最后經(jīng)射頻功率放大后由天線輸出。

段金鳳（1974-），女，南陽水文水資源勘測(cè)局工程師，長(zhǎng)期從事水文測(cè)驗(yàn)和水資源管理工作。

2011-02-17