專利名稱：一種水位儀高程標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)體模型實(shí)驗(yàn)中水位儀的高程標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
水位、流速、流量是確定水流特性的主要參數(shù)，在水利工程、港口工程等研究領(lǐng)域， 水位是不可獲取的參數(shù)。實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)體模型實(shí)驗(yàn)時(shí)，常用的水位測(cè)量?jī)x器有水位測(cè)針、自動(dòng)跟蹤式水位儀，由于自動(dòng)跟蹤水位儀可連續(xù)獲取實(shí)時(shí)水位，具有自動(dòng)化程度，隨機(jī)誤差小等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越廣泛應(yīng)用于各類實(shí)體模型實(shí)驗(yàn)。每臺(tái)自動(dòng)跟蹤水位儀測(cè)量的數(shù)據(jù)都是相對(duì)于該儀器儀器零點(diǎn)的讀數(shù)，該數(shù)據(jù)無(wú)實(shí)際意義，必須統(tǒng)一零點(diǎn)將所有水位讀數(shù)轉(zhuǎn)換成實(shí)際的水位值，該過(guò)程稱之為高程標(biāo)定，以建立起每臺(tái)自動(dòng)跟蹤水位儀讀數(shù)與實(shí)際水位間的關(guān)系，這樣所有的水位儀讀數(shù)才具有統(tǒng)一的參考標(biāo)準(zhǔn)。目前大多數(shù)采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行水位儀高程標(biāo)定，其方法是選取同一基準(zhǔn)點(diǎn)(人為賦予該基準(zhǔn)點(diǎn)一個(gè)水位值)，通過(guò)水準(zhǔn)儀建立水位讀數(shù)基準(zhǔn)面、水準(zhǔn)儀讀數(shù)、水位測(cè)針讀數(shù) (或水位計(jì)讀數(shù))間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)水位儀讀數(shù)與實(shí)際水位的轉(zhuǎn)換。對(duì)于實(shí)體模型實(shí)驗(yàn)，一個(gè)實(shí)體模型往往具有數(shù)十個(gè)(甚至上百個(gè))水位測(cè)量點(diǎn)，需要數(shù)十臺(tái)自動(dòng)跟蹤水位儀，如采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程標(biāo)定，即費(fèi)事費(fèi)力，每臺(tái)水位儀都需要進(jìn)行獨(dú)立的高程標(biāo)定，又會(huì)導(dǎo)致模型實(shí)驗(yàn)相對(duì)誤差增大，對(duì)于每臺(tái)水位儀的高程標(biāo)定都會(huì)存在人工讀數(shù)產(chǎn)生的隨機(jī)誤差，進(jìn)行不同水位儀高程標(biāo)定時(shí)就會(huì)產(chǎn)生不同的隨機(jī)誤差，水位儀間的高程標(biāo)定結(jié)果無(wú)相關(guān)關(guān)系， 增大系統(tǒng)的相對(duì)誤差，最終將對(duì)實(shí)體模型整體實(shí)驗(yàn)精度產(chǎn)生影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種水位儀高程標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法，有效解決了上述水位儀高程標(biāo)定方法產(chǎn)生的隨機(jī)誤差，簡(jiǎn)化了操作程序，提高了實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)化程度。本發(fā)明采用和如下技術(shù)方案本發(fā)明所述的一種水位儀高程標(biāo)定裝置，包括一臺(tái)主水位儀，多臺(tái)副水位儀；主水位儀與多臺(tái)副水位儀的頂端各布置旋轉(zhuǎn)基座，主水位儀的旋轉(zhuǎn)基座上布置半導(dǎo)體激光器，副水位儀的旋轉(zhuǎn)基座上布置線陣(XD。本發(fā)明所述水位儀高程標(biāo)定裝置的標(biāo)定方法，方法如下1)、根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要布置一臺(tái)主水位儀與多臺(tái)副水位儀，將旋轉(zhuǎn)基座水平安裝于水位儀頂部平臺(tái)；2)、將半導(dǎo)體激光器安裝在主水位儀旋轉(zhuǎn)基座上，同時(shí)將線陣CCD模塊安裝在副水位儀旋轉(zhuǎn)基座上，激光束沿水平方向直線傳播，同時(shí)調(diào)節(jié)主水位儀和副水位儀的旋轉(zhuǎn)基座角度，使線陣CCD模塊接收到激光；3)、線陣CCD模塊直接獲取激光束中心點(diǎn)的坐標(biāo)，對(duì)于主水位儀和副水位儀，激光束中心點(diǎn)位于同一水平面，通過(guò)該平面可建立起副水位儀儀器零點(diǎn)和主水位儀儀器零點(diǎn)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而利用主水位儀的高程標(biāo)定關(guān)系獲得副水位儀的高程標(biāo)定關(guān)系。副水位儀與主水位儀儀器零點(diǎn)轉(zhuǎn)換關(guān)系如下D2^1 = D2+h2+hc2"hrhclD2^1表示副水位儀讀數(shù)D2相對(duì)于主水位儀儀器零點(diǎn)的數(shù)據(jù)，h2為副水位儀的儀器零點(diǎn)至旋轉(zhuǎn)基座的高程，h。2為激光束中心點(diǎn)在線陣CCD上的坐標(biāo)，Ii1為旋轉(zhuǎn)基座頂平面至主水位儀儀器零點(diǎn)的高程，hcl為半導(dǎo)體激光器激光束中心點(diǎn)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)基座頂平面的高程。其中h” h?！?C2為儀器基本參數(shù)，完成儀器組裝后即確定，hc2由線陣CCD模塊計(jì)算獲得。有益效果本發(fā)明提供的水位儀高程標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法，主要針對(duì)自動(dòng)跟蹤水位儀，簡(jiǎn)化標(biāo)定過(guò)程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化高程標(biāo)定，有效提高水位測(cè)量精度。采用主水位儀和副水位儀布置形式，通過(guò)主水位儀頂部激光器發(fā)出的激光，建立起副水位儀儀器零點(diǎn)與主水位儀儀器零點(diǎn)間的關(guān)系，再通過(guò)主水位儀的讀數(shù)與實(shí)際水位間的關(guān)系，以獲取所有水位儀讀數(shù)與實(shí)際水位間關(guān)系，提高測(cè)量精度，減少對(duì)每臺(tái)水位儀進(jìn)行水準(zhǔn)儀標(biāo)定所帶來(lái)的隨機(jī)誤差。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1是主水位儀，2是副水位儀，3是旋轉(zhuǎn)基座，4是半導(dǎo)體激光器，5是線陣CCD 模塊。具體是實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明如圖1所示一種水位儀高程標(biāo)定裝置，包括一臺(tái)主水位儀1，多臺(tái)副水位儀2。主水位儀1與多臺(tái)副水位儀2的頂端各布置旋轉(zhuǎn)基座3，主水位儀1的旋轉(zhuǎn)基座3 上安裝半導(dǎo)體激光器4，副水位儀2的旋轉(zhuǎn)基座3上安裝線陣CCD5模塊。水位儀高程標(biāo)定裝置的標(biāo)定方法，方法如下1)、根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要布置1臺(tái)主水位儀1與多臺(tái)副水位儀2，將旋轉(zhuǎn)基座3水平安裝于水位儀頂部平臺(tái)；2)、將半導(dǎo)體激光器4安裝在主水位儀旋轉(zhuǎn)基座上，同時(shí)將線陣CCD5模塊安裝在副水位儀旋轉(zhuǎn)基座上，激光束沿水平方向直線傳播，同時(shí)調(diào)節(jié)主水位儀和副水位儀的旋轉(zhuǎn)基座角度，使線陣CCD5模塊接收到激光；3)、線陣CCD5模塊直接獲取激光束中心點(diǎn)的坐標(biāo)，對(duì)于主水位儀1和副水位儀2， 激光束中心點(diǎn)位于同一水平面，通過(guò)該平面可建立起副水位儀2儀器零點(diǎn)6和主水位儀1 儀器零點(diǎn)間6的轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而利用主水位儀(1)的高程標(biāo)定關(guān)系獲得副水位儀2的高程標(biāo)定關(guān)系。副水位儀2與主水位儀(1)儀器零點(diǎn)轉(zhuǎn)換關(guān)系如下Dh = D2+h2+hc2-hrhclD2^1表示副水位儀2讀數(shù)D2相對(duì)于主水位儀1儀器零點(diǎn)6的數(shù)據(jù)，h2為副水位儀 2的儀器零點(diǎn)6至旋轉(zhuǎn)基座3的高程，hc2為激光束中心點(diǎn)在線陣(XD5上的坐標(biāo)，Ii1為旋轉(zhuǎn)基座3頂平面至主水位儀1儀器零點(diǎn)6的高程，Iica為半導(dǎo)體激光器激光束中心點(diǎn)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)基座3頂平面的高程。其中I^hcaI2為儀器基本參數(shù)，完成儀器組裝后即確定，h。2由線陣CCD5模塊計(jì)算獲得。
則副水位儀2測(cè)針讀數(shù)相對(duì)于主水位儀儀器零點(diǎn)的值為Dh = D2+h2+hc2-hrhcl所有副水位儀2都采用上式與主水位儀1進(jìn)行零點(diǎn)轉(zhuǎn)換。4)采利用水準(zhǔn)儀對(duì)主水位儀1的測(cè)針讀數(shù)與原型水位間的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定。實(shí)體模型垂直比尺為L(zhǎng)h，模型基準(zhǔn)點(diǎn)水位為Hjtl，此點(diǎn)水準(zhǔn)儀讀數(shù)為Pjtl，任意選取水位讀數(shù)基準(zhǔn)面，其高程為Ptl,此時(shí)主水位儀1讀數(shù)為Dtl，則該讀數(shù)基準(zhǔn)面的水位Htl為H0 = (P0-Pj0) XLh+HJ0則主水位儀1讀數(shù)為D1時(shí)水位H1為H1 = (D1-D0) XLh+H0= (D1-D0) X Lh+ (P0-Pj0) X Lh+HJ05)利用第3步建立的副水位儀2與主水位儀1零點(diǎn)轉(zhuǎn)換關(guān)系，將所有副水位儀2 讀數(shù)轉(zhuǎn)換至主水位儀1零點(diǎn)情況下的讀數(shù)，再利用第4步建立主水位儀1讀數(shù)與實(shí)際水位間的關(guān)系，獲取所有副水位2儀讀數(shù)為D2時(shí)的實(shí)際水位為H2 = (Dh-Dci) X Lh+ (P0-Pj0) X Lh+HJ0= (D2+h2+hc2-hrhcl-D0) X Lh+(P0-Pj0) XLh+HJ0。
權(quán)利要求
1.一種水位儀高程標(biāo)定裝置，包括一臺(tái)主水位儀(1)，多臺(tái)副水位儀O)；其特征在于 主水位儀(1)與多臺(tái)副水位儀O)的頂端各布置旋轉(zhuǎn)基座(3)，主水位儀(1)的旋轉(zhuǎn)基座 (3)上安裝半導(dǎo)體激光器G)，副水位儀(1)的旋轉(zhuǎn)基座(3)上安裝線陣CCD(5)模塊。
2.利用權(quán)利要求1所述裝置進(jìn)行水位儀高程標(biāo)定的方法，其特征在于1)、根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要布置1臺(tái)主水位儀(1)與多臺(tái)副水位儀O)，將旋轉(zhuǎn)基座(3)水平安裝于水位儀頂部平臺(tái)；2)、將半導(dǎo)體激光器(4)安裝在主水位儀旋轉(zhuǎn)基座上，同時(shí)將線陣CCD(5)模塊安裝在副水位儀旋轉(zhuǎn)基座上，激光束沿水平方向直線傳播，同時(shí)調(diào)節(jié)主水位儀和副水位儀的旋轉(zhuǎn)基座角度，使線陣CCD 模塊接收到激光；3)、線陣CCD 模塊直接獲取激光束中心點(diǎn)的坐標(biāo)，對(duì)于主水位儀(1)和副水位儀 O)，激光束中心點(diǎn)位于同一水平面，通過(guò)該平面可建立起副水位儀( 儀器零點(diǎn)(6)和主水位儀(1)儀器零點(diǎn)間(6)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而利用主水位儀(1)的高程標(biāo)定關(guān)系獲得副水位儀O)的高程標(biāo)定關(guān)系。副水位儀O)與主水位儀(1)儀器零點(diǎn)轉(zhuǎn)換關(guān)系如下D2-I = D2+h2+hc2-hi-hclDp1表示副水位儀(2)讀數(shù)D2相對(duì)于主水位儀⑴儀器零點(diǎn)(6)的數(shù)據(jù)，Ii2為副水位儀⑵的儀器零點(diǎn)(6)至旋轉(zhuǎn)基座(3)的高程，、為激光束中心點(diǎn)在線陣CCD (5)上的坐標(biāo)，h為旋轉(zhuǎn)基座( 頂平面至主水位儀(1)儀器零點(diǎn)(6)的高程，hcl為半導(dǎo)體激光器激光束中心點(diǎn)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)基座C3)頂平面的高程。其中I^hcaI2為儀器基本參數(shù)，完成儀器組裝后即確定，h。2由線陣CXD(5)模塊計(jì)算獲得。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種實(shí)體模型實(shí)驗(yàn)中水位儀的高程標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法。包括一臺(tái)主水位儀，頂端各布置旋轉(zhuǎn)基座，主水位儀的旋轉(zhuǎn)基座上安裝半導(dǎo)體激光器，副水位儀的旋轉(zhuǎn)基座上安裝線陣CCD模塊。發(fā)明提供的水位儀高程標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法，主要針對(duì)自動(dòng)跟蹤水位儀，簡(jiǎn)化標(biāo)定過(guò)程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化高程標(biāo)定，有效提高水位測(cè)量精度。采用主水位儀和副水位儀布置形式，通過(guò)主水位儀頂部激光器發(fā)出的激光，建立起副水位儀儀器零點(diǎn)與主水位儀儀器零點(diǎn)間的關(guān)系，再通過(guò)主水位儀的讀數(shù)與實(shí)際水位間的關(guān)系，以獲取所有水位儀讀數(shù)與實(shí)際水位間關(guān)系，提高測(cè)量精度，減少對(duì)每臺(tái)水位儀進(jìn)行水準(zhǔn)儀標(biāo)定所帶來(lái)的隨機(jī)誤差。
文檔編號(hào)G01F25/00GK102445256SQ20111028316
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者丁赟, 唐洪武, 閆靜, 陳珺, 陳紅 申請(qǐng)人:河海大學(xué)