[发明专利]声波水位测量方法

说明书

本发明涉及一种声波水位测量技术，特别是涉及一种在水位范围会剧烈变化的水库、河流、地下水等中利用声波准确测量水位的声波水位测量方法。

人工水库中的水位变化范围为几十米。许多河流中的水位变化范围为10米。因此，需要水文观测以便不依赖于水位的变化范围而使水位测量的绝对误差小于±5-10米。根据水位计的安装条件，通常将水位计的原始点设置在高于水面的位置处。在这种情况下，即使水位的变化范围较小，水位测量范围也可较大。例如，在一座桥上，考虑到水位计的维修和操作，将水位计安装在道路或路面上。在这种情况下，水位计原始点距水面的距离一般为10-20米。如果水位变化范围为±5米，那么水位测量范围为10-15米或15-25米。在将水位计安装在水坝上的情况下，水位测量范围一般为40-80米。另外，当试图测量地下水的水位时，即使地下水位不在大的范围内变化，通过参考构成一地下水观测管顶部的原始点也可测量水位，所述地下水观测管紧靠地面。水位测量范围较大的情况会经常发生。

如果水位测量范围较大，则需要对声波水位仪进行改进，以能够准确地测量水位。在以下专利中披露了常用的一些具有相对较高准确度的典型声波水位测量方法和设备：

美国专利No.5,842,374，其公开日为1998年12月1日；

德国专利No.19511234，其公开日为1997年9月11日；

日本专利No.2,756,647，其公开日为1998年3月13日；

韩国专利No.150714，其公开日为1998年6月16日。

这些专利的题目通常为“大范围水位测量方法及设备”。

在图1中描述了一种已公开的传统声波水位测量方法。其中1为声波发生器，2为波导管，5₁，5₂，5₃，……5_n，5_n+1为沿波导管2以恒定间距l设置的声波接收器。声波接收器51的位置为用于测量水位的原始点或零点。从原始点至水面的距离L_x按以下方式测量：当声波发生器1产生声波脉冲时，声波脉冲向水面输送或传播，并在水面上反射且随后被向上输送。在声波脉冲到达原始点时，声波接收器5₁产生一输出信号。同样，随着声波脉冲的前进，最靠近水面的声波接收器5_n产生输出信号并也接收被反射的声波脉冲。因此，利用以这种方式接收的四个信号对水位L_x进行测量。在声波接收器5₁接收到前进脉冲和反射脉冲的时间点之间的时间间隔t₁如以下公式所示： t 1 = 2 Lx C 1 - - - ( 1 ) ]]>

脉冲接收器5₁和5_n分别接收到前进脉冲的时间点之间的时间间隔t₂如以下公式所示： t 2 = L 0 C 2 = ( n - 1 ) l C 2 - - - ( 2 ) ]]>