电动缆道无线信号系统原理

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摘 要：电动缆道是水文测验的常用设施，但传统缆道的信号传输系统影响因素太多，常常导致信号中断，影响缆道的正常使用，极大制约了电动缆道的发展。为此，迫切需要一种高效、稳定的信号传输装置，使电动缆道能在水文测验中发挥更大的作用。

关键词：缆道；信号；发射机；原理

中图分类号：O45 文献标识码：A

1 电动缆道测流原理

电动缆道是常用的流量测验设施，在测验断面架设过河主索道，悬挂铅鱼，把流速仪固定在铅鱼上，在水平循环钢索及垂直钢索的作用下，使铅鱼在水平及垂直方向运动，从而实现流速仪在断面的各个点实施测速。测速信号传输路径是：流速仪的接线柱--拉偏索--小行车滑轮--信号线--音响器--另一根信号线--电动绞车外壳--垂直起重索卷轴--起重索--流速仪上的另一个接线柱，从而构成闭合回路。当流速仪开关接通时，音响器（或电铃）就会发出响声，完成对流速信号的测量。

2 电动缆道测流量存在的问题

一次完整的流量测验，不只是单单测量流速，还要测量出河道断面不同位置的水深，从而计算出过水断面面积，再配合在不同点测得的流速再算出断面平均流速，最后乘以断面面积得到流量，这才是测流的真正目的。

要完成以上目的，就需要缆道设备能够测量水深。铅鱼入水和到达河底时都要有信号发出，在两个信号期间钢丝下放的长度就是水深。但是在缆道设备中，通过拉偏索及起重索传递信号，只有一个回路，也就是说只能传递三个直流开关信号（水面信号、河底信号、流速仪信号）中的一种信号。利用上述设备同时传递三种信号，几乎是不可能的。一直到目前，大部分缆道都只传输流速信号，并且只测量水面流速，通过水面流速粗略地计算出流量，这样产生的误差很大。另外还存在一个很严重的问题，就是传递信号的路径必须要经过拉偏索上端的小行车滑轮，通过滑轮与副索形成电流通路，但滑轮是滚动的，常因滑轮及副索生锈而使信号中断，不能使用。这就是当前水文缆道存在的致命弱点，也极大地制约了水文缆道的发展。

3 电动缆道测流存在问题的解决办法

通过我们潜心研究，终于找到了一个切实可行的办法。就是设计一块电路板，该电路在水面开关、流速仪开关、河底开关接通时分别产生三种不同频率的交流信号，将其混合后经高频载波调制产生无线电信号，最后经天线（与起重索连接）将信号发射出去。在岸上控制室内的无线电接收机接收到信号后，通过高频解调，然后经选频电路即可将他们分离出来。成功地解决了以往水文缆道测流存在的难题。整个电路板及直流9V电源安装一个密封信号筒内。经过使用，证明性能稳定可靠，便于推广应用。

3.1 信号发生器在缆道中的连接方法及信号路径

在铅鱼的尾翼上安装一块绝缘板，上面安装将信号发生器。

水面开关结构是在一个绝缘板上安两个接线柱，一个与信号发生器相连，另一个通过铅鱼外壳（公共地线）与发生器地线相连。当两个接线柱接触到水面时，通过水体导通，产生水面直流信号。

流速仪信号传输途径为：利用仪器本身的两个接线柱，一个连接发生器，另一端连接公共地线。

河底开关的结构是由铅鱼底部的河底托板、支架、磁钢、干簧管组成。当铅鱼到达河底时，托板上抬使支架上的磁钢靠近干簧管，干簧管在磁性作用下接通，产生河底直流信号。

信号发生器共有5条输出线。1是交流信号输出线（与绝缘子上边的起重索相连），2是水面信号（与水面接线板上的一个接线柱相连），3是流速仪信号线（与流速仪的一个接线柱相连），4是河底开关信号线（与河底开关的一个端子相连），5是公共地线，公共地线分别同水面信号接线柱、流速仪开关、河底开关的另一端相连，并直接与铅鱼体接通。

输出信号的路径：从信号发生器输出的信号经信号输出线―绝缘子上边的起重索―缆道绞车垂直卷轴―绞车外壳―信号接收机（内电路）―信号接收机地线―大地―水体―铅鱼体―回到信号发生器，构成闭合回路。接收机即可解调出水面、河底及流速仪信号。

3.2 信号发生器电路原理

3.2.1 电路原理

当水面触点入水后，通过水体与地线相通，并通过电子开关打开整机电源，并使水面信号振荡电路发出一个短暂的信号。

流速仪开关接通时，通过电路产生流速信号。到达河底时，河底开关接通，产生河底信号。三路信号经后级放大后由信号输出线输出。

3.2.2 电路工作原理

在图1中，D1、R1-R6、V1-V3组成电源电子开关。在信号发生器没有入水时，由于V3截止，整机断电。当水面开关的两个接线柱接触水面时，因为水体导电，通过D1、R1、R3使V1基极的电位下降― V1导通―V1集电极电位上升―经R5使V2导通―V2集电极电位下降―经R6使V3基极电位下降―V3导通―+9V电源顺利通过V3对后面的所有电路供电，整机电路开始工作。

上述电子开关打开后，一路给后级功率放大电路（V5-V7）供电，另一路经N5稳压输出+5V电压。+5V电压一路对运算放大器N1、振荡信号发生器N3、电子门电路N4、延时电路N2供电，另一路经C3、R7去触发单稳态电路（N2B、N2C、C4、R8），产生水面延时触发脉冲信号。

在电路中水面信号振荡器由N3E、N3F、R14-R16、C6组成，产生频率为2500Hz的音频信号。河底信号振荡器由N3A、N3B、R17-R19、C7组成，产生频率为3500Hz的音频信号。流速仪信号振荡器由N3C、N3D、R20-R22、C8组成，产生频率为3000Hz的音频信号。N4A、N4B、N4C、N4D门电路用来作电子开关使用，当它们打开后，三个振荡器的输出信号分别经D14、D15、D16输出，送往后级放大。

当水面触点入水后，整机加电，单稳电路（N2C、N2B、C4、R8）将输出一个短暂的延时脉冲电压信号。这个信号分成两路，一路打开电子门N4D，使水面振荡器产生的信号通过N4D及D14送往后级放大。另一路经电子门N2A关闭门N4C，使其在水面信号出现期间，关闭流速仪信号，以消除入水时碰巧流速仪开关也接通而对水面信号产生的干扰。以上三种信号分别经D14、D15、D16输出，再经R23送入V5基极进行推动放大―V5集电极的输出信号再经过V6、V7组成的推挽功率放大―通过C11经信号输出线输出。从而实现信号的传输。

经过实验和使用，证明该发射机性能稳定可靠，易于广泛应用。

参考文献

[1]赵新华.一种无线型水文缆道测流监控仪.2012.

[2]仇安琪.无线缆道中的水阻特性和特殊故障排除[J].水利水文自动化，1989.