[发明专利]手持式智能化地下水位激光测量装置

说明书

技术领域

 本发明属地下水位激光测量装置技术领域，特别是一种用于水利、国土、地矿、环保、市政、地震等部门在观测井、抽水井水位量测的手持式智能化地下水位激光测量装置。

背景技术

水位测量中按测量方式可分为浮子式、超声波式、激光式、压力式及感应式等多种形式。超声波液位计和激光液位计测量精度高，可靠性好，属于光波测量技术范畴。超声波水位仪由于波的自身原因，对于几十米到几百米的距离时误差较大，因而其测量范围较小。激光式水位计分为相位法、差频相位法、脉冲法；所谓相位法测距是将一调制信号对发射光波的光强进行调制，采用测定调制光波往返于被测距离的相位差，间接求得待测距离。差频相位法是用本振信号与调制信号相混频得到差频低频信号后，再对差频信号进行相位检测，它比相位法精度有所提高。这种差频相位法要求在被测距离两端有能够主动配合的目标。脉冲式激光水位测量仪是通过测量激光从发射到返回之间的时间来计算距离的。目前激光测距多采用相位法，该方法对反射目标有一定要求，即必须要求有反射镜或其它反射装置，工艺复杂，这种激光液位测量一般采用相位法。精密的短程光电测距系统基本上都是采用差频相位法测距。

发明内容

本发明是这样认为的，水是一种比较复杂的介质，激光照射到水面后，总有一部分（据有关资料介绍，纯水中反射率为2.2%，地下水反射率更高些）形成反射，这样就能被测距装置接收，测距装置同时记录激光往返的时间。光速和往返时间的乘积的一半，就是测距装置和被测量物体之间的距离；脉冲式激光水位测量，因为光速太快，约为3×10⁸m/s，要想使分辨率达到1mm即0.001m，则传输时间测量电路必须能分辨出以下极短的时间：0.001m/(3×10⁸m/s)=3ps,如要分辨出3ps的时间，电路实现起来造价太过高昂。采用激光回波分析，利用平均法则统计学算法可以简单实现毫米级的分辨率，最远检测距离可达200m，并且能保证响应速度。微弱光电信号的过滤、采集、转换与放大，在现阶段通过低温漂放大器可以得到实现，放大倍数满足要求。高可靠性、高精度、长距离、多功能，低功耗，一直是衡量测距仪性能的重要指标；针对上述，本发明旨在提供一种能够快捷、高效、便利的地下水位测量装置。本发明采用激光回波分析，利用平均法则这一统计学算法，实现毫米级的分辨率，最远检测深度可达200m，并且能保证响应速度。ARM单片机使本发明的功能、精度和质量大幅度提升，且电路简单，故障率低，可靠性高。

本发明方案是这样的，该手持式智能化地下水位激光测量装置由ARM单片机控制，包括有激光发射与接收、信号处理、成果输出三个单元组成。由激光发射器、激光信号控制器、激光信号接收器组成激光发射与接收单元；由信号过滤器、信号放大器、运算器及GPS定位模块构成信号处理单元；由储存及显示器、成果发射器（短信发射模块、蓝牙）构成成果输出单元，通过发射器或接口与计算机连接。所述激光发射器和激光信号控制器将激光脉冲发出后，经观测井水面反射后，反射部分的激光返回到激光信号接收器，进入信号处理单元。信号接收器将激光信号转换为相应的电信号后，传输到信号过滤器，采用仪表放大技术利用ARM单片机实现基于数字相关的算法，改善信噪比，有效恢复淹没于强背景噪声中的微弱信号，极其微弱的激光反射信号经过滤转换器处理后，电信号经过信号放大器，所述仪表放大技术，可以进行微弱光电信号的检测与采集，具有尺寸小、低功耗、低温漂、高抗干扰、强信噪比、大倍数运放的特点。主要是去除共模干扰，放大有用信号，完成从水面反射回来的弱信号的检拾，达到ARM单片机的电平要求。之后电信号进入数据运算器进行运算以及GPS定位。运算后的成果通过数据传输线导入成果输出单元。运算成果包括测量时间、经纬度海拔高度、水位等，分三种方式输出成果。即时在本机储存、显示；通过由短信发射模块和蓝牙组成的成果发射器，分别通过短信发射模块、蓝牙同步传输到远程管理手机、PC端，完成了水位测量。

本发明的精度高、成本低、携带方便、稳定性好，应用前景广阔。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明的面板结构示意图；

图3是本发明的内部结构示意图。