本文研究開發(fā)的一種基于便攜式防卡手自一體水位測試儀，是一種通過大容量鋰電池供電，智能觸摸屏便捷操作，可實現(xiàn)對需測量水井水位的的全自動測量，測量過程操作簡便、測量結果精度較高，能實現(xiàn)全自動快速收、放測線，記錄存儲測量結果等功能，儀器的外形小巧，攜帶方便，操作簡單、高效快速，這種便攜式、手自一體和防卡設計的水位測試儀在國內(nèi)外尚屬空白。

　　推薦期刊：《水利水電技術》是水利部主管的水利水電行業(yè)的綜合性技術刊物,對國內(nèi)外公開發(fā)行。她以介紹我國水利水電工程的勘測設計施工運行管理和科學研究等方面的技術經(jīng)驗為主,同時也報道國外的各項先進技術。目前,本刊發(fā)行遍及全國各地,并有國外訂戶。

　　關鍵詞：便攜式儀器;水位測試儀;防卡;手自一體;智能控制

　　電線的鉛錘手動、緩慢、勻速的放入水井中，當鉛錘到達水面時，電線末端萬用表被連通，指針擺動提示已到達水面，通過電線上標記的刻度來計量水井中地下水水位，最后手動將電線和鉛錘收回，該裝置在野外現(xiàn)場測量水位需人工手動操作，費時、費力、測量精度差和鉛錘有可能被卡住，損失鉛錘和測線的風險;便攜式防卡手自一體水位測試儀可在野外便攜測量，操作簡便，且有記錄存儲功能，并有防卡設計，大大的降低錘頭被卡住的幾率。近年來，國內(nèi)外各種高精的測量儀器設備大量涌現(xiàn)[19]，但是水位儀一直使用這種傳統(tǒng)的的測量裝置，廣大的地質(zhì)工作者和相關的工程技術人員迫切需要一種便攜的儀器來替代這種落后的測量裝置，因此研究和開發(fā)新的便攜式防卡手自一體水位測試儀是必然的發(fā)展趨勢。

　　1測量方法和原理

　　現(xiàn)有的水位測量裝置有這樣兩種，傳統(tǒng)手動水位測量裝置和井下投入式水文記錄儀，這兩種產(chǎn)品各有優(yōu)點。

　　(1)傳統(tǒng)手動水位測量裝置，由萬用表、電線、線軸和鉛錘組成，成本低廉。

　　(2)井下投入式水文記錄儀[1014]，測量過程中，將水文記錄儀投入井中，可對該水井的地下水水位等物理指標進行長達數(shù)月的觀測，最后再由電腦讀取數(shù)據(jù)。

　　但這兩種產(chǎn)品均有不足之處。傳統(tǒng)的水位測量裝置需操作人員全過程手動操作，且測量人為干擾因素較多，而投入式水文記錄儀，雖能實現(xiàn)記錄存儲功能，測量精度也較高，但是只適合定點長期觀測，因此這些均難以滿足野外地質(zhì)勘察工作者要求的快速、便攜操作和對地下水環(huán)境監(jiān)測測量精度要求日益增高的需要。

　　此外還有超聲波水位測量儀[15]，基于接受聲波反射信號，來測量水位，故只適合與河道、海面寬大平面測量。

　　電子數(shù)控技術在多個領域得到應用和發(fā)展，本文充分利用了當今先進的電子數(shù)控技術結合水文地質(zhì)工作者的要求開發(fā)了便攜式防卡手自一體數(shù)位測試儀，并編寫了測試儀的控制軟件，測試全過程智能電子操作，測量精度高，測量過程便捷、快速。

　　2儀器的結構和特點

　　本文研制的防卡水位測試儀分為兩部分：一部分為供電部分，使用大容量直流電池供電;另一部分為測量部分，由智能觸摸屏、可編程控制器、直流電機、編碼器、測線、線軸、防卡式線錘及整機機械結構組成。體系結構見圖1，儀器機構示意圖見圖2，電氣原理圖見圖3。

　　與現(xiàn)有的水位測量裝置相比，本文研制的防卡水位測試儀結構的重要特點如下。

　　(1)為了克服現(xiàn)有水位測試裝置存在的不足，本發(fā)明提供的便攜式防卡手自一體水位測試儀，不僅能夠有效的解決在水井中被卡住的情況，還能實現(xiàn)全過程手自一體的全自動操作，智能觸摸屏能及時顯示測量數(shù)據(jù)并記錄數(shù)據(jù)，而且本裝置由大容量鋰電池供電，可實現(xiàn)野外便攜式操作。

　　(2)本發(fā)明通過智能觸摸屏、可編程控制器、直流電機來控制線軸自動放線、收線，到達水面時通過編碼器自動計數(shù)，精度可達毫米級。(3)與現(xiàn)有的水位測量裝置相比，本發(fā)明有益效果是本裝置提供的防卡設計，減少了用戶的材料損耗，手自一體化操作設計提高了使用者的可操作性，智能觸摸屏和編碼器電腦計數(shù)提高了測量精度。3內(nèi)部設計及工作原理便攜式防卡手自一體水位測試儀工作流程簡述如下：將儀器放置在需要測量的水井口附近，操作過程通過在觸摸屏上操作完成，觸摸屏界面分為兩部分，一部分為自動操作部分，另一部分為手動操作部分。自動操作如下：在水井附近將儀器放置好，并將線錘和測線放在水井口，首先在觸摸屏上設置零點，并在自動操作界面上，點擊自動放線，儀器開始工作，系統(tǒng)同時開始計數(shù)。當線錘到達水面時，系統(tǒng)接受信號同時輸出指令，自動停止放線。系統(tǒng)停止計數(shù)并保存數(shù)據(jù)，30 s后，儀器自動收線到達設置零點，完成水位測量工作。在一些不確定的水井中測量地下水水位時，也可以使用手動操作，同樣，將儀器在水井邊放置好，設置零點，在觸摸屏手動操作界面上，點擊手動放線，儀器開始工作，系統(tǒng)同時開始計數(shù)。當?shù)竭_水面時，系統(tǒng)會出現(xiàn)提示界面，可選擇繼續(xù)放線或停止，當?shù)竭_用戶需要的水位時，系統(tǒng)停止計數(shù)并保存，用戶可點擊手動收線或自動收線，當?shù)竭_零點時，系統(tǒng)自動停止。電線末端采用熱塑管，將鐵粉封閉在管中，管壁表面光滑且直徑較細，可實現(xiàn)在井下防卡，方便操作并減少用戶成本。便攜式防卡手自一體水位測試的所用組件均由大容量鋰電池供電，以實現(xiàn)野外便攜式水位測量。4測試儀的軟件設計便攜式防卡手自一體水位測試儀軟件編制遵循以下設計原則。(1)觸摸屏界面簡潔直觀，操作步驟簡單，能夠適應各種層次的非計算機專業(yè)人員操作。 (2)為保證軟件的維護和未來程序升級的方便，并適合嵌入式計算單元的架構，采用具有良好開放性和可裁剪性的軟件開發(fā)平臺進行軟件開發(fā)。基于以上原則，便攜式防卡手自一體水位測試儀軟件運行環(huán)境采用Windows XP/Windows 7;人機開發(fā)平臺采用中文工控組態(tài)軟件MCGS 720平臺進行二次開發(fā)，操作過程編寫，首先定義長度，先用米尺量取標準長度1 m，操作觸摸屏指示編碼器定義標準長度1 m，多次測量后可重復定義標準長度，來減小測量誤差;觸摸屏操作界面有手動、自動兩種操作模式，可根據(jù)實際情況具體操作，測量結果自動存儲，并且可對測量地點進行編號、地點等編輯，減少下一步辦公室數(shù)據(jù)錄入的工作量;為了適應便攜式操作，采用了觸摸式顯示屏，操作過程直觀、簡便。軟件界面交互設計見圖4- 圖6。

　　5結語

　　本文提出了一種體積小，重量輕、功耗低的便攜式防卡手自一體水位測試儀，本測試儀在測量地下水水位時可實現(xiàn)全過程全自動操作，操作簡便，操作界面友好，并且發(fā)明了防卡線錘的設計可以做到有效防止卡在井下，提高了用戶的工作效率和降低了用戶的成本。因此在水文地質(zhì)、工程地質(zhì)野外進行水位測量和抽水試驗等領域有著廣泛的應用前景。