专利名称：一种水位仪高程标定装置及标定方法
技术领域：
本发明涉及一种实体模型实验中水位仪的高程标定装置及标定方法。
背景技术：
水位、流速、流量是确定水流特性的主要参数，在水利工程、港口工程等研究领域， 水位是不可获取的参数。实验室进行实体模型实验时，常用的水位测量仪器有水位测针、自动跟踪式水位仪，由于自动跟踪水位仪可连续获取实时水位，具有自动化程度，随机误差小等优点，越来越广泛应用于各类实体模型实验。每台自动跟踪水位仪测量的数据都是相对于该仪器仪器零点的读数，该数据无实际意义，必须统一零点将所有水位读数转换成实际的水位值，该过程称之为高程标定，以建立起每台自动跟踪水位仪读数与实际水位间的关系，这样所有的水位仪读数才具有统一的参考标准。目前大多数采用水准仪进行水位仪高程标定，其方法是选取同一基准点(人为赋予该基准点一个水位值)，通过水准仪建立水位读数基准面、水准仪读数、水位测针读数 (或水位计读数)间的关系，实现水位仪读数与实际水位的转换。对于实体模型实验，一个实体模型往往具有数十个(甚至上百个)水位测量点，需要数十台自动跟踪水位仪，如采用水准仪进行高程标定，即费事费力，每台水位仪都需要进行独立的高程标定，又会导致模型实验相对误差增大，对于每台水位仪的高程标定都会存在人工读数产生的随机误差，进行不同水位仪高程标定时就会产生不同的随机误差，水位仪间的高程标定结果无相关关系， 增大系统的相对误差，最终将对实体模型整体实验精度产生影响。
发明内容
本发明提供了一种水位仪高程标定装置及标定方法，有效解决了上述水位仪高程标定方法产生的随机误差，简化了操作程序，提高了实验的自动化程度。本发明采用和如下技术方案本发明所述的一种水位仪高程标定装置，包括一台主水位仪，多台副水位仪；主水位仪与多台副水位仪的顶端各布置旋转基座，主水位仪的旋转基座上布置半导体激光器，副水位仪的旋转基座上布置线阵(XD。本发明所述水位仪高程标定装置的标定方法，方法如下1)、根据实验需要布置一台主水位仪与多台副水位仪，将旋转基座水平安装于水位仪顶部平台；2)、将半导体激光器安装在主水位仪旋转基座上，同时将线阵CCD模块安装在副水位仪旋转基座上，激光束沿水平方向直线传播，同时调节主水位仪和副水位仪的旋转基座角度，使线阵CCD模块接收到激光；3)、线阵CCD模块直接获取激光束中心点的坐标，对于主水位仪和副水位仪，激光束中心点位于同一水平面，通过该平面可建立起副水位仪仪器零点和主水位仪仪器零点间的转换关系，从而利用主水位仪的高程标定关系获得副水位仪的高程标定关系。副水位仪与主水位仪仪器零点转换关系如下D2^1 = D2+h2+hc2"hrhclD2^1表示副水位仪读数D2相对于主水位仪仪器零点的数据，h2为副水位仪的仪器零点至旋转基座的高程，h。2为激光束中心点在线阵CCD上的坐标，Ii1为旋转基座顶平面至主水位仪仪器零点的高程，hcl为半导体激光器激光束中心点相对于旋转基座顶平面的高程。其中h” h。” C2为仪器基本参数，完成仪器组装后即确定，hc2由线阵CCD模块计算获得。有益效果本发明提供的水位仪高程标定装置及标定方法，主要针对自动跟踪水位仪，简化标定过程，实现自动化高程标定，有效提高水位测量精度。采用主水位仪和副水位仪布置形式，通过主水位仪顶部激光器发出的激光，建立起副水位仪仪器零点与主水位仪仪器零点间的关系，再通过主水位仪的读数与实际水位间的关系，以获取所有水位仪读数与实际水位间关系，提高测量精度，减少对每台水位仪进行水准仪标定所带来的随机误差。
图1是本发明的结构示意图；图中1是主水位仪，2是副水位仪，3是旋转基座，4是半导体激光器，5是线阵CCD 模块。具体是实施方式下面结合附图对本发明进一步详细说明如图1所示一种水位仪高程标定装置，包括一台主水位仪1，多台副水位仪2。主水位仪1与多台副水位仪2的顶端各布置旋转基座3，主水位仪1的旋转基座3 上安装半导体激光器4，副水位仪2的旋转基座3上安装线阵CCD5模块。水位仪高程标定装置的标定方法，方法如下1)、根据实验需要布置1台主水位仪1与多台副水位仪2，将旋转基座3水平安装于水位仪顶部平台；2)、将半导体激光器4安装在主水位仪旋转基座上，同时将线阵CCD5模块安装在副水位仪旋转基座上，激光束沿水平方向直线传播，同时调节主水位仪和副水位仪的旋转基座角度，使线阵CCD5模块接收到激光；3)、线阵CCD5模块直接获取激光束中心点的坐标，对于主水位仪1和副水位仪2， 激光束中心点位于同一水平面，通过该平面可建立起副水位仪2仪器零点6和主水位仪1 仪器零点间6的转换关系，从而利用主水位仪(1)的高程标定关系获得副水位仪2的高程标定关系。副水位仪2与主水位仪(1)仪器零点转换关系如下Dh = D2+h2+hc2-hrhclD2^1表示副水位仪2读数D2相对于主水位仪1仪器零点6的数据，h2为副水位仪 2的仪器零点6至旋转基座3的高程，hc2为激光束中心点在线阵(XD5上的坐标，Ii1为旋转基座3顶平面至主水位仪1仪器零点6的高程，Iica为半导体激光器激光束中心点相对于旋转基座3顶平面的高程。其中I^hcaI2为仪器基本参数，完成仪器组装后即确定，h。2由线阵CCD5模块计算获得。
则副水位仪2测针读数相对于主水位仪仪器零点的值为Dh = D2+h2+hc2-hrhcl所有副水位仪2都采用上式与主水位仪1进行零点转换。4)采利用水准仪对主水位仪1的测针读数与原型水位间的关系进行标定。实体模型垂直比尺为Lh，模型基准点水位为Hjtl，此点水准仪读数为Pjtl，任意选取水位读数基准面，其高程为Ptl,此时主水位仪1读数为Dtl，则该读数基准面的水位Htl为H0 = (P0-Pj0) XLh+HJ0则主水位仪1读数为D1时水位H1为H1 = (D1-D0) XLh+H0= (D1-D0) X Lh+ (P0-Pj0) X Lh+HJ05)利用第3步建立的副水位仪2与主水位仪1零点转换关系，将所有副水位仪2 读数转换至主水位仪1零点情况下的读数，再利用第4步建立主水位仪1读数与实际水位间的关系，获取所有副水位2仪读数为D2时的实际水位为H2 = (Dh-Dci) X Lh+ (P0-Pj0) X Lh+HJ0= (D2+h2+hc2-hrhcl-D0) X Lh+(P0-Pj0) XLh+HJ0。
权利要求
1.一种水位仪高程标定装置，包括一台主水位仪(1)，多台副水位仪O)；其特征在于 主水位仪(1)与多台副水位仪O)的顶端各布置旋转基座(3)，主水位仪(1)的旋转基座 (3)上安装半导体激光器G)，副水位仪(1)的旋转基座(3)上安装线阵CCD(5)模块。
2.利用权利要求1所述装置进行水位仪高程标定的方法，其特征在于1)、根据实验需要布置1台主水位仪(1)与多台副水位仪O)，将旋转基座(3)水平安装于水位仪顶部平台；2)、将半导体激光器(4)安装在主水位仪旋转基座上，同时将线阵CCD(5)模块安装在副水位仪旋转基座上，激光束沿水平方向直线传播，同时调节主水位仪和副水位仪的旋转基座角度，使线阵CCD 模块接收到激光；3)、线阵CCD 模块直接获取激光束中心点的坐标，对于主水位仪(1)和副水位仪 O)，激光束中心点位于同一水平面，通过该平面可建立起副水位仪( 仪器零点(6)和主水位仪(1)仪器零点间(6)的转换关系，从而利用主水位仪(1)的高程标定关系获得副水位仪O)的高程标定关系。副水位仪O)与主水位仪(1)仪器零点转换关系如下D2-I = D2+h2+hc2-hi-hclDp1表示副水位仪(2)读数D2相对于主水位仪⑴仪器零点(6)的数据，Ii2为副水位仪⑵的仪器零点(6)至旋转基座(3)的高程，、为激光束中心点在线阵CCD (5)上的坐标，h为旋转基座( 顶平面至主水位仪(1)仪器零点(6)的高程，hcl为半导体激光器激光束中心点相对于旋转基座C3)顶平面的高程。其中I^hcaI2为仪器基本参数，完成仪器组装后即确定，h。2由线阵CXD(5)模块计算获得。
全文摘要
本发明涉及一种实体模型实验中水位仪的高程标定装置及标定方法。包括一台主水位仪，顶端各布置旋转基座，主水位仪的旋转基座上安装半导体激光器，副水位仪的旋转基座上安装线阵CCD模块。发明提供的水位仪高程标定装置及标定方法，主要针对自动跟踪水位仪，简化标定过程，实现自动化高程标定，有效提高水位测量精度。采用主水位仪和副水位仪布置形式，通过主水位仪顶部激光器发出的激光，建立起副水位仪仪器零点与主水位仪仪器零点间的关系，再通过主水位仪的读数与实际水位间的关系，以获取所有水位仪读数与实际水位间关系，提高测量精度，减少对每台水位仪进行水准仪标定所带来的随机误差。
文档编号G01F25/00GK102445256SQ20111028316
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者丁赟, 唐洪武, 闫静, 陈珺, 陈红 申请人:河海大学