一种基于等效采样法的泥石流泥水位测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于等效采样法的泥石流泥水位测量系统及方法，包括天线、LCD显示器、按键和电子线路，电子线路包括MPU微处理器、微波模块、信号处理模块、HART调制解调模块和PWM脉冲宽度调制模块，本发明专利技术涉及泥石流泥水位监测技术领域。该基于等效采样法的泥石流泥水位测量系统及方法，可实现通过采用实时采样的方法进行直观采样，该泥石流泥水位测量方法对现场环境与安装要求不高，防止一旦有偏差精度和准确性下降较大的情况发生，即使在雨雾天也不容易受到干扰，从而保证了泥石流监测项目中的正常应用，同时通过采用等效采样法很好地解决了电磁波信号数据采集困难和采集速率低的问题，从而大大方便了人们对泥石流泥水位监测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于等效采样法的泥石流泥水位测量系统及方法
本专利技术涉及泥石流泥水位监测
，具体为一种基于等效采样法的泥石流泥水位测量系统及方法。
技术介绍
在泥石流地质灾害的监测技术方法中，监测泥水位的变化来判断泥石流是否发生及其规模是一种重要有效的手段。以往对泥水位的监测主要有接触式和非接触式两种。接触式法是通过安装于泥石流沟底的传感装置，直接感知泥石流的运动和到来，有断线法和冲击力测量法。断线法是在泥石流沟床内布设一条金属感知线，一旦泥石流运动体冲断了金属感知线，感知线产生断线信号脉冲，该信号通过现场感知终端发送报警信号到预警中心实现报警；冲击力测量法是在泥石流沟床内布设冲击力传感器，一旦泥石流流过，泥石流运动产生的冲击力信号随即被设备捕捉并发回预警中心实现报警。接触式监测方法只能知道泥水位超过了某种值，并不能准确测定实际泥水位值，这对于泥水位的动态监测是不利的。非接触式法主要是超声波测量法，它是在泥石流沟床上方安装超声波传感器，来监测泥石流沟泥水位的变化。超声波法虽然在一定程度上能够动态监测泥水位的变化，但该方法对泥石流沟底工况要求较高，要求传感器正下方为平整状态，一旦不平整会导致超声波回波能量变小，造成泥水位监测值偏差较大，且超声波收雨雾天气影响较大，这对泥水位的测量是不利的，在泥石流监测项目中的应用受到限制。随着电磁波技术的发展，利用电磁波技术进行泥水位监测进入了实用阶段。微功率的微波脉冲从天线发射出来，以光速在空间传播，通过被测物体反射回来并被天线接收，然后通过智能测量仪器进行分析处理。智能测量仪器中，为了提高分辨率，缩短用户等待时间，达到实时测试的效果，常常要求系统具有很高的采样速率。虽然目前市场上可以买到各种商用高速A/D转换器，这些器件理论上可以达到相当高的采样速率，但实际上A/D换器都不是孤立工作的，它需要其它的控制和接口电路。当采样速度很高时，相应的控制和接口电路的速度要求也相当高，这样才能协调工作，但这给实际应用带来了困难，故此在高速和可行性之间选取一个折衷，而等效采样法就是这样一个折衷。实践表明，采用等效采样法在很多情况下能比较好地解决上述问题，电磁波以光速进行传输，从发射端发出，遇到被测物体后返回接收端，电磁波信号从发射到接收，时间间隔只有纳秒级，如此短的时间信号很难被市面上常用的A/D转换器捕捉，本专利技术采用等效采样法能够很好地解决电磁波信号数据采集问题。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于等效采样法的泥石流泥水位测量系统及方法，解决了以往采用超声波传感器进行泥石流泥水位监测的方案对现场环境与安装要求很高，一旦有偏差精度和准确性下降较大，另外在雨雾天也容易受到干扰，在很多泥石流监测项目中的应用受到限制，同时现有的数据采集方法不能很好地解决电磁波信号数据采集困难和采集速率低的问题，同时又能动态监测泥水位变化。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于等效采样法的泥石流泥水位测量系统，包括天线、LCD显示器、按键和电子线路，所述电子线路包括MPU微处理器、微波模块、信号处理模块、HART调制解调模块和PWM脉冲宽度调制模块，所述HART调制解调模块输出4-20mA信号，PWM脉冲宽度调制模块接入24VDC供电电源，所述PWM脉冲宽度调制模块通过微处理器的数字输出对模拟电路进行控制，所述MPU微处理器分别控制信号处理模块和微波模块对信号进行处理，并通过天线向外界发送和接收微波信号，且MPU微处理器将接收到的微波反射信号经过处理后输入给HART调制解调模块进行解调，形成4-20mA信号。优选的，所述LCD显示器用于显示电子线路和MPU微处理器处理的数据图像。优选的，通过所述按键向MPU微处理器内输入控制算法指令。本专利技术还公开了一种基于等效采样法的泥石流泥水位测量的方法，具体包括以下步骤：S1、首先通过PWM脉冲宽度调制模块将处理后的24VDC的外接信号输入MPU微处理器内；S2、然后MPU微处理器分别控制信号处理模块和微波模块对信号进行处理，并通过天线向外界发送微波，微功率的微波脉冲从天线发射出来后，以光速在空间传播；S3、步骤S2通过天线发出的微波脉冲通过被测物体反射回来并被天线接收，接收的微波脉冲利用等效采样法将原本纳秒级的时间间隔准确的记录下来，从而完成对距离的准确测量。优选的，所述步骤S3中脉冲信号发射与接收之间的时间差与天线到被测物体的距离成正比。优选的，所述步骤S2中微波脉冲的发射频率为26GHz，工作时天线端以短脉冲形式发射超短波26GHz信号。优选的，所述步骤S3中脉冲信号被泥水位介质反射并且被天线以回波形式接收。优选的，所述步骤S3中等效采样法具体包括以下步骤：T1、天线接收反射的微波脉冲并将其传输给电子线路；T2、然后MPU微处理器对此信号进行处理，识别出微波脉冲在泥水位介质表面所产生的回波；T3、之后由等效采样软件算法通过拾取回波算出距离，并通过4-20mA电流信号输出，从而计算出泥水位值。(三)有益效果本专利技术提供了一种基于等效采样法的泥石流泥水位测量系统及方法，与现有技术相比具备以下有益效果：该基于等效采样法的泥石流泥水位测量系统及方法，包括天线、LCD显示器、按键和电子线路，电子线路包括MPU微处理器、微波模块、信号处理模块、HART调制解调模块和PWM脉冲宽度调制模块，HART调制解调模块输出4-20mA信号，PWM脉冲宽度调制模块接入24VDC的外接信号，且外接信号分别通过PWM脉冲宽度调制模块处理后输入MPU微处理器内，MPU微处理器分别控制信号处理模块和微波模块对信号进行处理，并通过天线向外界发送和接收微波，可实现通过采用实时采样的方法进行直观采样，当数字化一开始，信号波形的第一个采样点就被采入并数字化，经过一个采样间隔T后再采入第二个样本，如此进行下去直到将整个波形数字化，存入波形存贮器，实时性好，因此适合于任何形式的信号波形，由于所采样点是按时间顺序排列，因而易于实现波形显示的功能，但当采样速度要求很高时，与实现的可行性存在矛盾，因为每个样本点的采样、保持、量化和存储均必须在小于采样间隔T的时间内完成，该泥石流泥水位测量方法对现场环境与安装要求不高，防止一旦有偏差精度和准确性下降较大的情况发生，即使在雨雾天也不容易受到干扰，从而保证了泥石流监测项目中的正常应用，同时通过采用等效采样法很好地解决了电磁波信号数据采集困难和采集速率低的问题，从而大大方便了人们对泥石流泥水位监测。附图说明图1为本专利技术泥石流泥水位测量系统的系统框图；图2为本专利技术随机等效采样法的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于等效采样法的泥石流泥水位测量系统，其特征在于：包括天线、LCD显示器、按键和电子线路，所述电子线路包括MPU微处理器、微波模块、信号处理模块、HART调制解调模块和PWM脉冲宽度调制模块，所述HART调制解调模块输出4-20mA信号，PWM脉冲宽度调制模块接入24VDC供电电源，所述PWM脉冲宽度调制模块通过微处理器的数字输出对模拟电路进行控制，所述MPU微处理器分别控制信号处理模块和微波模块对信号进行处理，并通过天线向外界发送和接收微波信号，且MPU微处理器将接收到的微波反射信号经过处理后输入给HART调制解调模块进行解调，形成4-20mA信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于等效采样法的泥石流泥水位测量系统，其特征在于：包括天线、LCD显示器、按键和电子线路，所述电子线路包括MPU微处理器、微波模块、信号处理模块、HART调制解调模块和PWM脉冲宽度调制模块，所述HART调制解调模块输出4-20mA信号，PWM脉冲宽度调制模块接入24VDC供电电源，所述PWM脉冲宽度调制模块通过微处理器的数字输出对模拟电路进行控制，所述MPU微处理器分别控制信号处理模块和微波模块对信号进行处理，并通过天线向外界发送和接收微波信号，且MPU微处理器将接收到的微波反射信号经过处理后输入给HART调制解调模块进行解调，形成4-20mA信号。


2.根据权利要求1所述的一种基于等效采样法的泥石流泥水位监测系统，其特征在于：所述LCD显示器用于显示电子线路和MPU微处理器处理的数据图像。


3.根据权利要求1所述的一种基于等效采样法的泥石流泥水位测量系统，其特征在于：通过所述按键向MPU微处理器内输入控制算法指令。


4.一种根据权利要求1-3任意一项所述的基于等效采样法的泥石流泥水位测量系统的泥石流泥水位监测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、首先通过PWM脉冲宽度调制模块将处理后的24VDC的外接信号输入MPU微处理器内；
S2、然后MPU微处理器分别控制信号处理模块和微波模块对信号进行处...

【专利技术属性】
技术研发人员：董翰川，庞丽丽，郭伟，吴悦，杨凯，王晨辉，
申请(专利权)人：中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，
类型：发明
国别省市：天津;12