طريقة قياس مستوى الماء باستخدام مقياس مستوى الماء بالموجات فوق الصوتية وتطبيقاته في مراقبة مستوى الماء

كان القياس اليدوي في الموقع هو الطريقة الأكثر شيوعًا لرصد مستوى مياه النهر قبل ظهور عدادات التدفق فوق الصوتية مع ذلك، ومع تطور التكنولوجيا، أصبحت عيوب هذه الطريقة البسيطة والبدائية أكثر وضوحًا. فنسبة الخطأ في القياس كبيرة نسبيًا، وتتأثر سلبًا بسوء الأحوال الجوية، وتتطلب جهدًا يدويًا كبيرًا لمراقبة بيانات ميدانية متعددة يوميًا، فضلًا عن ارتفاع مخاطر القياس على ضفاف الأنهار التي يصل عمقها إلى 5 أمتار. ولكن مع ظهور مقياس مستوى المياه بالموجات فوق الصوتية، وسهولة استخدامه، ودقة قياسه، وقدرته على العمل في مختلف ظروف العمل المعقدة والبيئات الخارجية، حلّ تدريجيًا محل طريقة الكشف اليدوي وأصبح الطريقة الرئيسية لمراقبة مستوى المياه. فما هي طرق قياس مستوى المياه باستخدام مقياس مستوى المياه بالموجات فوق الصوتية؟ وكيف يُستخدم في مراقبة مستوى المياه ؟

أولاً: طرق القياس الشائعة لأجهزة الاستشعار فوق الصوتية

تُتيح أجهزة الاستشعار فوق الصوتية مراقبة مستوى السائل من خلال قياس الوقت اللازم للإرسال والاستقبال، وتحويل مستوى السائل أو المسافة، وهي تُستخدم على نطاق واسع في مجال قياس مستوى السوائل نظرًا لبساطتها واستقرارها وموثوقيتها. وتشمل الطرق الأكثر شيوعًا لقياس مستوى السائل باستخدام الموجات فوق الصوتية حاليًا: طريقة الرنين، وطريقة فرق التردد، وطريقة توهين الموجات فوق الصوتية، وطريقة صدى نبضات الموجات فوق الصوتية، وغيرها.

1- طريقة الرنين

تعتمد طريقة الرنين على مبدأ ضبط تردد الموجات فوق الصوتية لإنشاء حالة رنين موجة مستقرة بين المجس وسطح السائل. وبما أن المسافة بين المجس وسطح السائل تتناسب طرديًا مع طول موجة الموجات فوق الصوتية في الوسط، فعند معرفة سرعة الموجات فوق الصوتية، يمكن حساب طول الموجة من تردد الرنين، ومن ثم تحويله من المجس إلى المسافة من سطح السائل.

2- طريقة فرق التردد

تعتمد طريقة فرق التردد على إرسال الموجات فوق الصوتية عبر مسبار الموجات فوق الصوتية بتقنية تعديل التردد، حيث يعتمد تردد الموجات فوق الصوتية على مسافة الانتشار، ويمكن الاعتماد على فرق التردد بين الإشارة المستقبلة والإشارة المرسلة للحصول على الوقت من الإرسال إلى الاستقبال.

3- طريقة التوهين بالموجات فوق الصوتية

تعتمد طريقة قياس التوهين فوق الصوتي، كما تُسمى، على مبدأ أن توهين الموجات فوق الصوتية في وسط القياس يتغير بتغير المسافة، ومستوى بيع أجهزة استشعار مستوى الصوت بالموجات فوق الصوتية بالجملة يقيس المستوى وفقًا لتغير التوهين بين الإشارة المستقبلة والإشارة المرسلة.

4- طريقة الصدى النبضي بالموجات فوق الصوتية

تعتمد طريقة صدى النبضات فوق الصوتية على مبدأ إرسال مسبار فوق صوتي نبضات فوق صوتية لقياس مستوى السائل. عند اصطدام الموجة فوق الصوتية بعائق، تنعكس عائدةً. وبناءً على الموجة فوق الصوتية في البيئة المحيطة، يسجل المتحكم الدقيق زمن إرسال الموجة وزمن استقبال الموجة العائدة. وباستخدام الصيغة S = C × t / 2 (حيث S هي مسافة القياس، وC هي سرعة انتشار الموجة فوق الصوتية، وt هو زمن الصدى)، يمكن قياس ارتفاع مستوى السائل.

من خلال المقارنة السابقة بين طرق القياس بالموجات فوق الصوتية، يتضح أن طريقة فرق التردد تتطلب مُعدِّل تردد لتوليد تردد التعديل، بينما تعتمد طريقة التوهين على قياس توهين الموجات فوق الصوتية، أما طريقة الرنين فتعتمد على قياس مستوى السائل وفقًا لشروط محددة، وتتطلب وجود موجة مستقرة على سطح السائل، وهي طريقة قياس تلامسية. في المقابل، لا تتطلب طريقة صدى النبضات فوق الصوتية وجود موجات مستقرة على سطح السائل، ويمكنها إجراء قياسات دون تلامس. لذلك، تُعد طريقة صدى النبضات فوق الصوتية الأنسب من بين طرق القياس المتاحة.

ثانيًا، جهاز قياس مستوى الماء بالموجات فوق الصوتية من سلسلة kaidiSL في تطبيق مراقبة مستوى الماء

يستخدم مقياس مستوى الموجات فوق الصوتية من سلسلة kaidiSL طريقة صدى نبضات الموجات فوق الصوتية لتحقيق قياس المستوى، وتحديدًا يقوم محول الطاقة (المسبار) الخاص بمقياس مستوى الموجات فوق الصوتية بإصدار نبضة فوق صوتية عالية التردد، وعندما تصطدم الموجات الصوتية بسطح المستوى المراد قياسه، فإنها تنعكس مرة أخرى، ويتم استقبال جزء من الصدى المنعكس بواسطة محول الطاقة (المسبار) وتحويله إلى إشارة كهربائية، ويمكن للمستخدم معرفة مستوى الماء بناءً على الإشارة المنعكسة في الوقت الفعلي تقريبًا.

عند اختيار جهاز قياس مستوى الماء، نوصي بجهاز إرسال مستوى الماء بالموجات فوق الصوتية من سلسلة kaidiSL، الذي يعتمد على تقنية التحكم ببرنامج المعالج الدقيق وتقنية معالجة الإشارات الذكية لقياس دقيق وفعال. يتميز الجهاز بمستوى عالٍ من مقاومة الانفجار (Ex d IIC T6 Gb) ومسبار مصنوع من مادة PVDF، مما يجعله مناسبًا جدًا للاستخدام في السوائل المسببة للتآكل وظروف العمل القاسية، بالإضافة إلى البيئات الخارجية الصاخبة والمعرضة للتداخلات القوية.

بالإضافة إلى ذلك، يحتوي مقياس مستوى الموجات فوق الصوتية من سلسلة kaidiSL على مجموعة متنوعة من النطاقات للاختيار من بينها ويمكنه القياس حتى 15 مترًا، وهو مثالي للكشف عن المسافات الطويلة والكشف عن مستوى خزانات المياه.

تستطيع الجهات المحلية المختصة نشر أنظمة مراقبة الفيضانات بسرعة استنادًا إلى بيانات أجهزة قياس مستوى المياه بالموجات فوق الصوتية، مما يحقق فوائد اقتصادية كبيرة. يمكن تركيب هذه الأجهزة على الجسور والأنهار والجداول وأي مكان آخر يتطلب تركيب نظام مراقبة عن بُعد. ستنبهك أنظمة الإنذار المبكر إلى ارتفاع منسوب المياه لحماية الأفراد والمجتمعات من الفيضانات.

إضافةً إلى استخدام أجهزة قياس مستوى المياه بالموجات فوق الصوتية، يمكن للمستخدمين أيضاً استخدام الرادار، وأجهزة استشعار العمق، وغيرها من التقنيات لمراقبة مستويات المياه. تُعدّ أجهزة قياس مستوى المياه بالموجات فوق الصوتية من الأدوات الشائعة الاستخدام اليوم، فهي قليلة الصيانة. يستطيع المستخدمون الحصول على جميع البيانات المطلوبة بدقة، وتتميز بكفاءة عالية من حيث التكلفة، ما يجعلها خياراً شائعاً لدى غالبية المستخدمين.