專利名稱：一種液面檢測式自校準高精度水位計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明涉及一種液面檢測式自校準高精度水位計，在水利水情測報信息化系統(tǒng) 中，對水庫和江河湖泊的水位進行高精度大量程測量。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有應(yīng)用較為廣泛的編碼式水位計是被動檢測式水位計，這種水位計采用在測量 傳動輪兩邊分別用鋼絲繩懸掛浮子和重錘的方式工作，當(dāng)水位變化時，浮子隨著水位 的升降而升降，在重錘的作用下，鋼絲繩帶動測量傳動輪轉(zhuǎn)動，測量傳動輪的轉(zhuǎn)動帶 動了與之同軸相聯(lián)的編碼器旋轉(zhuǎn)，編碼器的轉(zhuǎn)動將輸出與轉(zhuǎn)動角度對應(yīng)的不同數(shù)量的 脈沖，通過計數(shù)器計算脈沖的個數(shù)，對應(yīng)測量出水位的變化。這種水位計存在的問題 是
1、 由于長時間往復(fù)運動，存在鋼絲繩打清產(chǎn)生的累積誤差，根據(jù)大量實踐證明， 累計誤差使該水位計需要定期的基準點人工校正。否則，誤差將愈來愈大。
2、 任何編碼器在進行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時，無論光電或機械編碼器，都會在正反之間 出現(xiàn)丟脈沖的間隙或誤差，其累積誤差也無法滿足長期的精確穩(wěn)定測量，因此，該類
型傳感器的標稱精度通常為10米以內(nèi)0.1%，十米以上0.3%，不能滿足水文和水情 測報的長期穩(wěn)定測量，需要定期進行人工校準。
3、 當(dāng)被檢測的水位變化超過鋼絲繩長度的1/2時，浮子上升就會出現(xiàn)重錘要進 入水中的問題，這將導(dǎo)致鋼絲繩容易生銹，重錘則有可能被水中的雜質(zhì)附著和被纏繞， 重錘重量變化或不能隨動，由此引發(fā)的誤差將大大超過容許的誤差范圍，直接影響水 情測報系統(tǒng)的可靠性，導(dǎo)致水位檢測失效。
可見，在許多水庫和江河湖泊的水位檢測中，這種水位計無法滿足其長期穩(wěn)定性 和大量程水位測量精度的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種液面檢測式自校準高精度水位計，能夠避免重錘進入水中，消除鋼絲繩打滑和編碼器丟脈沖產(chǎn)生的累積誤差，解決 長期穩(wěn)定性問題，在全量程范圍，實現(xiàn)水位的高精度檢測。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種編碼式水位計，包括控制器、鋼絲收線輪、驅(qū)動 鋼絲收線輪旋轉(zhuǎn)的電機、測量傳動輪、旋轉(zhuǎn)編碼器、鋼絲繩和重錘，電機的轉(zhuǎn)軸連接 鋼絲收線輪的轉(zhuǎn)軸，鋼絲繩一端盤繞在鋼絲收線輪上，另一端經(jīng)測量傳動輪連接重錘， 旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)軸與測量傳動輪的轉(zhuǎn)軸連接；所述控制器包括中央處理單元、電機驅(qū) 動單元、重錘零位檢測單元、重錘到達水面檢測單元、編碼器脈沖檢測單元、數(shù)據(jù)外 部處理單元，以及分別為各單元供電的電源供電單元，中央處理單元輸出電機控制信 號至電機驅(qū)動單元驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，輸入重錘零位檢測單元的零位檢測信號，輸入重錘 到達水面檢測單元的到達水面檢測信號，輸入編碼器脈沖檢測單元的編碼脈沖信號， 中央處理單元進行數(shù)據(jù)處理，并與數(shù)據(jù)外部處理單元傳輸數(shù)據(jù)。
本發(fā)明是通過測量基準零位到水面的行程來測量水位的，測量過程如下 中央處理單元輸出電機控制信號至電機驅(qū)動單元驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，電機帶動鋼絲 收線輪旋轉(zhuǎn)收線，使重錘上升到達零位，此時，重錘零位檢測單元產(chǎn)生零位檢測信號 輸入中央處理單元，然后，中央處理單元控制電機下放重錘，經(jīng)編碼器脈沖檢測單元 采集旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的與重錘行程成比例的脈沖個數(shù)，當(dāng)重錘到達水面，重錘到達水 面檢測單元輸出到達水面檢測信號至中央處理單元，中央處理單元從下放重錘的零位
開始計數(shù)，到重錘到達水面停止計數(shù)，假設(shè)此時的計數(shù)值為r，那么重錘的行程Hl
等于lx;r，其中K值由編碼器的參數(shù)及測量傳動輪的周長決定，設(shè)零位的高程為及， 那么水位好:c可由公式//X = if-Hl,也就是Hx = ff-KxT得到。
可見，本發(fā)明是主動探測式，由電機帶動重錘升降，也正因為是主動探測式， 所以避免了重錘進入水中。本發(fā)明采用了零位自動校準的方法，控制重錘提升到基準 點零位，亦即將重錘拉至水位檢測的參考點，通過精確檢測重錘到達零位，達到在重 錘歸零時將由于繩子打滑產(chǎn)生的誤差和由于編碼器反復(fù)運動產(chǎn)生的誤差歸零，避免了 累積誤差的產(chǎn)生，實現(xiàn)自動誤差校正，使本發(fā)明長期穩(wěn)定可靠、高精度運行。綜上所述，本發(fā)明是一種具備基準零位自校準的主動液面探測式大量程水位計， 通過微處理控制器主動測控重錘升降及通過編碼器精確檢測重錘從零位到重錘底部 尖端接觸水面時鋼絲繩走過的長度，實現(xiàn)水位的高精度大量程測量。


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圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理示意圖2是本發(fā)明實施例的控制器電路方框圖3是本發(fā)明實施例的機械結(jié)構(gòu)示意圖4是圖3的A-A向視圖5是圖4的導(dǎo)向滑輪10和11位置放大圖6是本發(fā)明實施例的電機驅(qū)動單元電路原理圖7是本發(fā)明實施例為電機驅(qū)動單元供電的電源供電單元電路原理圖8是本發(fā)明實施例為重錘到達水面檢測單元供電的DC5V轉(zhuǎn)DC90V電源供電 單元電路原理圖9是本發(fā)明實施例的重錘到達水面檢測單元電路原理圖； 圖10是本發(fā)明實施例的編碼器脈沖檢測單元電路原理圖11是本發(fā)明實施例的重錘零位檢測示意及重錘零位檢測單元電路原理圖12是本發(fā)明實施例的程序流程圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖詳述本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)細節(jié)
如圖1所示，本發(fā)明包括控制器l、鋼絲收線輪2、驅(qū)動鋼絲收線輪2旋轉(zhuǎn)的電 機3、測量傳動輪4、旋轉(zhuǎn)編碼器5、鋼絲繩6和重錘7，電機3的轉(zhuǎn)軸連接鋼絲收線 輪2的轉(zhuǎn)軸，鋼絲繩6 —端盤繞在鋼絲收線輪2上，另一端經(jīng)測量傳動輪4連接重錘 7，旋轉(zhuǎn)編碼器5的轉(zhuǎn)軸與測量傳動輪4的轉(zhuǎn)軸連接?？刂破鱨發(fā)出電機驅(qū)動命令驅(qū) 動電機3轉(zhuǎn)動，電機3帶動鋼絲收線輪2轉(zhuǎn)動，從而收放鋼絲繩6，在重錘7作用下，
7鋼絲繩6通過摩擦力帶動測量傳動輪4轉(zhuǎn)動，測量傳動輪4帶動與之同軸相聯(lián)的旋轉(zhuǎn) 編碼器5旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)編碼器5輸出與轉(zhuǎn)動角度對應(yīng)的編碼脈沖信號，并輸入控制器1。
如圖2所示，本發(fā)明實施例的控制器1包括中央處理單元、電機驅(qū)動單元、重 錘零位檢測單元、重錘到達水面檢測單元、編碼器脈沖檢測單元、液晶顯示單元、總 線通信單元，.以及分別為各單元供電的電源供電單元，中央處理單元輸出電機控制信 號至電機驅(qū)動單元驅(qū)動電機3轉(zhuǎn)動，電機3帶動鋼絲收線輪2旋轉(zhuǎn)收線，重錘7上升 到達零位71，中央處理單元輸入重錘零位檢測單元的零位檢測信號，之后，中央處 理單元輸出電機控制信號至電機驅(qū)動單元驅(qū)動電機3下放重錘7，輸入編碼器脈沖檢 測單元的編碼脈沖信號，當(dāng)重錘7到達水面72，輸入重錘到達水面檢測單元的到達 水面檢測信號，中央處理單元從下放重錘7的零位71開始計數(shù)，到重錘7到達水面 72停止計數(shù)，通過計數(shù)器計算編碼脈沖信號的脈沖個數(shù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，得到重錘7 從零位71到水面72的行程，最終獲得水位的測量數(shù)據(jù)。
控制器1還可以設(shè)有時間芯片單元，用于記錄時間及環(huán)境溫度。中央處理單元 輸出數(shù)據(jù)信號至液晶顯示單元顯示，以便顯示當(dāng)前水位，基準點零位高程，測量鋼絲 繩的長度，當(dāng)前環(huán)境溫度以及水位檢測時間。中央處理單元通過總線通信單元輸出數(shù) 據(jù)信號至外部設(shè)備處理，輸入外部設(shè)備的數(shù)據(jù)信號，總線通信單元采用RS485總線接 口。液晶顯示單元和總線通信單元為數(shù)據(jù)外部處理單元，數(shù)據(jù)外部處理單元可以只包 含液晶顯示單元，以便現(xiàn)場實時顯示當(dāng)前測量狀態(tài)，也可以只包含總線通信單元，將 測量數(shù)據(jù)發(fā)送到外部設(shè)備，如上位機，接收上位機的設(shè)定參數(shù)和命令，便于上位機實 時監(jiān)控。當(dāng)然，數(shù)據(jù)外部處理單元還可以同時包含液晶顯示單元、總線通信單元，或 者其它的數(shù)據(jù)外部處理單元，根據(jù)需要而定。
如圖3至圖5所示，是本發(fā)明實施例的機械結(jié)構(gòu)示意圖，包括支撐鋼板8、測量 傳動輪4、旋轉(zhuǎn)編碼器5、直流減速電機3、傳動齒輪13、彈簧9、鋼絲收線輪2、鋼 絲繩6、重錘7、導(dǎo)向滑輪10和11、升降軸12。支撐鋼板8為鍍鋅鋼板，用于為整 體結(jié)構(gòu)提供結(jié)構(gòu)支撐；測量傳動輪4為鋁制凹槽滾輪，軸兩端用軸承支撐，鋼絲繩6環(huán)繞測量傳動輪4的凹槽，以摩擦力帶動測量傳動輪4轉(zhuǎn)動，通過測量傳動輪4轉(zhuǎn)過 的圓周周長獲取重錘7的行程；旋轉(zhuǎn)編碼器5為每圈500輸出，或更高，的脈沖編碼 器，它與測量傳動輪4通過剛性聯(lián)軸器連接，確保傳動準確；直流減速電機3為DC12V 直流減速電機，內(nèi)置減速機構(gòu)，為重錘7升降提供動力；鋼絲收線輪2為自動平移式 繞線輪，用于平滑地在鋼絲收線輪2上盤繞鋼絲繩6，使其在有限的空間最優(yōu)地將鋼 絲繩6平滑地繞在鋼絲收線輪2上；傳動齒輪13設(shè)有兩個，為l: l垂直轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)向傳
動齒輪，設(shè)于電機3的轉(zhuǎn)軸和鋼絲收線輪2的轉(zhuǎn)軸之間，便于安置電機3;導(dǎo)向滑輪 設(shè)有兩個，導(dǎo)向滑輪10和導(dǎo)向滑輪11，是輪轉(zhuǎn)軸不轉(zhuǎn)的滑輪，鋼絲繩6從測量傳動 輪4經(jīng)導(dǎo)向滑輪10和導(dǎo)向滑輪11連接重錘7，便于調(diào)節(jié)重錘7的垂直升降位置；升 降軸12為導(dǎo)向滑輪11的支撐軸，其兩端加工成扁平狀，放置在兩支撐鋼板8上和扁 平狀端部相配合的垂直升降限位長圓孔81中，升降軸12能在垂直長圓孔81的限位 下垂直上下滑動；彈簧9設(shè)有兩個，水平懸掛升降軸12，兩個彈簧9的一端分別連 接兩支撐剛板8，另一端分別連接升降軸12的兩端，彈簧9的拉力小于重錘7的重 量，與升降軸12共同作用檢測重錘7是否到達硬性的地面，設(shè)有一個檢測升降軸12 升降的行程開關(guān)，安裝在升降軸12的移動路徑上，當(dāng)重錘7未到地時，行程開關(guān)由 升降軸12頂著，當(dāng)重綞7到地，升降軸12由彈簧9將其拉起，帶動行程開關(guān)動作， 控制器1檢測到信號變化，做出相應(yīng)重錘7到達地面、而非水面的處理。如圖5所示， 升降軸12具有垂直方向5mm限位的自由活動行程，升降軸12受到彈簧7的向上拉 力，和重錘7通過導(dǎo)向滑輪11傳遞過來的向下拉力，當(dāng)重錘7垂直懸吊鋼絲繩6時， 鋼絲繩6繃直，重綞7的拉力大于彈簧9的拉力，升降軸12被拉至長圓孔81的下端， 當(dāng)重錘7下降到地面，鋼絲繩6松弛，彈簧9的拉力把升降軸12拉至長圓孔81的上 端，通過此結(jié)構(gòu)檢測重錘7是否懸吊，使重錘7下降過程中遇到阻礙能及時停止，避 免鋼絲繩6空放。當(dāng)然，升降軸12也可以做導(dǎo)向滑輪10的支撐軸，此時，當(dāng)重錘7 垂直懸吊鋼絲繩6時，鋼絲繩6繃直，升降軸12被推至長圓孔的上端，彈簧9受到 壓力，當(dāng)重錘7下降到地面，鋼絲繩6松弛，彈簧9釋放，將升降軸12彈'回長圓孔的下端，行程開關(guān)動作，可見，若升降軸12做導(dǎo)向滑輪10的支撐軸，同樣能夠檢測 重錘7是否到達地面。垂直升降限位長圓孔81是升降軸12的升降限位滑道，也可以 不是垂直的，而是斜的，依升降軸12的受力方向而設(shè)。升降限位滑道也可以不是升 降限位長圓孔，而是其它能讓升降軸12上下限位滑動的結(jié)構(gòu)。本實施例導(dǎo)向滑輪設(shè) 有兩個，如圖4所示，若鋼絲收線輪2和測量傳動輪4的位置上下對調(diào)，則只需設(shè)一 個滑輪，即使不對調(diào)，也可以只設(shè)一個滑輪，導(dǎo)向滑輪也可以設(shè)有三個、四個等等， 根據(jù)需要而定。
如圖6所示，本發(fā)明實施例的電機驅(qū)動單元電路以電機驅(qū)動芯片MC33886，或 其他電機驅(qū)動電路，為中心，當(dāng)IN1為高電平，IN2為低電平，即P3.2為低電平， P4.6為高電平時，OUTl輸出為V+， OUT2輸出為GND，此時驅(qū)動電機3正轉(zhuǎn)；當(dāng) IN1為低電平，IN2為高電平時，即P3.2為高電平，P4.6為低電平時，0UT1輸出為 GND， OUT2輸出為V+，此時驅(qū)動電機3反轉(zhuǎn)。P3.2 、 P4.6為中央處理單元的10 口，同時P3.2 口為PWM輸出口，所以中央處理單元可以對電機3進行PWM控制， 以任意控制電機3的轉(zhuǎn)速。由于系統(tǒng)在休眠狀態(tài)下，電機3不工作，此時為降低功耗 考慮，將該部分的電源斷開，如圖7所示，電源供電單元設(shè)有串聯(lián)在電源供電電路的 電子開關(guān)，電子開關(guān)采用PMOS管，中央處理單元的I0口P2.6輸出控制信號至電子 開關(guān)PMOS管的控制端，即PMOS管的柵極G端，控制電子開關(guān)PMOS管的導(dǎo)通或 截止，以接通或斷開供電電源。當(dāng)P2.6輸出高電平時，三極管S8050導(dǎo)通，那么PMOS 管的G端處于低電平，此時PMOS管導(dǎo)通，為電機驅(qū)動芯片MC33886供電；當(dāng)P2.6 輸出為低電平時，三極管S8050截止，那么PMOS管G端處于12V高電平，此時PMOS 管關(guān)斷，電機驅(qū)動芯片MC33886斷電。
本發(fā)明實施例重錘到達水面的檢測電壓為90V，如圖8所示，為DC5V轉(zhuǎn)DC90V 升壓電路，該電路應(yīng)用升壓芯片LT3482為中心，配備外圍電路升壓。
如圖9所示，為本發(fā)明實施例的重錘到達水面檢測單元電路原理圖，用于檢測 重錘7是否到達水面72，保證重錘7剛接觸水面72瞬時產(chǎn)生中斷信號，確保檢測精度；重錘到達水面檢測單元包含兩差分三極管Q1、 Q2和電壓比較器LM2903，兩差 分三極管Q1、 Q2中的一個三級管Q2，其基極下偏電阻為重錘7與水面72間的電阻 R，兩差分三極管Q1、 Q2的集電極分別連接電壓比較器LM2903的兩輸入端，當(dāng)重 錘7到達水面72，重錘7與水面72間的電阻R急劇降低，三級管Q2的集電極電壓 Vl發(fā)生改變，電壓比較器LM2903輸出一跳變電壓信號，該跳變電壓信號作為到達 水面檢測信號輸入中央處理單元的IO口，以檢測重錘7到達水面72。電路具體工作 過程為當(dāng)重錘7未到水面72時，重錘7與水面72間的電阻R〉1.5M，此時，兩個 差分三極管Ql、 Q2都處于放大狀態(tài)，三極管Q2的基極電流大于三極管Ql的基極 電流，那么，三極管Q2的集電極電壓V1小于三極管Q1的集電極電壓VO，電壓比 較器LM2903輸出低電平，光耦Q3不導(dǎo)通，中央處理單元10 口為高電平;當(dāng)重錘7 到達水面72時，重錘7與水面72間的電阻R急劇降低，三極管Q2的基極電流小于 三極管Q1的基極電流，那么，三極管Q2的集電極電壓V1大于三極管Q1的集電極 電壓VO，電壓比較器LM2903輸出高電平，光耦Q3導(dǎo)通，中央處理單元IO口為低 電平，中央處理單元IO 口檢測到下降沿，認為重錘7到達水面72。
如圖10所示，為本發(fā)明實施例的編碼器脈沖檢測單元電路原理圖，本發(fā)明實施 例中所應(yīng)用的編碼器是一款寬壓供電的編碼器BM，供電電壓DC5V DC24V，因輸 出集電極開路，所以輸出端應(yīng)加一個上拉電阻，經(jīng)施密特觸發(fā)器SS后使信號更加具 備抗干擾性能。
由于本發(fā)明實施例的測量傳動輪4是由鋼絲繩6與輪子之間的摩擦力來帶動轉(zhuǎn) 動的，所以在運行一段時間后會由于打滑而產(chǎn)生可累積的誤差，為消除這些誤差，本 發(fā)明實施例應(yīng)用零位自動校準功能，也就是，由電機3帶動重錘7將重錘7拉至零位 71，歸零后鋼絲繩6打滑的誤差也就歸零，實現(xiàn)自動歸零校正。如圖11所示，為本 發(fā)明實施例的重錘零位檢測示意及重錘零位檢測單元電路原理圖，重錘零位檢測單元 包含兩對紅外對管和電壓比較器，兩紅外發(fā)射管DS1、 DS2安裝在零位重錘7的一側(cè)， 對應(yīng)的兩紅外接收管DR1、 DR2安裝在零位重錘7的對側(cè)，兩紅外發(fā)射管DS1、 DS2與一限流電阻RS依次串聯(lián)后，連接在電源5V與地之間，兩紅外接收管DR1、 DR2并 聯(lián)，再串聯(lián)另一限流電阻RF后，也連接在電源5V與地之間，電壓比較器LM2903的 負輸入端連接紅外接收管DR1、 DR2和限流電阻RF的連接點，正輸入端連接參考電壓 2. 5V，電壓比較器LM2903的輸出端連接中央處理單元的10 口。本發(fā)明實施例的重錘 零位檢測單元采用兩對紅處對管來檢測重錘7是否歸到零位71，當(dāng)重錘7沒有到零 位71時，紅外接收管DR1、 DR2將接收紅外發(fā)射管DS1、 DS2發(fā)射的紅外光線，兩紅 外接收管DR1、 DR2導(dǎo)通，電壓比較器LM2903負輸入端為高電平5V,電壓比較器 LM2卯3輸出低電平，當(dāng)重錘7到達零位71時，遮擋兩紅外發(fā)射管DS1、 DS2發(fā)射的 紅外光線，對應(yīng)兩紅外接收管DR1、 DR2截止，電壓比較器LM2903負輸入端為低電平， 電壓比較器LM2903輸出高電平，可見，當(dāng)重錘7到達零位71時，電壓比較器LM2903 負輸入端產(chǎn)生一跳變電壓信號，對應(yīng)輸出一跳變電壓信號，該跳變電壓信號作為零位 檢測信號輸入中央處理單元的IO口，以檢測重錘7到達零位71，達到校正零位的目 的。 .
之所以應(yīng)用兩對紅外對管是為了防止鋼絲繩6遮擋，當(dāng)且僅當(dāng)兩紅外發(fā)射管 DS1、 DS2均被遮擋，對應(yīng)兩紅外接收管DR1、 DR2截止時，紅外接收管DR1、 DR2和 限流電阻RF的連接點才輸出一跳變電壓信號，中央處理單元檢測重錘7到達零位71, 可見，只有當(dāng)兩對紅外對管都被遮擋時才認為重錘回到零位，具備強抗干擾能力。
如圖12所示，當(dāng)系統(tǒng)上電后，首先進行中央處理單元的10 口初始化、各個參 數(shù)的讀取等系統(tǒng)初始化程序，然后進行LCD初始化顯示程序，再進行自校零位程序； 然后進行主循環(huán)，在主循環(huán)中，檢測是否有模塊設(shè)置命令中斷，如果有則進行模塊參 數(shù)設(shè)置并回應(yīng)；檢測是否有按鍵中斷，如果有則進行按鍵中斷處理程序；檢測是否有 讀取數(shù)據(jù)的中斷，如果有則進行數(shù)據(jù)的打包與回應(yīng)；檢測是否有計數(shù)器溢出中斷，如 果有，則讀取當(dāng)前時間，看時間是否與檢測水位時間一致，如果一致則進行水位檢測， 看時間是否與零位校正時間一致，如果一致則進行重綞零位校正程序。本發(fā)明實施例通過微處理控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、電機控制、編碼檢測、顯示與 通信功能，通過電機3帶動重錘7對水位進行主動式探測，具備零位自校準,抗干擾 能力強，電源供電單元設(shè)計電子開關(guān)，功耗低。本發(fā)明實施例整體設(shè)計優(yōu)化并具備微 功耗的特性，還可以支持電池及太陽能供電，是一種低功耗高精度自校準型水位計。 本發(fā)明實施例達到如下技術(shù)參數(shù)-
*水位高精度測量，測量精度絕對誤差優(yōu)于士2mm;
水位計的水位測量量程為0.3米一一70米；
*基準零位高精度自校準，測量精度長期穩(wěn)定；
*微功耗，平均工作功耗小于360毫瓦
*數(shù)字RS485總線接口輸出；
* LCD段碼式顯示，顯示當(dāng)前水位，基準點高程，測量鋼絲繩的長度，當(dāng)
前環(huán)境溫度以及檢測水位時間。 *所有水位計的參數(shù)可以通過RS485總線接口設(shè)定和校準。
1權(quán)利要求
1、一種液面檢測式自校準高精度水位計，其特征在于包括控制器(1)、鋼絲收線輪(2)、驅(qū)動鋼絲收線輪(2)旋轉(zhuǎn)的電機(3)、測量傳動輪(4)、旋轉(zhuǎn)編碼器(5)、鋼絲繩(6)和重錘(7)，電機(3)的轉(zhuǎn)軸連接鋼絲收線輪(2)的轉(zhuǎn)軸，鋼絲繩(6)一端盤繞在鋼絲收線輪(2)上，另一端經(jīng)測量傳動輪(4)連接重錘(7)，旋轉(zhuǎn)編碼器(5)的轉(zhuǎn)軸與測量傳動輪(4)的轉(zhuǎn)軸連接；所述控制器(1)包括中央處理單元、電機驅(qū)動單元、重錘零位檢測單元、重錘到達水面檢測單元、編碼器脈沖檢測單元、數(shù)據(jù)外部處理單元，以及分別為各單元供電的電源供電單元，中央處理單元輸出電機控制信號至電機驅(qū)動單元驅(qū)動電機(3)轉(zhuǎn)動，輸入重錘零位檢測單元的零位檢測信號，輸入重錘到達水面檢測單元的到達水面檢測信號，輸入編碼器脈沖檢測單元的編碼脈沖信號，中央處理單元進行數(shù)據(jù)處理，并與數(shù)據(jù)外部處理單元傳輸數(shù)據(jù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水位計，其特征在于還包括至少一個導(dǎo)向滑輪(10、 11)，鋼絲繩(6)從測量傳動輪(4)經(jīng)導(dǎo)向滑輪(10、 11)連接重錘(7)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的水位計，其特征在于還設(shè)有升降軸(12)、彈簧(9) 和行程開關(guān)，升降軸(12)為一導(dǎo)向滑輪(11)的支撐軸，其兩端設(shè)于兩支撐 板(8)上的升降限位滑道(81)中，彈簧(9) 一端連接支撐板(8)，另一端 連接升降軸(12)，行程開關(guān)設(shè)于升降軸(12)的移動路徑上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的水位計，其特征在于所述升降軸(12)兩端加工成扁 平狀，所述兩支撐板(8)上的升降限位滑道(81)為兩支撐板(8)上和升降 軸(12)扁平狀端部相配合的升降限位長圓孔(81)，所述彈簧(9)設(shè)有兩個， 其一端分別設(shè)于兩支撐板(8)，另一端分別設(shè)于升降軸(12)的兩端。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水位計，其特征在于還包括至少兩個轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)向傳動齒 輪(13)，設(shè)于電機(3)的轉(zhuǎn)軸和鋼絲收線輪(2)的轉(zhuǎn)軸之間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的水位計，其特征在于所述數(shù)據(jù)外部處理單 元包含顯示單元，中央處理單元輸出數(shù)據(jù)信號至顯示單元顯示。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的水位計，其特征在于所述數(shù)據(jù)外部處理單元包含總線通信單元，中央處理單元通過總線通信單元輸出數(shù)據(jù)信號至外部設(shè) 備處理，輸入外部設(shè)備的數(shù)據(jù)信號。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的水位計，其特征在于所述重錘零位檢測單 元包含兩對紅外對管兩紅外發(fā)射管(DS1、 DS2)安裝在零位重錘(7)的一側(cè)，對應(yīng) 的兩紅外接收管(DR1、 DR2)安裝在零位重錘(7)的對側(cè)，兩 紅外發(fā)射管(DS1、 DS2)與一限流電阻(RS)依次串聯(lián)后，連接 在電源(5V)與地之間，兩紅外接收管(DR1、 DR2)并聯(lián)，再串 聯(lián)另一限流電阻(RF)后，也連接在電源(5V)與地之間； 電壓比較器其一輸入端連接紅外接收管(DR1、 DR2)和限流電阻(RF)的連 接點，另一輸入端連接參考電壓(2.5V)，電壓比較器(LM2903) 的輸出端連接中央處理單元的10 口； 當(dāng)重錘(7)到達零位(71)時，遮擋兩紅外發(fā)射管(DS1、 DS2)發(fā)射的紅外光 線，對應(yīng)兩紅外接收管(DR1、 DR2)截止，紅外接收管(DR1、 DR2)和限流電 阻(RF)的連接點輸出一跳變電壓信號至電壓比較器(LM2903)，電壓比較器 (LM2903)對應(yīng)輸出一跳變電壓信號，該跳變電壓信號作為零位檢測信號輸入中 央處理單元的10 口 ，以檢測重錘(7)到達零位(71)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的水位計，其特征在于所述重錘到達水面檢 測單元包含兩差分三極管(Q1、 Q2)和電壓比較器(LM2903)，兩差分三極管(Q1、 Q2)中的一個三級管(Q2)，其基極偏置電阻設(shè)有重錘(7)與水面(72)間的電 阻(R)，兩差分三極管(Q1、 Q2)的集電極分別連接電壓比較器(LM2903)的兩輸 入端，當(dāng)重錘(7)到達水面(72)，重錘(7)與水面(72)間的電阻(R)急 劇降低，偏置電阻設(shè)有重錘(7)與水面(72)間電阻(R)的三級管(Q2)集 電極電壓(VI)發(fā)生改變，電壓比較器(LM2903)輸出一跳變電壓信號，該跳變 電壓信號作為到達水面檢測信號輸入中央處理單元的10 口，以檢測重錘(7) 到達水面(72)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的水位計，其特征在于所述電源供電單元設(shè)有串聯(lián)在電源供電電路的電子開關(guān)(PM0S)，中央處理單元的10 口輸出控制信號至電子開關(guān)(PM0S)的控制端(G)，控制電子開關(guān)(PM0S)的導(dǎo)通或截止，以接通或斷開供電電源。
全文摘要
一種液面檢測式自校準高精度水位計，包括控制器、鋼絲收線輪、電機、測量傳動輪、旋轉(zhuǎn)編碼器、鋼絲繩和重錘，電機轉(zhuǎn)軸連接鋼絲收線輪轉(zhuǎn)軸，鋼絲繩一端繞在鋼絲收線輪上，另一端經(jīng)測量傳動輪連接重錘，旋轉(zhuǎn)編碼器與測量傳動輪軸連接；控制器包括中央處理單元，中央處理單元輸出電機控制信號至電機驅(qū)動單元驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，輸入重錘零位檢測單元的零位檢測信號，輸入重錘到達水面檢測單元的到達水面檢測信號，輸入編碼器脈沖檢測單元的編碼脈沖信號，中央處理單元進行數(shù)據(jù)處理，并與數(shù)據(jù)外部處理單元傳輸數(shù)據(jù)。本發(fā)明通過主動液面探測、零位自校準的方法，避免重錘進入水中，消除鋼絲繩打滑和編碼器丟脈沖產(chǎn)生的累積誤差，實現(xiàn)水位高精度大量程測量。
文檔編號G01F23/00GK101464177SQ20091003657
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月12日
發(fā)明者鄭貴林 申請人:鄭貴林