專利名稱：碼鼓水位計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水位測(cè)量裝置，具體地說(shuō)是碼鼓水位計(jì)。
背景技術(shù)：
水利行業(yè)的水位測(cè)量主要應(yīng)用于江河、水庫(kù)、湖泊等場(chǎng)合的自然水面變化測(cè)量，這類水位變化具有隨機(jī)性、往復(fù)性、波動(dòng)性的特點(diǎn)。水位計(jì)作為一種自計(jì)儀器，其結(jié)構(gòu)必需適應(yīng)水位變化的特點(diǎn)(1)在需要時(shí)記錄變化過(guò)程、測(cè)量實(shí)時(shí)水位；(2)水位的漲落及變化速度不影響測(cè)量的靈敏度和精度；(3)水位波動(dòng)(指小幅度波動(dòng))不影響儀器的性能。因此，水位計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)包括測(cè)量準(zhǔn)確、運(yùn)行可靠、滿足量程。對(duì)于用戶應(yīng)當(dāng)具有操作簡(jiǎn)單、管理方便的特點(diǎn)。
浮子水位計(jì)在自計(jì)水位計(jì)中是一種最常見(jiàn)的水位計(jì)，浮子水位計(jì)的傳感器簡(jiǎn)單、直接，就是利用浮子帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤感應(yīng)水位變化，再進(jìn)行記錄，已成為普通的一種水位測(cè)量方法，由此發(fā)展起來(lái)的各種自計(jì)水位計(jì)形式較多。在水利行業(yè)中，傳統(tǒng)的自計(jì)水位計(jì)采用時(shí)鐘式水位計(jì)，用記錄紙作為信息載體。隨著數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)碼式水位計(jì)已逐漸成為主導(dǎo)機(jī)型，該類水位計(jì)輸出結(jié)果為電信號(hào)，在顯示和信息處理上非常方便，得到用戶的認(rèn)同。
在常用數(shù)碼式水位計(jì)中，采用碼盤(或碼條)的水位計(jì)因其數(shù)字碼位有限，量程受到限制，只能用于小范圍混同量場(chǎng)合。采用脈沖計(jì)數(shù)的水位計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但該類水位計(jì)記錄的是累計(jì)時(shí)序信號(hào)，監(jiān)測(cè)過(guò)程不能中斷，一旦停電，包括過(guò)程和實(shí)時(shí)水位的全部信息均會(huì)丟失。
目前應(yīng)用較為廣泛的是一種進(jìn)位碼式水位計(jì)，可以有多位數(shù)碼，借助機(jī)械傳動(dòng)力移動(dòng)碼位，依次進(jìn)位，量程得到擴(kuò)大，能滿足多種場(chǎng)合使用。由于數(shù)碼式水位計(jì)基于數(shù)字電路的二進(jìn)制碼，在第一位或第一部分(主動(dòng)輪)碼盤循環(huán)一周后，必須向第二位或第二部分(從動(dòng)輪)傳遞一個(gè)進(jìn)位信息。如果采用機(jī)械方式進(jìn)位，在兩位碼之間需要一個(gè)進(jìn)位齒輪，由該齒輪使第二位進(jìn)一位(或減一位)，是一種間歇式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從動(dòng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)始及終止時(shí)速度的突變，如電路中的脈沖信號(hào)一樣，不能在中間狀態(tài)。從實(shí)踐中證實(shí)，在水位變化速度穩(wěn)定時(shí)，無(wú)論水位升或降，機(jī)械進(jìn)位的數(shù)碼式水位計(jì)運(yùn)行平穩(wěn)；當(dāng)水位變化小時(shí)，又在某一個(gè)位置上有波動(dòng)、且波動(dòng)值使得進(jìn)位齒輪既不能進(jìn)位又不能退位時(shí)，進(jìn)位齒輪會(huì)在一種不確定的狀態(tài)下晃動(dòng)(出現(xiàn)類似中間狀態(tài))、產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，并導(dǎo)致進(jìn)位齒輪卡死，水位計(jì)停止工作。管理人員不到現(xiàn)場(chǎng)，則無(wú)法發(fā)現(xiàn)和糾正，其對(duì)水位的波動(dòng)性適應(yīng)較差，使得該類水位計(jì)的可靠性存在一定缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種借助機(jī)械移動(dòng)碼位、對(duì)讀碼器進(jìn)行鎖定的，量程大，測(cè)量準(zhǔn)確，運(yùn)行可靠的碼鼓水位計(jì)。
本發(fā)明的技術(shù)方案為本發(fā)明的碼鼓水位計(jì)由浮子、碼鼓、蝸輪蝸桿、定位器、處理器幾部分組成；碼鼓是一個(gè)表面排列碼位的圓柱體，與浮子轉(zhuǎn)盤同軸，由轉(zhuǎn)盤直接帶動(dòng)，碼鼓采用蝸桿蝸輪的進(jìn)位方式，定位器由蝸輪軌道定位，處理器為水位計(jì)的信息處理裝置，由譯碼器、信息碼輸出接口和顯示器組成。
以上所述的碼鼓結(jié)構(gòu)有三種形式，第一種為全信息碼結(jié)構(gòu)，即在每一個(gè)碼位上都有12位格雷碼的信息。第二種是碼信息分段結(jié)構(gòu)，即信息碼分為兩段(高位碼和低位碼)；第三種也是分段結(jié)構(gòu)，是將高位碼做成變速碼鼓。
本發(fā)明的碼位編碼方法為碼位分為點(diǎn)、線、面三種；點(diǎn)型是讀碼器只起到接通開(kāi)關(guān)的作用，碼位后與輸出端之間為編碼器，將每一位碼的輸出格式編為格雷碼；線型和面型是一個(gè)碼位必須包含該碼位的全部信息，可以是格雷碼帶或條形碼帶，需要12位讀碼器或掃描式讀碼器，讀碼器結(jié)果直接送譯碼器。
以上所述的線型碼位是沿軌道布置，與讀碼器相配合，可布置在軌道底部或側(cè)面。面型碼位可以直接使用文字符號(hào)，或用定位器直接讀數(shù)。
本發(fā)明的碼鼓水位計(jì)與現(xiàn)有技術(shù)比較具以下特點(diǎn)1、量程大對(duì)于12位格雷碼輸出的水位計(jì)，能用于5米以內(nèi)的毫米級(jí)水位量測(cè)和閘門開(kāi)啟度量測(cè)，適用于灌區(qū)明渠量水建筑物的流量監(jiān)測(cè)、記錄水庫(kù)或渠道閘門開(kāi)啟度測(cè)量。能用于40米以內(nèi)的厘米級(jí)水位測(cè)量，適用于水庫(kù)、河道的水位測(cè)量。
2、運(yùn)行可靠碼鼓水位計(jì)的定位器移動(dòng)和碼鼓旋轉(zhuǎn)相配合，在碼鼓軸線(X方向)上無(wú)進(jìn)位，定位器讀到的碼信息是直線排列的，因此無(wú)進(jìn)位裝置，避免進(jìn)位裝置故障影響。碼鼓表面采用凹槽形軌道結(jié)構(gòu)，對(duì)讀碼器位置進(jìn)行鎖定，能糾正機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生的(X方向)偏差，對(duì)其可靠性作了進(jìn)一步的保障。減少傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，避免多次傳動(dòng)引起的機(jī)械誤差。
3、運(yùn)用靈活編碼方法靈活，每一位碼位是一個(gè)接通開(kāi)關(guān)，可采用電觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、磁電開(kāi)關(guān)等形式，由定位器的指針接通碼位開(kāi)關(guān)。全信息碼位可以采用光信息處理技術(shù)，即采用光學(xué)刻制，使制作更簡(jiǎn)便，有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。讀碼器所處的位置是實(shí)時(shí)水位信息，空間位置具有唯一性，在需要讀數(shù)時(shí)再加電讀數(shù)，平?？梢詳嚯?，其操作和運(yùn)行方式可以根據(jù)需要靈活控制。
4、多種用途將碼鼓水位計(jì)的碼位改成文字符號(hào)，可以用定位器直接讀數(shù)，成為一臺(tái)全量程的直讀水位計(jì)。
5、準(zhǔn)確性高碼鼓與浮子轉(zhuǎn)盤同軸，浮子形狀和配重根據(jù)試驗(yàn)作了調(diào)整，水位計(jì)量測(cè)準(zhǔn)確。碼鼓運(yùn)行精確，讀碼器定位采取鎖定措施，在硬件上防止誤碼；二段式碼位采取數(shù)據(jù)糾錯(cuò)技術(shù)，多重防止誤碼，輸出結(jié)果準(zhǔn)確。


圖1為本發(fā)明的全信息碼位的碼鼓水位計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的二段式同步碼位的碼鼓水位計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的變速式分段碼位的碼鼓水位計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的全信息碼位的碼鼓結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的二段式碼位的碼鼓結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1-浮子，2-轉(zhuǎn)盤，3-傳動(dòng)齒輪，4-變速?gòu)膭?dòng)齒輪，5-碼鼓，6-全信息碼位，7-低位碼，8-高位碼，9-蝸輪蝸桿系，10-定位器，11-讀碼器，12-低位讀碼器，13-高位讀碼器，14-處理器，15-顯示器，16-碼鼓軸線，17-輸出位。
具體實(shí)施例方式
如圖1、2、3所示，本發(fā)明的碼鼓水位計(jì)本發(fā)明的碼鼓水位計(jì)由浮子、碼鼓、蝸桿定位器、處理器四部分組成；碼鼓是一個(gè)表面排列碼位的圓柱體，與浮子轉(zhuǎn)盤同軸，由轉(zhuǎn)盤直接帶動(dòng)，碼鼓采用蝸桿蝸輪的進(jìn)位方式，定位器固定于蝸輪上，處理器為水位計(jì)的信息處理裝置，由譯碼器、信息碼輸出接口和顯示器組成。
以上所述的碼鼓結(jié)構(gòu)有三種形式，第一種為全信息碼結(jié)構(gòu)，即在每一個(gè)碼位上都有12位格雷碼的信息，如圖4所示，取碼鼓軸線為X向，碼鼓徑向?yàn)閅向，柱形表面布置碼位，碼位在圓柱形表面構(gòu)成一個(gè)二維矩陣，碼位沿鈄Y軸方向沿圓周循環(huán)排列，螺絲旋式進(jìn)位，在螺旋線間形成X軸排列。每一個(gè)圓周上排列128位碼，在X方向上有32圈螺旋碼段，共4096位碼位。圓柱體一端圓截面為輸出端，布置于2個(gè)同心圓環(huán)(為了便于說(shuō)明，圖4將輸出位置表示在左端)，為12位格雷碼的輸出位置。碼鼓內(nèi)安裝編碼器，將柱面每一位碼位的信號(hào)以格雷碼的格式傳到輸出端。
第二種為二段式同步碼位結(jié)構(gòu)(二段式碼位)，如圖5所示。格雷碼是一種循環(huán)碼，同權(quán)重碼呈周期性連續(xù)，其循環(huán)周期與碼的權(quán)重相關(guān)，即碼位高的連續(xù)循環(huán)位長(zhǎng)、且碼連續(xù)相鄰權(quán)位間的同“1”位(或同“0”位)重合段長(zhǎng)。因此，適當(dāng)?shù)貙?2位碼分為二段1～6位為低位碼，有0～128個(gè)碼位；6～12位為高位碼，代表64碼位以上到4096位的所有權(quán)重碼段，其中在高位碼段的第1位(權(quán)重為64)為二個(gè)碼段的重合碼位，用于糾錯(cuò)。低位碼為循環(huán)段、重復(fù)計(jì)數(shù)；高位碼為進(jìn)位段，即低位碼循環(huán)一周后高位碼循環(huán)一周，但在X方向已移動(dòng)一個(gè)碼位。進(jìn)位段在X方向上有32圈螺旋碼段(與全信息碼位相同)，高位碼段的第1位(權(quán)重為64)為最小位，利用相鄰權(quán)位間的同“1”位重合段分布特性，以最小重合段為一個(gè)新的“計(jì)數(shù)位”，則在一個(gè)圓周上的第一位碼的組合為“0110”(這和低位碼的最小位碼的組合相同，順次分析此位以上的各權(quán)重碼位，均與低位碼段的組合完全相同)，其最小單位為圓周的1/4，可知高位碼在圓周上只有4位計(jì)數(shù)單位，每一位占圓周的90°弧線。輸出形式同上，其輸出端圓環(huán)為13位，由處理器分別讀取二段結(jié)果后進(jìn)行糾錯(cuò)處理和合成。
第三種為變速式分段碼位結(jié)構(gòu)(二段式碼位)，基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。傳動(dòng)齒輪改為變速傳動(dòng)，將碼鼓高、低位二部份分開(kāi)，由主動(dòng)齒輪帶動(dòng)低位碼鼓，由從動(dòng)齒輪帶動(dòng)高位碼鼓，將蝸輪蝸桿系移至主動(dòng)齒輪上，由主動(dòng)齒輪帶動(dòng)高位讀碼器。從動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)速為主動(dòng)齒輪的1/2n，以n＝1為例，變速比為1/2，高位碼鼓轉(zhuǎn)速同樣為1/2、則碼鼓上的高位碼減少為16圈螺旋碼段，經(jīng)壓縮后每一圈圓周上有8位最小“計(jì)數(shù)位”，碼鼓的軸向尺寸將減少1/2。其工作原理與第二種結(jié)構(gòu)相同?？紤]到齒輪誤差和糾錯(cuò)碼要求，在4096位實(shí)際量測(cè)范圍內(nèi)，n值取1～4較為適宜。
蝸輪蝸桿定位器碼鼓水位計(jì)三種結(jié)構(gòu)都采用蝸輪蝸桿的進(jìn)位方式。蝸輪蝸桿系上將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)。通過(guò)轉(zhuǎn)盤主軸傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，由蝸桿帶動(dòng)蝸輪沿蝸桿軸線方向(X向)移動(dòng)，如圖1所示，定位器固定于蝸輪上，由蝸輪帶動(dòng)(沿X向移動(dòng))。
定位器頭部安裝一個(gè)指針式讀碼器，沿碼鼓軸線(X軸)方向移動(dòng)。蝸輪帶動(dòng)定位器與碼鼓同步運(yùn)動(dòng)，碼鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)，定位器沿螺旋排列的碼位軌道(Y方向)移動(dòng)；當(dāng)碼鼓旋轉(zhuǎn)一周后，定位器沿X方向移動(dòng)柱形表面碼位的一位。可知在定位器的移動(dòng)方向(X方向)上無(wú)進(jìn)位發(fā)生的跳動(dòng)，所讀到的信息是(沿螺旋線)連續(xù)的數(shù)碼。
碼鼓和定位器的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，使得讀碼器和碼位具有唯一的確定關(guān)系，即碼鼓轉(zhuǎn)一周、定位器在X軸移動(dòng)一個(gè)碼位。為了保證定位的準(zhǔn)確性，碼鼓表面采用凹槽形軌道結(jié)構(gòu)，如圖6所示，對(duì)讀碼器位置進(jìn)行鎖定，定位器與蝸輪間采用彈性臂連接，能糾正機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生的(X方向)偏差。該結(jié)構(gòu)使得碼鼓的編碼方式靈活、方便，可根據(jù)碼位型式采用。在三種碼鼓結(jié)構(gòu)型式中都采用了蝸桿系。在二段式碼位的結(jié)構(gòu)中，蝸輪蝸桿系只用在高位進(jìn)位碼段。
本發(fā)明的碼位及編碼方法為碼位分為點(diǎn)、線、面三種；點(diǎn)型是讀碼器只起到接通開(kāi)關(guān)的作用，碼位后與輸出端之間為編碼器，將每一位碼的輸出格式編為格雷碼。點(diǎn)型碼位的優(yōu)點(diǎn)是讀碼器和碼位表面簡(jiǎn)單，屬點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的開(kāi)關(guān)。線型和面型是一個(gè)碼位必須包含該碼位的全部信息，可以是格雷碼帶，也可以是條形碼。需要12位讀碼器，或采用掃描式讀碼器。讀碼器結(jié)果直接送譯碼器。碼位沿軌道布置，和讀碼器相配合，可布置在軌道底部或則面。全信息碼的優(yōu)點(diǎn)是不需要編碼器，信息集中。面形碼位可直接使用文字符號(hào)，可以用定位器直接讀數(shù)，成為一臺(tái)全量程的直讀水位計(jì)。
本發(fā)明的編碼器有2種形式電路形式，采用二極管組成矩陣編碼。光路形式為光纖傳輸，由光耦合器(或連接器)與光柵隔離器(組合為光單向開(kāi)關(guān))組成矩陣編碼。這兩種編碼器在輸出端均給出電平均值，供處理器使用。全信息碼位可采用光學(xué)刻制，將碼信息刻在碼鼓上。
本發(fā)明的讀碼器采用三點(diǎn)(或五點(diǎn))判讀方式，讀碼器有三個(gè)或五個(gè)相鄰的讀數(shù)頭(或開(kāi)關(guān))，每次讀數(shù)時(shí)順序讀取三組或五組數(shù)據(jù)，由處理器進(jìn)行比較、判斷后確定一組正確數(shù)據(jù)。當(dāng)讀入數(shù)據(jù)不滿足判別條件時(shí)，處理器會(huì)繼續(xù)讀數(shù)，進(jìn)行比較處理。
本發(fā)明的處理器為該水位計(jì)的信息處理裝置，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配置?；窘M成為譯碼器、格雷碼輸出接口、顯示器。顯示器顯示水位讀數(shù)，供水位計(jì)浮子初始定位及校正、現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)使用。當(dāng)水位計(jì)用于水庫(kù)、水文站等水位測(cè)量時(shí)，處理器只需基本配置，電源外供。當(dāng)水位計(jì)用于量水建筑物，處理器由譯碼器、流量計(jì)算器、水位、流量顯示器、存儲(chǔ)器、流量輸出接口、電源組成。
權(quán)利要求
1.一種碼鼓水位計(jì)，其特征在于計(jì)量數(shù)碼采用碼鼓為載體，碼鼓采用螺旋式進(jìn)位方式，包含三種結(jié)構(gòu)全信息碼位結(jié)構(gòu)、同步分段碼位結(jié)構(gòu)、變速式分段碼位結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碼鼓水位計(jì)，其特征在于全信息碼編制平臺(tái)采用光信息存儲(chǔ)方式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碼鼓水位計(jì)，其特征在于同步分段碼位結(jié)構(gòu)和變速式分段碼位結(jié)構(gòu)的碼位分為低位循環(huán)碼和高位進(jìn)位碼，采用單點(diǎn)的電開(kāi)關(guān)碼；高位碼采用壓縮技術(shù)，即將最小重合段合并為一個(gè)新“計(jì)數(shù)位”，高位碼和低位碼之間設(shè)置糾錯(cuò)碼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碼鼓水位計(jì)，其特征在于讀碼器采用概率定位判讀技術(shù)，即用三點(diǎn)或五點(diǎn)方式進(jìn)行定位，并采用軌道鎖定。
全文摘要
本發(fā)明是一種碼鼓水位計(jì)。其特征在于計(jì)量數(shù)碼采用碼鼓為載體，碼鼓采用螺旋式進(jìn)位方式，包含三種結(jié)構(gòu)全信息碼位結(jié)構(gòu)、同步分段碼位結(jié)構(gòu)、變速式分段碼位結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有1.量程大能用于40米以內(nèi)的厘米級(jí)水位測(cè)量，適用于水庫(kù)、河道的水位測(cè)量。2.運(yùn)行可靠避免進(jìn)位裝置故障影響，能糾正機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生的(X方向)偏差，對(duì)其可靠性作了進(jìn)一步的保障。3.運(yùn)用靈活其操作和運(yùn)行方式可以根據(jù)需要靈活控制。4.多種用途將碼鼓水位計(jì)的碼位改成文字符號(hào)，可以用定位器直接讀數(shù)，成為一臺(tái)全量程的直讀水位計(jì)。5.準(zhǔn)確性高多重防止誤碼，輸出結(jié)果準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)G01F23/00GK1488920SQ02133899
公開(kāi)日2004年4月14日 申請(qǐng)日期2002年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月11日
發(fā)明者張堡, 施心陵, 張 堡 申請(qǐng)人:張堡, 張 堡