專利名稱：一種用于水壩浸潤線測量的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種水庫土石壩浸潤線測量裝置，具體涉及一種二線制壩體浸潤線測 量裝置。
背景技術：
由土石筑成的水庫壩體都存在不同程度的滲漏，當上游水位變化時，壩體內(nèi)的水浸深 度也跟著變化，這種水浸深度在壩體的不同位置有不同的數(shù)值，并沿壩體斷面形成一種分 布，這一分布即為壩體浸潤線。它是衡量水庫工程運行安全程度的重要指標，依據(jù)國家水 庫土石壩安全監(jiān)測規(guī)范，水庫管理人員必須定期進行人工觀測以便繪出壩體各斷面浸潤線， 據(jù)此來評價水庫工程運行是否安全。
目前建立的水壩浸潤線自動觀測系統(tǒng)是每個液位傳感器探頭敷設一條電纜將信號送 入管理中心的主控制器中。對于一座水庫，通常存在3 ~ 4個觀測斷面，而每個斷面布置 有4 ~ 5個測壓孔，這樣壩體上安裝的探頭可達十幾個或更多。由于這些測量孔距離管理 中心都超過幾百米，因此要把這些傳感器信號送入管理中心，就要埋設十幾條電纜?？紤] 到戶外防雷，這些電纜都必須穿入鍍鋅鋼管內(nèi)，并要挖溝埋于地下?？梢钥闯鲞@樣的系統(tǒng) 結構土建工程量大，工程造價高；另一方面，由于電纜數(shù)量多，感應雷擊的幾率也隨之大 大增加。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于客服現(xiàn)有技術的缺點，提出一種布線簡單、穿管容易、工程造 價和遭受感應雷擊的幾率大大降低的二線制水庫壩體浸潤線測量裝置。 本實用新型目的可以通過如下的技術方案來實現(xiàn)
一種用于水壩浸潤線測量的裝置，包括多個現(xiàn)場信號測量收發(fā)單元和主控制器；所述 多個現(xiàn)場信號測量收發(fā)單元通過兩根與主控制器連接的總線并聯(lián)連接，所述總線為帶屏蔽 層的電纜，屏蔽層接地；
所述主控制器包括載波信號整形放大電路甲、鎖相環(huán)頻率譯碼電路甲、信號編碼脈沖 輸出電路、微處理器甲、電源調(diào)整電路、液晶顯示屏LCD、 RS-232串行接口電平變換電路 和穩(wěn)壓電源；載波信號整形放大電路甲的輸入端接總線，其輸出端接鎖相環(huán)頻率譯碼電路 甲；信號編碼脈沖輸出電路、液晶顯示屏LCD、 RS-232串行接口電平變換電路和鎖相環(huán)頻率譯碼電路甲都分別與微處理器甲連接；穩(wěn)壓電源提供系統(tǒng)所需的直流電源，其正端經(jīng)電 源調(diào)整電路與總線一端連接，負端接總線另外一端；
所述現(xiàn)場信號測量收發(fā)單元包括雷電浪涌吸收電路、DC-DC電源變換器、載波信號整 形放大電路乙、鎖相環(huán)頻率譯碼電路乙、微處理器乙、電源控制晶體管開關、液位傳感器、 取樣電阻、模/數(shù)轉換器和地址設置電路；雷電浪涌吸收電路跨接于總線之間，另外一端接 地；DC-DC電源變換器的輸入端接總線，輸出端與微處理器乙和載波信號整形放大電路乙 連接；載波信號整形放大電路乙的輸入端與總線相接，輸出端與鎖相環(huán)頻率譯碼電路乙連 接，鎖相環(huán)頻率譯碼電路乙與微處理器乙相連接；液位傳感器一端接電源控制晶體管，另 一端與取樣電阻相串聯(lián)，模/數(shù)轉換器一端接取樣電阻，另一端與微處理器乙相連接；地址 設置電路也與微處理器乙相接；液位傳感器放置在測壓管內(nèi)。
為進一步實現(xiàn)本實用新型目的，所述主控制器被封裝于儀表箱內(nèi)，放置在管理中心。 所述每個現(xiàn)場信號測量收發(fā)單元被密封于防水鋁盒內(nèi)，并通過防雨接線盒掛接在總線上。
所述雷電浪涌吸收電路由跨接在兩總線之間兩串接的放電管和兩串接的瞬變抑制二極 管連接組成；放電管之一、瞬變抑制二極管之一的一端分別與總線的P0W1端子連接，另一 端接大地，放電管之二和瞬變抑制二極管之二的一端與總線的P0W2端子連接，另一端接大 地。
所述雷電浪涌吸收兩放電管為EPCOS-75型放電管；所述瞬變抑制二極管1. 5KE36CA型 二極管。
所述微處理器甲為AT89C52型微處理器。
本實用新型有如下優(yōu)點和積極效果①由于釆用二線結構，供電和數(shù)據(jù)傳輸都在同一 總線上完成，大大簡化了系統(tǒng)的穿管和布線工作，材料消耗和土建工程量大大減少，使得 系統(tǒng)造價大幅下降。②數(shù)據(jù)編碼采用頻率形式，傳輸過程中即便受到某些干擾，也能夠在 接收端通過濾波等措施加以濾除，因此能夠保證數(shù)據(jù)長距離穩(wěn)定傳輸而不發(fā)生誤碼。③因 為需要敷設的導線數(shù)量大大減少，加之采用屏蔽電纜且穿過鍍鋅鋼管并埋于地溝里，所以 遭受感應雷擊的幾率大大降低。④主控制器帶有本地液晶顯示器LCD，可以將現(xiàn)場參數(shù)顯 示出來。 系統(tǒng)還設計了 RS-232異步串行接口，方便與上位計算機進行連接，將現(xiàn)場參 數(shù)送入計算機中的數(shù)據(jù)庫中進行存儲，供査詢、拷貝以及生成報表等需要。

圖1為本實用新型水庫壩體浸潤線觀測斷面示意圖；圖2為水庫壩體浸潤線觀測現(xiàn)場平面結構示意圖； 圖3為主控制器結構示意圖； 圖4為現(xiàn)場信號收發(fā)單元結構示意圖； 圖5為現(xiàn)場信號收發(fā)單元電氣原理圖； 圖6為主控制器電氣原理圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型做進一步詳細說明。
如圖1、 2所示，壩體1每隔一定距離確定一個觀測斷面2，在每一觀測斷面2中每隔 一定距離鉆一孔，每一觀測斷面測壓孔4旁設置一個現(xiàn)場信號測量收發(fā)單元3，現(xiàn)場信號 測量收發(fā)單元的液位傳感器放置在孔內(nèi)。本實用新型一種用于水壩浸潤線測量的裝置包括 多個現(xiàn)場信號測量收發(fā)單元3和主控制器5;現(xiàn)場信號測量收發(fā)單元被密封于防水鋁盒內(nèi)， 并通過防雨接線盒掛接在帶屏蔽層的總線6上。多個現(xiàn)場信號測量收發(fā)單元3通過兩根與 主控制器5連接的總線6并聯(lián)連接，屏蔽層接地?？偩€6為帶屏蔽層的電纜。
如圖3所示，主控制器5包括載波信號整形放大電路甲7、鎖相環(huán)頻率譯碼電路甲9、 信號編碼脈沖輸出電路8、微處理器甲10、電源調(diào)整電路11、液晶顯示屏12、 RS-232串 行接口電平變換電路13和穩(wěn)壓電源；載波信號整形放大電路甲7的輸入端與總線6相接， 其輸出端與鎖相環(huán)頻率譯碼電路甲17相連接。信號編碼脈沖輸出電路8、液晶顯示屏12、 RS-232串行接口電平變換電路13和鎖相環(huán)頻率譯碼電路甲9都分別與微處理器甲IO連接； 穩(wěn)壓電源提供系統(tǒng)所需的直流電源，其正端經(jīng)電源調(diào)整電路11與總線一端6連接，負端直 接與總線6另外一端連接。所述主控制器5被封裝于儀表箱內(nèi)，放置在管理中心。
如圖4所示，現(xiàn)場信號測量收發(fā)單元3包括雷電浪涌吸收電路14、 DC-DC電源變換器 15、載波信號整形放大電路乙16、鎖相環(huán)頻率譯碼器乙17、微處理器乙20、電源控制晶 體管開關18、液位傳感器21、取樣電阻22、模/數(shù)轉換器19和地址設置電路23。雷電浪 涌吸收電路14跨接于總線6之間，另外一端接地；DC-DC電源變換器15與總線6連接， 并與微處理器乙和載波信號整形放大電路乙16連接，其輸入來自總線上的電壓，其輸出是 +5乂電壓，與各個集成電路相連接，給它們供電；載波信號整形放大電路乙16的輸入端與 總線相接，輸出端與鎖相環(huán)頻率譯碼乙17電路連接，鎖相環(huán)頻率譯碼電路乙17與微處理 器乙20相連接；液位傳感器21—端接電源控制晶體管18，另一端與取樣電阻22相串接， 模/數(shù)轉換器19一端接取樣電阻22,另一端與微處理器乙20相連接；地址設置電路23也 與微處理器乙20相接；液位傳感器21放置在測壓管內(nèi)。如圖5所示，雷電浪涌吸收電路14由兩串接的放電管和兩串接瞬變抑制二極管連接 組成，都跨接在兩總線6之間。放電管之一FL1、瞬變抑制二極管之一VD1的一端分別與 總線6的P0W1端子連接，另一端接大地，放電管之二 FL2和瞬變抑制二極管之二 VD2的一 端與總線6的POW2端子連接，另一端接大地，放電管的作用是當線路電壓因為雷電感應超 過其額定值時，就會產(chǎn)生放電，將感應電流泄放到大地，從而保護用電設備免遭損壞。瞬 變抑制二極管跨VD1、 VD2作用類似放電管，只是它們的動作電壓比放電管更低。
DC-DC電源變換器15由肖特基二極管VZ2、電感Ll、開關穩(wěn)壓集成電路IC1、電容Cl、 C2、 C3、 C4共同構成，負責把總線上的+24V電源變換成+5.0V直流電源，其輸出與各個集 成電路相連接，給它們供電。為減小電路功率消耗，開關穩(wěn)壓集成電路IC1選用LM2576— 5.0型開關穩(wěn)壓集成電路芯片。電容C1、 C2并接在開關穩(wěn)壓集成電路IC1的①腳和信號地 之間，肖特基二極管VZ2—端接開關穩(wěn)壓集成電路IC1的②腳，另一端與信號地連接，電 感Ll跨接在開關穩(wěn)壓集成電路IC1的②腳和④腳之間，電容C3、 C4并接于開關穩(wěn)壓集成 電路IC1的④腳和信號地之間，起濾波作用。
載波信號整形放大電路乙16由電阻R1、 R2、 R3、 R4、 R9、電容C6、 C7和晶體管Q6 連接組成，這是一個帶有電流串聯(lián)和電壓并聯(lián)負反饋的晶體管交流放大電路，它將總線上 微弱的交流脈沖頻率載波信號放大到后級要求的電平幅值。電容C6、 C7起著隔離直流信號 的作用。載波信號整形放大電路乙16與鎖相環(huán)頻率譯碼電路乙17連接，鎖相環(huán)頻率譯碼 電路乙由電容C8、 C9、 CIO、電阻RIO、 R16、電位器W3、頻率譯碼集成電路IC2連接組成。 電阻R16、電位器W3和電容C10用來調(diào)節(jié)頻率譯碼集成電路IC2的中心接收頻率，使它與 主控制器發(fā)出的信號頻率保持一致。IC2是一片鎖相環(huán)音頻譯碼集成電路，它能夠把載波 信號整形放大電路乙16送來的一定頻率的脈沖載波解調(diào)為TTL邏輯的高、低電平流，微處 理器乙20按照事先確定的通信協(xié)議讀取這串高、低電平流，并將它們組裝成數(shù)值，從而得 到主控制器發(fā)出的地址和命令?，F(xiàn)場單元地址設置電路23是由四位DIP微動開關實現(xiàn)的， 按二進制編碼，可以獲得16個不同地址。當現(xiàn)場單元收到的巡檢地址與本單元地址一致時， 就打開由電阻R5、 R7、 R12、晶體管Q8、 Q9組成的電源控制開關18，給液位傳感器21和 模/數(shù)轉換器19供電。液位傳感器21是工業(yè)標準儀表，其輸出的4一20mA電流信號經(jīng)取樣 電阻22變成1一5V的電壓信號送給模/數(shù)轉換器19,在微處理器乙20的控制下，模/數(shù)轉 換器19將液位模擬信號轉換成數(shù)字量，微處理器乙20讀取這個實時液位數(shù)值，并與本單 元的地址信息進行組合，按照一定格式編碼成某一頻率的脈沖串經(jīng)過晶^f管Q7和穩(wěn)壓二極 管VZ3發(fā)送到總線6上。圖5中，雷電浪涌吸收兩放電管的型號都可選EPC0S-75，兩串接瞬變抑制二極管的型 號都可選1. 5KE36CA，鎖相環(huán)頻率譯碼器乙IC2的型號選LM567，微處理器乙IC3的型號選 AT89C2051，模/數(shù)轉換器IC4的型號選TLC549，液位傳感器YW選購KYB19xxx系列(康宇 測控儀器儀表有限公司)，取樣電阻R11取250Q。液位傳感器要放置在測壓管內(nèi)，現(xiàn)場單 元要密封于防水鋁盒內(nèi)。
如圖6所示，主控制器包括載波信號整形放大電路甲7、信號編碼脈沖輸出電路8、 鎖相環(huán)頻率譯碼電路甲9、微處理器甲10、電源調(diào)整電路11、液晶顯示屏12、 RS-232串 行接口電平變換電路13， +24￥和+5￥穩(wěn)壓電源以及電氣線路板。載波信號整形放大電路甲 7由電阻Rl、 R2、 R3、 R4、 R5、電容Cl、 C2、晶體管Q3構成；鎖相環(huán)頻率譯碼電路甲9 由電容C5、 C6、 C7、電阻R9、 RIO、電位器W1組成；其作用與現(xiàn)場單元的載波信號整形放 大電路和頻率譯碼電路一樣。電源調(diào)整電路ll由二極管D1、 D2、電阻R6、 R8、晶體管Ql 組成、它的作用是使得總線6上的P0W1的電平會隨著編碼脈沖信號的輸出而自動調(diào)整其幅 度，從而完成信號載波任務。RS-232串行接口電平變換電路13由電容C9、 CIO、 Cll、 C12 和集成電路IC3組成，將微處理器內(nèi)的異步串行口的TTL電平邏輯變換成符合RS-232協(xié)議 標準的電平。微處理器甲IO作為整個系統(tǒng)的核心， 一是要輪流巡檢現(xiàn)場各個分單元、將單 元的地址信息和讀命令信息進行組合，并按照一定格式編碼成某一頻率的脈沖串，經(jīng)電阻 R7、晶體管Q2和穩(wěn)壓二極管VZ1組成的輸出電路發(fā)送到總線上；二是完成現(xiàn)場單元信號解 碼；三是將收到的現(xiàn)場參數(shù)送液晶顯示器12進行顯示；四是把數(shù)據(jù)經(jīng)RS-232串行接口上 傳到管理計算機供貯存和打印。
圖6中，微處理器甲IC1的型號選AT89C52、鎖相環(huán)頻率譯碼器甲IC2的型號選LM567、 RS-232串行接口電平變換電路的型號選MAX232、液晶顯示器的型號選TG128X64、電源調(diào) 整晶體管Ql要承載較大功率，其型號可選功率晶體管TIP42B。主控制器與現(xiàn)場單元距離 遠，要用帶屏蔽層的護套電纜進行連接，而且屏蔽層要接大地。電纜型號可選用RWP 2*0.75。
使用時包括下述步驟①在水庫壩體上選三個典型斷面，按水力學要求在每個斷面 上鉆出4個測壓孔并進行處理。②購買與測壓孔等量的液位傳感器并置放其中。③按圖 5所示的現(xiàn)場信號處理單元電氣原理圖制作印刷線路板，并將圖中各元件焊接在印刷線路 板上。④按圖6所示的主控制器電氣原理圖制作印刷線路板，并將圖中各元件焊接在印 刷線路板上。⑤從壩體現(xiàn)場到管理中心挖一條30 50cm深的地溝，將一條帶屏蔽的護套 雙芯電纜(芯線標稱截面0.75ram2)穿過鍍鋅鋼管從壩體現(xiàn)場引向管理中心，將鍍鋅鋼管埋在地溝里并回填。鋼管與鋼管之間必須可靠連接，接頭處不得使用生料帶等絕緣物，以保 證良好導電性。⑥將各現(xiàn)場單元通過防雨接線盒接于上述總線上并設置好地址。⑦將上述 鋼管和電纜屏蔽層與接地網(wǎng)連接。完成上述工作后即可上電工作。本實用新型設計人按上 述方法建造的用于水壩浸潤線測量的裝置在某小型水庫的浸潤線監(jiān)測中，乙獲得了成功的 應用。
權利要求1、一種用于水壩浸潤線測量的裝置，包括多個現(xiàn)場信號測量收發(fā)單元和主控制器；其特征在于所述多個現(xiàn)場信號測量收發(fā)單元通過兩根與主控制器連接的總線并聯(lián)連接，所述總線為帶屏蔽層的電纜，屏蔽層接地；所述主控制器包括載波信號整形放大電路甲、鎖相環(huán)頻率譯碼電路甲、信號編碼脈沖輸出電路、微處理器甲、電源調(diào)整電路、液晶顯示屏LCD、RS-232串行接口電平變換電路和穩(wěn)壓電源；載波信號整形放大電路甲的輸入端接總線，其輸出端接鎖相環(huán)頻率譯碼電路甲；信號編碼脈沖輸出電路、液晶顯示屏LCD、RS-232串行接口電平變換電路和鎖相環(huán)頻率譯碼電路甲都分別與微處理器甲連接；穩(wěn)壓電源提供系統(tǒng)所需的直流電源，其正端經(jīng)電源調(diào)整電路與總線一端連接，負端接總線另外一端；所述現(xiàn)場信號測量收發(fā)單元包括雷電浪涌吸收電路、DC-DC電源變換器、載波信號整形放大電路乙、鎖相環(huán)頻率譯碼電路乙、微處理器乙、電源控制晶體管開關、液位傳感器、取樣電阻、模/數(shù)轉換器和地址設置電路；雷電浪涌吸收電路跨接于總線之間，另外一端接地；DC-DC電源變換器的輸入端接總線，輸出端與微處理器乙和載波信號整形放大電路乙連接；載波信號整形放大電路乙的輸入端與總線相接，輸出端與鎖相環(huán)頻率譯碼電路乙連接，鎖相環(huán)頻率譯碼電路乙與微處理器乙相連接；液位傳感器一端接電源控制晶體管，另一端與取樣電阻相串聯(lián)，模/數(shù)轉換器一端接取樣電阻，另一端與微處理器乙相連接；地址設置電路也與微處理器乙相接；液位傳感器放置在測壓管內(nèi)。
2、 根據(jù)權利要求l所述的一種用于水壩浸潤線測量的裝置，其特征在于所述主控制 器被封裝于儀表箱內(nèi)，放置在管理中心。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種用于水壩浸潤線測量的裝置，其特征在于所述每個現(xiàn) 場信號測量收發(fā)單元被密封于防水鋁盒內(nèi)，并通過防雨接線盒掛接在總線上。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種用于水壩浸潤線測量的裝置，其特征在于所述雷電浪 涌吸收電路由跨接在兩總線之間兩串接的放電管和兩串接的瞬變抑制二極管連接組成；放 電管之一、瞬變抑制二極管之一的一端分別與總線的P0W1端子連接，另一端接大地，放電 管之二和瞬變抑制二極管之二的一端與總線的P0W2端子連接，另一端接大地。
5、 根據(jù)權利要求4所述的一種用于水壩浸潤線測量的裝置，其特征在于所述雷電浪 涌吸收兩放電管為EPC0S-75型放電管；所述瞬變抑制二極管1. 5KE36CA型二極管。
6、 根據(jù)權利要求1所述的一種用于水壩浸潤線測量的裝置，其特征在于所述微處理 器甲為AT89C52型微處理器。
專利摘要本實用新型公開了一種用于水壩浸潤線測量的裝置，包括多個現(xiàn)場信號測量收發(fā)單元和主控制器，多個現(xiàn)場信號測量收發(fā)單元通過兩根與主控制器連接的總線并聯(lián)連接，總線為帶屏蔽層的電纜，屏蔽層接地；主控制器的載波信號整形放大電路甲的輸入端接總線，其輸出端接鎖相環(huán)頻率譯碼電路甲；現(xiàn)場信號測量收發(fā)單元的雷電浪涌吸收電路跨接于總線之間，另外一端接地；DC-DC電源變換器的輸入端接總線，輸出端與微處理器乙和載波信號整形放大電路乙連接；液位傳感器放置在測壓管內(nèi)。由于采用二線結構，供電和數(shù)據(jù)傳輸都在同一總線上完成，簡化了穿管和布線工作，材料消耗和土建工程量減少，遭受感應雷擊的幾率也降低。
文檔編號G01F23/14GK201225909SQ20082005146
公開日2009年4月22日 申請日期2008年7月29日 優(yōu)先權日2008年7月29日
發(fā)明者胡興剛 申請人:華南理工大學