專利名稱：自動水位計檢測儀及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種用于檢測水エ、河エ和港エ模型試驗用自動水位計性能的設(shè)備，更具體地說它是一種自動水位計檢測儀。本發(fā)明還涉及到這種自動水位計檢測儀的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在水エ、河エ和港エ等流體模型試驗中水位測量是經(jīng)常要用的測量項目，常用的測量手段主要有人工用水位測針測量和采用自動水位計測量。隨著計算機和自動控制技術(shù)的發(fā)展，模型試驗中采用各種類型的自動水位計的比例也在逐漸増大。隨著國家對計量認(rèn)證的重視和計量認(rèn)證管理工作的推廣，模型試驗中所使用的儀器設(shè)備都必須按照計量認(rèn)證的要求進行定期檢測，經(jīng)檢測合格取得合格標(biāo)識的儀器設(shè)備才能夠使用。模型試驗所用的自動水位計按照計量認(rèn)證的要求也需要進行定期檢測校驗。由于模型試驗儀器設(shè)備專業(yè)性較強，且需求量不大，這些自動水位計基本上是相關(guān)科研単位自行開發(fā)研究小批量生產(chǎn)滿足自用的，或者少量銷售到國內(nèi)相關(guān)單位使用。對這些自動水位計的定期檢測校驗通常采用各単位的專業(yè)人員自行檢測校驗。自行檢測校驗所采用的方法為數(shù)據(jù)比對法，即用已知高程或已知變化量對比檢測自動水位計的測量讀數(shù)，分析自動水位計的測量數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的是否存在誤差，并判斷其測量誤差程度和測量范圍能否滿足或達(dá)到模型試驗的測量指標(biāo)。檢測工具使用水エ水位測針或光柵尺，在水位測針或光柵尺的動尺上固定ー個盛水的水杯，人工調(diào)節(jié)水杯的高度以模擬水位的變化，由檢測人員讀取并且記錄水位測針或光柵尺的數(shù)據(jù)及自動水位計的測量數(shù)據(jù)，進行分析對比作出判斷。人工檢測的主要問題是檢測效率低，除校驗測量誤差程度外，對自動水位計的其他性能指標(biāo)無法用常規(guī)方法檢出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于克服上述現(xiàn)有背景技術(shù)的不足之處，而提供ー種自動水位計檢測儀。它可作為檢測各種常用自動水位計的公共檢測平臺。本發(fā)明的第二目的為提供上述的自動水位計檢測儀在測量中的應(yīng)用。本發(fā)明的目的是通過如下措施來達(dá)到的自動水位計檢測儀，其特征在于它包括計算控制數(shù)據(jù)處理器，載水升降臺驅(qū)動部分，運動位移測量部分，同步測量部分，被測水位計信息交換部分和電源部分，所述的計算控制數(shù)據(jù)處理器分別與載水升降臺驅(qū)動部分，運動位移測量部分，同步測量部分和被測水位計信息交換部分單獨連接，電源部分提供設(shè)備所需的工作電源。在上述技術(shù)方案中，所述的運動位移測量部分包括有線性光柵尺，所述的線性光柵尺量程為lm，分辨率為ιμπι(微米)，測量誤差小于±3 μ m，線性光柵尺的動尺與載水升降臺剛性相連，使載水升降臺位移信息可由線性光柵尺反映出來。在上述技術(shù)方案中，所述的載水升降臺驅(qū)動部分采用C5級滾珠絲杠傳動，行程Im (米)，滾珠絲杠的導(dǎo)程為5mm (毫米)，滾珠絲杠采用步進電機驅(qū)動，所述步進電機分辨率為O. 003125mm,工作速度0-80mm/s,重復(fù)定位誤差小于O. 01mm。自動水位計檢測儀的應(yīng)用，它在用于探測式或稱點接觸式自動跟蹤水位計，超聲波水位測量儀，壓カ式水位測量儀的測量誤差程度檢測，及探測式自動跟蹤水位計的采樣頻率和跟蹤速度檢測中的應(yīng)用。本發(fā)明檢測儀通過計算機控制與檢測，實現(xiàn)對自身載水升降平臺的升降速度、位移、運行時間的控制及運行參數(shù)等信息的數(shù)據(jù)管理，載水升降平臺與高精度線性光柵尺的動尺聯(lián)動，從而模擬水位的變化，將得到的該升降平臺的上述運動信息與被檢自動水位計在同步運行狀態(tài)下檢測到的數(shù)據(jù)進行比對與分析，從而得到被檢測自動水位計的性能參數(shù)。


圖I為本發(fā)明自動水位計檢測儀的結(jié)構(gòu)方框圖。圖中I.計算控制數(shù)據(jù)處理器，2.載水升降臺驅(qū)動部分，3.運動位移測量部分，4.同步測量部分，5.電源部分，6.被測水位計信息交換部分。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施情況，但它們并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定，僅 作舉例而己。同時通過說明本發(fā)明的優(yōu)點將變得更加清楚和容易理解。參閱附圖可知本發(fā)明自動水位計檢測儀，其特征在于它包括計算控制數(shù)據(jù)處理器1，載水升降臺驅(qū)動部分2，運動位移測量部分3，同步測量部分4，電源部分5和被測水位計信息交換部分6，所述的計算控制數(shù)據(jù)處理器I分別與載水升降臺驅(qū)動部分2，運動位移測量部分3，同步測量部分4和被測水位計信息交換部分6單獨連接，電源部分5提供設(shè)備所需的工作電源。。運動位移測量部分3包括有線性光柵尺，所述的線性光柵尺量程為lm，分辨率為
Iμ m，測量誤差不大于±3 μ m，所述的線性光柵尺的動尺與載水升降臺剛性相連，使載水升降臺位移信息可由線性光柵尺反映出來。載水升降臺驅(qū)動部分2采用C5級滾珠絲杠傳動，行程lm，滾珠絲杠的導(dǎo)程為5mm，滾珠絲杠采用步進電機驅(qū)動，所述步進電機分辨率為O. 003125mm，工作速度0-80mm/s，重復(fù)定位誤差小于O. 01mm，最大靜轉(zhuǎn)矩I. 2Nm，額定工作電流2. 8A，垂直負(fù)載50Kg。自動水位計檢測儀的應(yīng)用，它在用于探測式自動跟蹤水位計，超聲波水位測量儀，壓カ式水位測量儀的測量誤差程度檢測，及探測式自動跟蹤水位計的采樣頻率和跟蹤速度檢測中的應(yīng)用。目前在模型試驗中使用的自動水位計從工作原理上分類，常用的有探測式自動跟蹤水位計，超聲波水位測量儀，壓カ式水位測量儀等。因此本發(fā)明的檢測對象就是針對上述自動水位計，重點是檢測探測式自動跟蹤水位計。主要為滿足計量認(rèn)證的要求提供自動水位計的測量誤差分析報告，同時也提供包括測量范圍、誤差程度、跟蹤速度、采樣周期等性能指標(biāo)的檢測。在模型試驗中使用的自動水位計的主要特點是測量精度高，分辨率高，可靠性、穩(wěn)定性好能適合長時間連續(xù)工作。為了能夠檢測這些自動水位計，本發(fā)明自動水位計檢測儀的運行速度、定位精度等性能指標(biāo)需要相應(yīng)地高于被檢測水位計，進而保證檢測效果。其中誤差程度檢測校驗所采用的方法為數(shù)據(jù)比對法，由計算機自動按給定的時長控制升降臺從低到高或從高到低模擬出不同水位的升降變化，然后將自動水位計在此期間的測量數(shù)據(jù)與這些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進行比較，分析誤差，并作出判斷其測量誤差程度和測量范圍能否滿足或達(dá)到模型試驗的測量指標(biāo)。為了便于理解其他檢測項目方 法，先簡要介紹ー下探測式自動水位計的工作過程:探測式自動水位計的工作過程通常有水位測針從基準(zhǔn)高程或某一高程下降檢測水面，當(dāng)檢測到水面后，記錄保存當(dāng)前水位值，同時將測針提升到一定的高度(通常是5_左右)，然后間歇一段時間，間歇時間根據(jù)模型使用需求不同可以設(shè)定，通常從I秒到10分鐘內(nèi)選擇，間歇時間到后，開始下一個測量周期。根據(jù)自動水位計的工作原理和測量功能，我們需要檢測自動水位計的最高采樣頻率或最小測量周期以及跟蹤速度，用以反映自動水位計對水波的適應(yīng)能力。由上所述采樣頻率和跟蹤速度檢測是指最高采樣頻率和最快跟蹤速度檢測。因此在檢測前需要將被檢自動水位計的測量間歇時間調(diào)整到最小值。采樣頻率或測量周期檢測采用保持升降臺不動(水位恒定)，同步測量被測自動水位計的測針第一次入水至第二次入水的時間，即得到被測自動水位計的最小測量周期。跟蹤速度檢測采用升降臺以設(shè)定的速度連續(xù)變化，比如模擬水位連續(xù)下降，同步測量被測自動水位計的測針第一次入水至第二次入水的時間，根據(jù)在該時間內(nèi)，已知水位變化的距離和該時間與最小測量周期的差值，即可計算出被測自動水位計的最大跟蹤速度。本發(fā)明檢測儀所檢測的超聲波水位測量儀，指那種傳感器在水面上方通過空氣反射的自動水位計，檢測時將超聲波水位測量儀固定在升降臺的上方即可進行檢測。本發(fā)明檢測儀所檢測的壓カ式水位測量儀是通過連通管連接升降臺上的盛水容器和壓カ傳感器進行檢測。根據(jù)本發(fā)明檢測儀的運行速度、定位精度等性能指標(biāo)需要相應(yīng)地高于被檢測水位計，進而保證對其的檢測效果的要求。另外根據(jù)模型試驗規(guī)范要求水位計測量誤差不大于±0. Imm及模型試驗用自動水位計測量范圍通常小于Im的情況，我們首先選定檢測校驗儀的位移計量采用高精度線性光柵尺，型號SGC_4. 2,量程Im,分辨率為Ium,測量誤差不大于±3um。因為載水升降臺要求的加工精度比較高，普通的加工很難達(dá)到其需求精度，通過核實和比較，選用數(shù)控機床線性模組能滿足系統(tǒng)要求精度。該線性模組采用C5級滾珠絲杠傳動，行程lm，絲桿的導(dǎo)程為5mm，采用步進電機驅(qū)動，分辨率(8細(xì)分)為O. 003125mm,工作速度0-80mm/s (可調(diào)節(jié))，重復(fù)定位誤差< O. Olmm,最大靜轉(zhuǎn)矩I. 2Nm,額定工作電流
2.8A，垂直負(fù)載50kg。系統(tǒng)定位誤差(光柵尺測量誤差+模組定位誤差)く O. 015mm。同步測量模塊包括水面探測采樣和周期測量，工作原理就是利用被測自動水位計的水位探針和探針驅(qū)動裝置與水位計同步獲取水面信號，記錄相鄰兩次水面信號的時長，即可得到該測量周期，同時根據(jù)載水升降臺的位置變化信息和測量周期的變化關(guān)系，可計算出被測自動水位計的跟蹤速度。被測水位計信息交換部分是建立一個自動水位計的數(shù)據(jù)庫，保存被檢測水位計的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，以適應(yīng)各種不同的水位計信息處理。測控計算機在測控系統(tǒng)軟件的指揮下負(fù)責(zé)自動水位計檢測儀的計算控制、數(shù)據(jù)處
理等工作。
電源部分負(fù)責(zé)提供設(shè)備所需的工作電源。其它未說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.自動水位計檢測儀，其特征在于它包括計算控制數(shù)據(jù)處理器(I)，載水升降臺驅(qū)動部分(2)，運動位移測量部分(3)，同步測量部分(4)，電源部分(5)和被測水位計信息交換部分￠)，所述的計算控制數(shù)據(jù)處理器(I)分別與載水升降臺驅(qū)動部分(2)，運動位移測量部分(3)，同步測量部分(4)和被測水位計信息交換部分(6)單獨連接，電源部分(5)提供設(shè)備所需的工作電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動水位計檢測儀，其特征在于所述的運動位移測量部分(3)包括有線性光柵尺，所述的線性光柵尺量程為lm，分辨率為Iy m，測量誤差小于±3 ym，所述的線性光柵尺的動尺與載水升降臺剛性相連，使載水升降臺位移信息可由線性光柵尺反映出來。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動水位計檢測儀，其特征在于所述的載水升降臺驅(qū)動部分(2)采用C5級滾珠絲杠傳動，行程lm，滾珠絲杠的導(dǎo)程為5mm，滾珠絲杠采用步進電機驅(qū)動，所述步進電機分辨率為0. 003125mm，重復(fù)定位誤差小于0. 01mm。
4.自動水位計檢測儀的應(yīng)用，其特征在于它用于探測式或稱點接觸式自動跟蹤水位計，超聲波水位測量儀，壓力式水位測量儀的測量精度檢測，及探測式自動跟蹤水位計的采樣頻率和跟蹤速度檢測中的應(yīng)用。
全文摘要
自動水位計檢測儀，它包括計算控制數(shù)據(jù)處理器(1)，載水升降臺驅(qū)動部分(2)，運動位移測量部分(3)，同步測量部分(4)，電源部分(5)和被測水位計信息交換部分(6)，所述的計算控制數(shù)據(jù)處理器(1)分別其它部分單獨連接。本發(fā)明檢測儀通過計算機控制與檢測，實現(xiàn)對自身載水升降平臺的升降速度、位移、運行時間的控制及運行參數(shù)等信息的數(shù)據(jù)管理，將得到的該升降平臺的上述運動信息與被檢自動水位計在同步運行狀態(tài)下檢測到的數(shù)據(jù)進行比對與分析，從而得到被檢測自動水位計的性能參數(shù)。本發(fā)明還涉及這種自動水位計檢測儀的應(yīng)用。
文檔編號G01F25/00GK102661775SQ20121012591
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者張文二, 張細(xì)兵, 徐海濤, 朱勇輝, 胡向陽, 許明 申請人:長江水利委員會長江科學(xué)院