專利名稱：采用基準(zhǔn)水位的浮子式水位計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬浮子式水位計的技術(shù)范疇，特別涉及一種采用基準(zhǔn)水位的浮子式水位計。
背景技術(shù)：
水利是農(nóng)業(yè)的命脈、工業(yè)和生活的基礎(chǔ)設(shè)施，水利設(shè)施的安全高效運行有賴于水文部門的支持；水文數(shù)據(jù)的實時精確采集與報送是防汛抗旱科學(xué)指揮、水資源優(yōu)化配置的重要依據(jù)，其中水位數(shù)據(jù)是掌握水情的最基本要素之一。傳統(tǒng)的水位測報工具是人工水位尺，現(xiàn)代化的水位測量則借助水位自動采集報送系統(tǒng)。水位采集報送系統(tǒng)大多位于偏遠的河川、水庫，無人值守長年運行，因此系統(tǒng)的可靠性是必要的；鑒于水位采集報送系統(tǒng)的江河警戒水位(水庫相應(yīng)的是防洪高水位)擁有特殊的重要意義，此時系統(tǒng)的可靠性應(yīng)具備更高的級別、即使這種高級別可靠性是在水位測量精度有所下降時實現(xiàn)的；另一方面，隨著《水文自動測報規(guī)范》(SL61-2003)的實施，提高水位的測量精度、以及水位計自身的準(zhǔn)確度(0.3級)也是必需的。我國水情自動測報技術(shù)的研發(fā)始于20世紀(jì)70年代，水位計按傳感器分類有:浮子式水位計、壓力式水位計、電容式水位計、氣泡式水位計、超聲波水位計、激光測距水位計等，其中氣泡式水位計、超聲波水位計和激光測距水位計為非接觸式水位計。浮子式水位計歷史悠久，具有結(jié)構(gòu)簡單、運維簡便、性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟耐用等一系列優(yōu)點，在水文站、水庫、水電廠獲得廣泛應(yīng)用；浮子式水位計誕生至今始終占據(jù)著水位計的主導(dǎo)地位。盡管不乏挑戰(zhàn)者，即采用新原理的水位傳感器:如基于壓力、電容、超聲波、激光等感知水位的傳感器；皆因挑戰(zhàn)者的綜合技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)(對環(huán)境的要求、易用性、測量精度、量程范圍、總體擁有成本(TCO)等)較浮子式遜色，尚無法撼動浮子式水位計的主導(dǎo)地位。浮子式水位計包括浮子感測傳感器系統(tǒng)，軸角編碼器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理通信系統(tǒng)。目前，光電軸角編碼器已全面取代早期的電位器，浮子(水位)位移通過軸角編碼器以數(shù)字編碼的方式輸出至數(shù)據(jù)處理通信系統(tǒng)；現(xiàn)有技術(shù)條件下，光電軸角編碼器的精度、可靠性完全能滿足《水文自動測報規(guī)范》的要求。浮子式水位計的數(shù)據(jù)處理通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理單元和通信單元組成；微電子學(xué)的進步和巨磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)使數(shù)據(jù)處理單元的處理能力、存儲容量有了質(zhì)的飛躍，應(yīng)對變化相對緩慢、數(shù)量相對有限的水文數(shù)據(jù)綽綽有余；通信單元可借鑒局(廣)域無線通信的科研成果，例如水文站范圍內(nèi)構(gòu)建ZigBee局域無線網(wǎng)絡(luò)、水文站與上級水文中心采用電信運營商無線公網(wǎng)和防汛超短波專網(wǎng)組成的主副雙網(wǎng)(通信信道)交換信息，達到《水文自動測報規(guī)范》“通信信道應(yīng)遵循優(yōu)先采用電信公網(wǎng)和已建防汛專網(wǎng)”的要求；鑒于水文站通過internet、防汛超短波專網(wǎng)與上級水文中心交換信息的技術(shù)屬公知知識，本實用新型僅圍繞電信運營商TD-SCDMA公網(wǎng)展開討論。浮子式水位計的軟肋是浮子感測傳感器系統(tǒng)，浮子式傳感器精度較低、誤差偏大且呈累計特征，水位測量精度達標(biāo)《水文自動測報規(guī)范》缺乏有效的誤差校正技術(shù)；此外，確保特別重要的警戒水位(防洪高水位)等數(shù)據(jù)不缺失，亦缺少有針對性的高可靠性保障技術(shù)。浮子式傳感器安裝在測井平臺上；感應(yīng)水位變化的浮子通過鋼絲繩連接配重，鋼絲繩纏繞在計程輪上，而計程輪通過齒輪組與軸角編碼器連接作圓周運動；浮子隨水位變化呈現(xiàn)漲落的直線運動，經(jīng)鋼絲繩帶動計程輪和編碼器轉(zhuǎn)動，水位漲落的直線運動映射為軸角編碼器的轉(zhuǎn)角編碼，轉(zhuǎn)角編碼輸出至數(shù)據(jù)處理通信系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理通信系統(tǒng)根據(jù)輸入的轉(zhuǎn)角編碼，或直接將軸角編碼器的編碼、或換算得到水位值，上傳至水文中心。浮子式水位計在水文站、水庫、水電廠的長期使用過程中，由于測量原理和儀表結(jié)構(gòu)方面的固有局限性，不可避免的瑕疵充分暴露。首先，鋼絲繩與計程輪之間的滑動會產(chǎn)生誤差，當(dāng)鋼絲繩的升降運動方向變化時、因齒輪組的傳動副存在間隙，則會產(chǎn)生更大的回位誤差；鋼絲繩與計程輪生銹也會導(dǎo)致誤差，甚至使傳感器失效。其次，鋼絲繩存在跳槽與卡繩現(xiàn)象，輕者水位值失真、重者水位計失效，洪水期間警戒水位等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的缺失是無法容忍的、后果是災(zāi)難性的。第三，浮子隨水位變化作漲落的直線運動時，鋼絲繩自重造成浮子吃水深度的微變亦引入誤差。必須指出，上述誤差呈累計特征:誤差一旦產(chǎn)生將持續(xù)迭加；水位計無法自校，檢修保養(yǎng)時才可重新標(biāo)定。浮子式水位計的瑕疵直接影響了測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量，給水位測報工作埋下了隱患。針對浮子式水位計測量誤差和可靠性方面的缺陷，相關(guān)的研究工作沿兩個方向展開:或基于新原理開發(fā)新型水位傳感器；或立足現(xiàn)有浮子式水位計架構(gòu)，進行改進設(shè)計，“9669-LG-0A型浮子式水位傳感器”劉瑜(國網(wǎng)南京自動化研究院/南京南瑞集團公司)高精度浮子式水位傳感器設(shè)計[J].水電廠自動化，2007.1就是改進設(shè)計中的杰出代表。“9669-LG-0A”為實現(xiàn)浮子式水位傳感器的高精度測量，采用常規(guī)技術(shù)解決:水位計程輪、變比齒輪加工精度問題；高分辨力編碼器選擇，合理的計程輪、配重與計程輪、齒輪、編碼器的力矩匹配；鋼絲繩傳動的防滑設(shè)計；鋼絲繩熱脹冷縮引起的測量誤差。“9669-LG-0A”的創(chuàng)新點是南瑞集團公司獨特的“偏差消除”技術(shù)一傳感器裝配完成后，實測計程輪的實際周長、根據(jù)測量結(jié)果得出每個計程輪與編碼器的變比系數(shù)，并保存在單片機的EEPROM中，單片機根據(jù)此系數(shù)修正水位值?！?6 69-LG-0A”投運初期的測量精度達到相當(dāng)高的水準(zhǔn)，但假以時日測量精度遞次下降，因為靜態(tài)的“偏差消除”技術(shù)本質(zhì)上無法解決呈累計特征的動態(tài)誤差；同時，“偏差消除”的思路類似機械行業(yè)零件精密配合中的“單配”技術(shù)，這類技術(shù)有一個通病一維修難度增大。立足浮子式水位計架構(gòu)進行的改進設(shè)計取得了一定的成效。遺撼的是研究工作僅圍繞測量精度、而未涉及警戒水位等重要敏感數(shù)據(jù)不缺失的高可靠性保障技術(shù)；浮子式傳感器精度較低的缺點源于測量原理和儀表結(jié)構(gòu)方面的諸多固有局限性，迄今針對浮子式傳感器單一固有局限性的改進設(shè)計有效果、但效果有限，因此不足以從根本上減少浮子式水位計的誤差，本實用新型旨在補上這一課。目前，較有代表性的知識產(chǎn)權(quán)成果綜述如下: 發(fā)明專利“浮子式水位計”(專利號ZL86107944)，提出一種浮子式傳動系統(tǒng)的水位傳感器，浮子隨水位升降時驅(qū)動轉(zhuǎn)盤上同軸連接的電位器，水位變化轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。 發(fā)明專利“水位傳感器”(申請?zhí)?01210081563.9)，提出一種浮子式水位傳感器，通過螺母與限位凸塊相配合實現(xiàn)水位傳感器的安裝固定。 發(fā)明專利“電容式水位傳感器”(專利號ZL201010594556.X)，提出一種電容式水
位傳感器，具有無級連續(xù)顯示水位的功能。[0012] 發(fā)明專利“磁光編碼器”(專利號ZL201010594556.X)，提出舍棄機械齒輪減速裝置產(chǎn)生進位和退位的辦法來形成編碼、由單片機組成的控制電路取代，提高液位計的精度。.發(fā)明專利“數(shù)字檢索式水位傳感器”(專利號ZL200310109631.9)，提出一種數(shù)字檢索式水位傳感器，由若干個傳感元對水位點實現(xiàn)檢索式數(shù)字信號取樣，由微處理器進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。上述有益探索，提出了基于新原理的水位計或立足現(xiàn)有浮子式水位計架構(gòu)的改進設(shè)計，有一定的參考價值，但探索成果仍存在局限:新原理水位計傳感器的技術(shù)成熟度、儀器可靠性、大量程范圍、對使用環(huán)境的要求和成本方面存在不足；改進型浮子式水位計拘泥于浮子式傳感器精度較低的單一因素，提高測量精度的效果有限；因此，有必要立足現(xiàn)有浮子式水位計架構(gòu)、借鑒現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上作深入的研究與創(chuàng)新，改進浮子式水位計的測量精度和可靠性。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用基準(zhǔn)水位的浮子式水位計。采用基準(zhǔn)水位的浮子式水位計由浮子感測傳感器系統(tǒng)，軸角編碼器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理通信系統(tǒng)組成；浮子感測傳感器系統(tǒng)包括浮子、鋼絲繩、配重、計程輪、水、測井連通管、基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池、靜水井、平衡螺栓；軸角編碼器系統(tǒng)包括軸角編碼器和齒輪組；數(shù)據(jù)處理通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理單元和數(shù)據(jù)通信單元組成，包括主控模塊S3C2440數(shù)據(jù)處理器、ZigBee協(xié)調(diào)器通信模塊CC2430、無線USB模塊CYWUUSB6935、USB接口模塊、USB接口 TD-SCDMA無線模塊TDM330，主控模塊S3C2440數(shù)據(jù)處理器分別與ZigBee協(xié)調(diào)器通信模塊CC2430、無線USB模塊CYWUUSB6935、USB接口模塊相連，USB接口模塊與USB接口 TD-SCDMA無線模塊TDM330相連；靜水井下部側(cè)壁設(shè)有測井連通管，靜水井內(nèi)壁設(shè)有8個基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池，靜水井內(nèi)設(shè)有浮子、鋼絲繩、配重、水，靜水井頂部設(shè)有平衡螺栓，平衡螺栓上設(shè)有計程輪；浮子通過鋼絲繩連接配重、鋼絲繩纏繞在計程輪上，計程輪通過齒輪組與軸角編碼器相連；浮子隨水位變化的直線運動經(jīng)鋼絲繩驅(qū)動計程輪、齒輪組與軸角編碼器，浮子的直線運動映射為軸角編碼器的轉(zhuǎn)角編碼；軸角編碼器輸出至數(shù)據(jù)處理通信系統(tǒng)、基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池提供的基準(zhǔn)水位亦輸出至數(shù)據(jù)處理通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理單元借助基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池的基準(zhǔn)水位值、校正軸角編碼器的水位數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)軸角編碼器的水位數(shù)字編碼、結(jié)合檢測基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池基準(zhǔn)水位的充要條件，啟動/關(guān)閉基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池基準(zhǔn)水位的檢測；一旦浮子式傳感器失效，憑借基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池提供的測量值、維系對重要水位的基本測量功能；數(shù)據(jù)通信單元在水文站范圍內(nèi)構(gòu)建ZigBee局域無線網(wǎng)絡(luò)、水文站與上級水文中心采用電信運營商TD-SCDMA公網(wǎng)和防汛超短波專網(wǎng)組成的主副雙網(wǎng)交換信息。所述的基準(zhǔn)水位電導(dǎo) 池沿測井壁垂直的直線方向設(shè)置:在水位漲落區(qū)間內(nèi)設(shè)有防洪高水位、正常蓄水位、臺汛期限制水位、死水位以及防洪高水位向上按IOcm的間距、再依次設(shè)置4個基準(zhǔn)水位作為附加標(biāo)志水位點，并一一對應(yīng)設(shè)置基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池；電導(dǎo)池基準(zhǔn)水位檢測的啟動判據(jù)I是標(biāo)志水位點上下5cm、即軸角編碼器±400線的范圍，當(dāng)水位測量值落在這一值域時，啟動電導(dǎo)池基準(zhǔn)水位檢測的必要條件成立；啟動電導(dǎo)池基準(zhǔn)水位檢測的充分條件是啟動電導(dǎo)池基準(zhǔn)水位檢測的判據(jù)2同時成立；電導(dǎo)池基準(zhǔn)水位檢測的判據(jù)2的“是/否”狀態(tài)取決于標(biāo)志水位變量VMark_wl、水位漲落方向；VMark_wl、水位漲落方向與基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池基準(zhǔn)水位檢測的判據(jù)I的協(xié)同配合使基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池必要的基準(zhǔn)水位檢測次數(shù)最小化。所述電導(dǎo)池是基于電磁感應(yīng)采用交流電源測量電導(dǎo)率，電導(dǎo)池包括基于電磁感應(yīng)的電導(dǎo)率傳感器及其外圍電路；基于電磁感應(yīng)的電導(dǎo)率傳感器由平行疊放的第一變壓器Tl，第二變壓器T2構(gòu)成，變壓器磁芯采用軟磁鐵氧高導(dǎo)磁材料，變壓器外部噴涂20微米特氟龍分散體涂層封裝，電導(dǎo)池外罩保護過濾網(wǎng)、防止大尺寸雜物隨水進入電導(dǎo)池；變壓器主線圈LI通入250HZ交流電，則在第一變壓器Tl中產(chǎn)生相應(yīng)的交變磁通，基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池內(nèi)的介質(zhì)在交變磁通作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流i，形成一個交叉于第一變壓器Tl，第二變壓器T2的電流環(huán)；電流環(huán)在第二變壓器T2中生成交變磁通，并在變壓器副線圈L2兩端生成感應(yīng)電勢e;由于水的電導(dǎo)率與空氣的電導(dǎo)率存在巨大差異、感應(yīng)電流值又與基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池內(nèi)介質(zhì)的電導(dǎo)率成比例，導(dǎo)致兩者的感應(yīng)電流i截然不同，所以根據(jù)電導(dǎo)池內(nèi)介質(zhì)即水和空氣電導(dǎo)率的不同，通過測量變壓器副線圈L2兩端的感應(yīng)電勢e加以區(qū)分；所述外圍電路涉及LM555芯片連接成間接反饋式多諧振蕩器，充電電流和放電電流流經(jīng)不同的路徑，充電電流只流經(jīng)電阻R1、放電電流只流經(jīng)電阻R2，因此電容C的充放電時間分別為Tl=0.69R1C、T2=0.69R2C，C 振蕩周期 T= Tl+T2=0.69 (R1+R2) C，振蕩頻率 f=l/T,若取 R1=R2、占空比為50%，多諧振蕩器輸出頻率f = 250Hz、電壓=50mV的交流方波；多諧振蕩器的輸出經(jīng)電壓跟隨器LM258接入基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池Ga ；電壓跟隨器輸入端與二極管Dl、二極管D2是兩個反向并聯(lián)，使電壓信號值限定在+ 0.7V 一 0.7V之間；基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池Ga采用電磁感應(yīng)的電導(dǎo)率傳感器，主線圈通入交變電流，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在副線圈中得到與電導(dǎo)池內(nèi)介質(zhì)電導(dǎo)率成正比的感應(yīng)電動勢；隨電導(dǎo)率變化的電壓信號進入集成運算放大器A2中，放大倍數(shù)由反饋電阻Rf決定，滿足算式:
權(quán)利要求1.一種采用基準(zhǔn)水位的浮子式水位計，其特征在于浮子式水位計由浮子感測傳感器系統(tǒng)，軸角編碼器系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理通信系統(tǒng)組成；浮子感測傳感器系統(tǒng)包括浮子(11)、鋼絲繩(12)、配重(13)、計程輪(14)、水(15)、測井連通管(16)、基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池(17)、靜水井(18)、平衡螺栓(19);軸角編碼器系統(tǒng)包括軸角編碼器(21)和齒輪組；數(shù)據(jù)處理通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理單元(31)和數(shù)據(jù)通信單元(32)組成，包括主控模塊S3C2440數(shù)據(jù)處理器、ZigBee協(xié)調(diào)器通信模塊CC2430、無線USB模塊CYWUUSB6935、USB接口模塊、USB接口TD-SCDMA無線模塊TDM330，主控模塊S3C2440數(shù)據(jù)處理器分別與ZigBee協(xié)調(diào)器通信模塊CC2430、無線 USB 模塊 CYWUUSB6935、USB 接口模塊相連，USB 接口模塊與 USB 接口 TD-SCDMA無線模塊TDM330相連；靜水井(18)下部側(cè)壁設(shè)有測井連通管(16)，靜水井(18)內(nèi)壁設(shè)有8個基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池(17)，靜水井(18)內(nèi)設(shè)有浮子(11)、鋼絲繩(12)、配重(13)、水(15)，靜水井(18)頂部設(shè)有平衡螺栓(19)，平衡螺栓(19)上設(shè)有計程輪(14);浮子(11)通過鋼絲繩(12)連接配重(13)、鋼絲繩纏繞在計程輪(14)上，計程輪(14)通過齒輪組與軸角編碼器(21)相連；浮子(11)隨水位變化的直線運動經(jīng)鋼絲繩(12)驅(qū)動計程輪(14)、齒輪組與軸角編碼器(21)，浮子(11)的直線運動映射為軸角編碼器(21)的轉(zhuǎn)角編碼；軸角編碼器(21)輸出至數(shù)據(jù)處理通信系統(tǒng)、基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池(17)提供的基準(zhǔn)水位亦輸出至數(shù)據(jù)處理通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理單元(31)借助基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池(17)的基準(zhǔn)水位值、校正軸角編碼器(21)的水位數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單元(31)根據(jù)軸角編碼器(21)的水位數(shù)字編碼、結(jié)合檢測基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池(17)基準(zhǔn)水位的充要條件，啟動/關(guān)閉基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池基準(zhǔn)水位的檢測；一旦浮子式傳感器失效，憑借基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池(17)提供的測量值、維系對重要水位的基本測量功能；數(shù)據(jù)通信單元(32)在水文站范圍內(nèi)構(gòu)建ZigBee局域無線網(wǎng)絡(luò)、水文站與上級水文中心采用電信運營商TD-SCDMA公網(wǎng)和防汛超短波專網(wǎng)組成的主副雙網(wǎng)交換信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用基準(zhǔn)水位的浮子式水位計，其特征在于所述的基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池沿測井壁垂直的直線方向設(shè)置:在水位漲落區(qū)間內(nèi)設(shè)有防洪高水位、正常蓄水位、臺汛期限制水位、死水位以及防洪高水位向上按IOcm的間距、再依次設(shè)置4個基準(zhǔn)水位作 為附加標(biāo)志水位點，并一一對應(yīng)設(shè)置基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池；電導(dǎo)池基準(zhǔn)水位檢測的啟動判據(jù)I是標(biāo)志水位點上下5cm、即軸角編碼器±400線的范圍，當(dāng)水位測量值落在這一值域時，啟動電導(dǎo)池基準(zhǔn)水位檢測的必要條件成立；啟動電導(dǎo)池基準(zhǔn)水位檢測的充分條件是啟動電導(dǎo)池基準(zhǔn)水位檢測的判據(jù)2同時成立；電導(dǎo)池基準(zhǔn)水位檢測的判據(jù)2的“是/否”狀態(tài)取決于標(biāo)志水位變量VMark_wl、水位漲落方向；VMark_wl、水位漲落方向與基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池基準(zhǔn)水位檢測的判據(jù)I的協(xié)同配合使基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池必要的基準(zhǔn)水位檢測次數(shù)最小化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用基準(zhǔn)水位的浮子式水位計，其特征在于所述電導(dǎo)池是基于電磁感應(yīng)采用交流電源測量電導(dǎo)率，電導(dǎo)池包括基于電磁感應(yīng)的電導(dǎo)率傳感器及其外圍電路；基于電磁感應(yīng)的電導(dǎo)率傳感器由平行疊放的第一變壓器Tl，第二變壓器T2構(gòu)成，變壓器磁芯采用軟磁鐵氧高導(dǎo)磁材料，變壓器外部噴涂20微米特氟龍分散體涂層封裝，電導(dǎo)池外罩保護過濾網(wǎng)、防止大尺寸雜物隨水進入電導(dǎo)池；變壓器主線圈LI通入250HZ交流電，則在第一變壓器Tl中產(chǎn)生相應(yīng)的交變磁通，基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池內(nèi)的介質(zhì)在交變磁通作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流i，形成一個交叉于第一變壓器Tl，第二變壓器T2的電流環(huán)；電流環(huán)在第二變壓器T2中生成交變磁通，并在變壓器副線圈L2兩端生成感應(yīng)電勢e ;由于水的電導(dǎo)率與空氣的電導(dǎo)率存在巨大差異、感應(yīng)電流值又與基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池內(nèi)介質(zhì)的電導(dǎo)率成比例，導(dǎo)致兩者的感應(yīng)電流i截然不同，所以根據(jù)電導(dǎo)池內(nèi)介質(zhì)即水和空氣電導(dǎo)率的不同，通過測量變壓器副線圈L2兩端的感應(yīng)電勢e加以區(qū)分；所述外圍電路涉及LM555芯片連接成間接反饋式多諧振蕩器，充電電流和放電電流流經(jīng)不同的路徑，充電電流只流經(jīng)電阻Rl、放電電流只流經(jīng)電阻R2，因此電容C的充放電時間分別為Tl=0.69R1C、T2=0.69R2C，C振蕩周期T= Tl+T2=0.69 (R1+R2) C，振蕩頻率f=l/T，若取R1=R2、占空比為50%，多諧振蕩器輸出頻率f = 250Hz、電壓=50mV的交流方波；多諧振蕩器的輸出經(jīng)電壓跟隨器LM258接入基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池Ga ；電壓跟隨器輸入端與二極管D1、二極管D2是兩個反向并聯(lián)，使電壓信號值限定在+ 0.7V 一 0.7V之間；基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池Ga采用電磁感應(yīng)的電導(dǎo)率傳感器，主線圈通入交變電流，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在副線圈中得到與電導(dǎo)池內(nèi)介質(zhì)電導(dǎo)率成正比的感應(yīng)電動勢；隨電導(dǎo)率變化的電壓信號進入集成運算放大器A2中，放大倍數(shù)由反饋電阻Rf決定，滿足算式:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用基準(zhǔn)水位的浮子式水位計，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理單元(31)的信號采樣調(diào)理以主控模塊S3C2440數(shù)據(jù)處理器為核心；方波發(fā)生器依次與電壓跟隨器、電導(dǎo)池、運算放大器、主控模塊S3C2440數(shù)據(jù)處理器相連，主控模塊S3C2440數(shù)據(jù)處理器進行基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池的數(shù)據(jù)處理；8個電導(dǎo)池分別與主控模塊S3C2440數(shù)據(jù)處理器的8個10位A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換控制器通道端口即AINO、AINl、AIN2、AIN3、AIN4、AIN5、AIN6、AIN7相連，方波發(fā)生器的周期Ts=5s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用基準(zhǔn)水位的浮子式水位計，其特征在于所述 軸角編碼器的型號為R0Q425，光電軸角編碼器分辨率K=8192線/圈、齒輪組的傳動變比r=3.2、計程輪工作周長L=319.99mm, LXr=320(mm) X3.2=1024(mm)對應(yīng)光電軸角編碼器的8192線、即軸角編碼器每變化8線對應(yīng)Imm的水位變化；軸角編碼器的輸出采用12位格雷碼，水位量程O 40.95 m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用基準(zhǔn)水位的浮子式水位計，其特征在于所述的數(shù)據(jù)處理通信系統(tǒng)包括主控模塊S3C2440數(shù)據(jù)處理器、TD-SCDMA無線模塊TDM330、ZigBee協(xié)調(diào)器通信模塊CC2430和無線USB模塊CYWUSB6935 ；TD-SCDMA無線模塊TDM330通過USB接口與主控模塊S3C2440數(shù)據(jù)處理器的USB接口模塊相連，USB接口模塊的引腳I接+5V電壓，引腳I依次與電容Cl、地相連，引腳4、5、6接地，引腳2依次與電阻R1、電阻R3、地相連，引腳3依次與電阻R2、電阻R4、地相連，主控模塊S3C2440數(shù)據(jù)處理器的第P12、Nll引腳分別與電阻Rl和R3的中間點、電阻R2和R4的中間點相連；主控模塊S3C2440數(shù)據(jù)處理器的第K9、P9、U13、L9引腳分別與ZigBee協(xié)調(diào)器通信模塊CC2430的第13、14、15、16引腳相連；主控模塊S3C2440數(shù)據(jù)處理器的第H16、N9、E3、Rll、K10、Lll、T9引腳分別與無線USB模塊CYWUSB6935的第14、21、22、23、24、25、33引腳相接；主控模塊S3C2440數(shù)據(jù)處理器的第ΑΙΝΟ、ΑΙΝ1、ΑΙΝ2、ΑΙΝ3、ΑΙΝ4、ΑΙΝ5、ΑΙΝ6、ΑΙΝ7引腳，分別與8個基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池采樣調(diào)理電路的輸出相連；主控模塊S3C2440數(shù)據(jù)處理器分別通過串口 SPIO和SPIl與CC2430、CYWUSB6935接收/發(fā)送數(shù)據(jù)，其引腳U13、E3作為GPIO端口，當(dāng)引腳U13置低時，CC2430芯片SPI從機信號有效，ZigBee模塊激活；當(dāng)引腳E3置低時，CYWUSB6935芯片SPI從機信號有效，無線USB模塊激活；主控模塊S3C2440數(shù)據(jù)處理器的引腳RXD與光電軸角編碼器R0Q425SSI的引腳TXD相連、進行通信；ZigBee協(xié)調(diào)器查詢接收水文站范圍內(nèi)ZigBee局域無線網(wǎng)絡(luò)ZigBee節(jié)點上傳的除水位外的水文參數(shù)、同時兼作ZigBee/TD-SCDMA網(wǎng)關(guān)，轉(zhuǎn)發(fā)遠程上級水文中心的指令；ZigBee協(xié)調(diào)器匯總水文站的水文參數(shù)，通過TD-SCDMA無線模塊TDM330接入TD-SCDMA公網(wǎng)，實時遠傳水文站的重要水文參數(shù)，遠程上級水文中心通過Internet與運營商的GGSN網(wǎng)關(guān)相連，在線接收水文站上傳的重要水文參數(shù)；一般水文參數(shù)巡檢員手持無線USB采集器通過無線USB模塊CYWUSB6935、定時進行現(xiàn)場采集，采用離線方式匯總至遠程上級水文中心；若TD-SCDMA信道發(fā)生故障，水文站的水文參數(shù)可通過防汛超短波專網(wǎng)上傳信息；水文 站經(jīng)Internet、防汛超短波專網(wǎng)上傳水文參數(shù)。
專利摘要本實用新型公開一種采用基準(zhǔn)水位的浮子式水位計。水位計包括浮子感測傳感器、軸角編碼器和數(shù)據(jù)處理通信系統(tǒng)；測井壁按需增設(shè)基準(zhǔn)水位電導(dǎo)池，借助基準(zhǔn)水位校正浮子水位測量值、提高水位計的測量精度和可靠性；水文站范圍內(nèi)構(gòu)建低功耗ZigBee局域網(wǎng)、組網(wǎng)方便，水文站與上級水文中心的信息交換采用電信運營商TD-SCDMA公網(wǎng)和防汛超短波專網(wǎng)組成的主副雙網(wǎng)，保護已有投資的同時確?？煽啃?；電導(dǎo)池為基于電磁感應(yīng)原理的電導(dǎo)率傳感器、交流供電、結(jié)合檢測電導(dǎo)池基準(zhǔn)水位的充要條件，減小極化引起的測量誤差、延長電導(dǎo)池的使用壽命。
文檔編號G01F23/22GK202974389SQ20122055473
公開日2013年6月5日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者王史春, 王展宏, 王樹乾, 吳明光 申請人:浙江大學(xué)