專利名稱：高分辨率水位測量設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種用于水庫、水電站水位的大量程、高分辨率測量設(shè)備。屬于測量與控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水庫、水電站的水位測量主要有浮子式、壓力式、吹氣式和超聲波式水位測量等幾種方法，對于100M量程和1mm分辨率的水位測量，目前壓力式和超聲波式難已做到，而吹氣式價格又昂貴且安裝不方便，采用絕對型旋轉(zhuǎn)編碼器的浮子式傳感器其數(shù)據(jù)輸出采用并行方式，當(dāng)傳輸距離遠(yuǎn)、地形復(fù)雜時，傳輸電纜敷設(shè)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于針對上述存在的缺陷，提出一種用于水庫、水電站水位的大量程、高分辨率水位測量設(shè)備。它采用串行數(shù)據(jù)輸出的浮子式水位傳感器和水位采集處理單元，實(shí)現(xiàn)大量程、高分辨率的水位測量。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案其結(jié)構(gòu)是它包括水位傳感器和水位數(shù)據(jù)采集處理單元兩部分組成，水位傳感器通過其光電編碼器中的EIA485接口經(jīng)避雷器與水位采集處理單元中的EIA485接口相接。水位傳感器其原理是浮子以穩(wěn)定的吃水線漂浮在水面上，當(dāng)水位變化時，浮子也隨之上升或下降，同浮子連接的測繩帶動掛輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并通過精密變速機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動光電編碼器IFM的輸入軸，從而輸出與水位對應(yīng)的串行數(shù)字編碼，該串行數(shù)字編碼的讀取和輸出受到水位數(shù)據(jù)采集處理單元的控制。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)采用了串行數(shù)據(jù)輸出的光電式絕對型旋轉(zhuǎn)編碼器，傳輸電纜敷設(shè)成本低，水位采集處理單元電路設(shè)計(jì)采用組合、時序邏輯電路工作方式，電路調(diào)試方便、可靠性高。


圖1是本發(fā)明的原理方框圖。
圖2是串行數(shù)據(jù)/并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分電路原理圖。
圖3是數(shù)據(jù)同步讀出時鐘產(chǎn)生部分電路原理圖。
圖1中的1″是EIA485接口、2″是移位電路、3′是數(shù)據(jù)鎖存電路、4″是格雷碼/二進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)換電路、5″是振蕩電路、6″是時序電路、7″是傳感器時鐘電路、8″是EIA485接口、9″是避雷器、10″是+12V電源、11″是IFM光電編碼器、12″是由浮子、重錘、掛輪組成的傳動機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
對照附圖1，高分辨率水位測量設(shè)備包括水位傳感器和水位數(shù)據(jù)采集處理單元兩部分組成，水位傳感器通過其光電編碼器11″中的EIA485接口經(jīng)避雷9″與水位采集處理單元中的EIA485接口1″、8″相接。
水位傳感器由浮子、重錘、掛輪、測繩和光電編碼器(IFM)組成，光電編碼器11″是光電式絕對型旋轉(zhuǎn)編碼器，水位傳感器安裝固定在測井井口上，將兩端系有浮子和重錘的測繩置于掛輪槽中，浮子和重錘之間配重平衡。
水位數(shù)據(jù)采集處理單元由串行數(shù)據(jù)/并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分和數(shù)據(jù)同步讀出時鐘產(chǎn)生部分組成，串行數(shù)據(jù)/并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分包括EIA485接口1″、移位電路2″、數(shù)據(jù)鎖存電路3″、格雷碼/二進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)換電路4″，數(shù)據(jù)同步讀出時鐘產(chǎn)生部分包括振蕩電路5′、時序電路6′、傳感器時鐘電路7″、EIA485接口8″，它們間的連接關(guān)系是水位傳感器的數(shù)據(jù)經(jīng)過光電編碼器11″中的EIA485接口，通過避雷器9″輸出至EIA485接口1″，經(jīng)移位電路2″移位和數(shù)據(jù)鎖存電路3″鎖存后，送格雷碼/二進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)換電路4″輸出，輸出的是二進(jìn)制編碼；數(shù)據(jù)同步讀出時鐘由振蕩電路5″，它經(jīng)時序電路6″及傳感器時鐘電路7″后，再通過EIA485接口8″輸出至光電編碼器IFM。
對照附圖2、3，水位數(shù)據(jù)采集處理單元由與非門IC1(型號74LS00)、移位寄存器IC2～I(xiàn)C5(型號74LS163A)、與非門IC6(型號74LS00)、雙穩(wěn)態(tài)電路IC7(型號74LS123)、EIA485接口IC8(型號EIA485)、EIA485接口IC9(型號EIA485)、移位寄存器IC10～I(xiàn)C13(型號74LS164)、鎖存器IC14～I(xiàn)C17(型號74LS373)、異或門IC18～I(xiàn)C24(型號MC4070)等器件組成。
光電編碼器11″的串行數(shù)據(jù)輸出端與EIA485接口IC9的管腳6、7對應(yīng)連接，EIA485接口IC9的管腳1與移位寄存器IC10的管腳1對應(yīng)連接，移位寄存器IC10～I(xiàn)C13的管腳3～6、10～13與鎖存器IC14的管腳3、4、7、8、13、17、18對應(yīng)連接。
鎖存器IC14～I(xiàn)C16(型號74LS373)的管腳2、5、6、9、12、15、16、19與異或門IC18～I(xiàn)C19(型號MC4070)的管腳1、5、8、12對應(yīng)連接；異或門IC18～I(xiàn)C22的管腳3、4、10、11為水位二進(jìn)制編碼輸入端，水位二進(jìn)制編碼輸出端依次標(biāo)記為S1、S2～S24。
振蕩器由與非門IC1、4M晶振、電阻R15、R2、和電容C01、C02、C1、C2組成，其中的與非門IC1的管腳8與移位寄存器IC2～I(xiàn)C5(型號74LS163A)、移位寄存器IC10～I(xiàn)C13(型號74LS164)的CP端對應(yīng)連接，移位寄存器IC2的QCC端與移位寄存器IC3的S2端對應(yīng)連接，移位寄存器IC3的管腳14輸出至與非門IC6的管腳1，移位寄存器IC4的管腳1與與非門IC6的管腳5對應(yīng)連接，移位寄存器IC5的管腳14與與非門IC6的管腳10對應(yīng)連接，與非門IC6的管腳3輸出至EIA485接口IC8的管腳4，EIA485接口IC8的管腳6、7作為水位傳感器的數(shù)據(jù)讀取脈沖輸出端，與水位傳感器中光電編碼器(IFM)11″的“時鐘+”、“時鐘-”端對應(yīng)連接。雙穩(wěn)態(tài)電路IC7的管腳1、4分別與EIA485接口IC8的管腳1、鎖存器IC16的管腳11對應(yīng)連接。
高分辨率水位測量設(shè)備的主要技術(shù)性能①測量范圍0～100M②讀數(shù)精度1mm③光電編碼器的輸入軸啟動力矩10克厘米④光電編碼器的工作電流30mA-60mA⑤水位采集處理單元輸出碼型二進(jìn)制⑥傳輸距離1.2KM(水位傳感器至水位采集處理單元，串行有線)⑦電源傳感器3～48VDC，水位數(shù)據(jù)采集處理單元220VAC/50Hz⑧工作環(huán)境傳感器-20℃～+60℃，95％RH(+40℃時)，
權(quán)利要求1.高分辨率水位測量設(shè)備，其特征是它包括水位傳感器和水位數(shù)據(jù)采集處理單元兩部分組成，水位傳感器通過其光電編碼器(11″)中的EIA485接口經(jīng)避雷器(9″)與水位采集處理單元中的EIA485接口(1″)、(8″)相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨率水位測量設(shè)備，其特征是安裝固定在測井井口上的水位傳感器由傳動機(jī)構(gòu)(12″)和光電編碼器(11″)組成，傳動機(jī)構(gòu)(12″)由浮子、重錘、掛輪組成，浮子和重錘的測繩置于掛輪槽中，浮子和重錘之間配重平衡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨率水位測量設(shè)備，其特征是水位數(shù)據(jù)采集處理單元由串行數(shù)據(jù)/并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分和數(shù)據(jù)同步讀出時鐘產(chǎn)生部分組成，串行數(shù)據(jù)/并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分包括EIA485接口(1″)、移位電路(2″)、數(shù)據(jù)鎖存電路(3″)、格雷碼/二進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)換電路(4″)，數(shù)據(jù)同步讀出時鐘產(chǎn)生部分包括振蕩電路(5″)、時序電路(6″)、傳感器時鐘電路(7″)、EIA485接口(8′)，它們間的連接關(guān)系是水位傳感器的數(shù)據(jù)經(jīng)過光電編碼器(11″)中的EIA485接口后，經(jīng)過避雷器(9″)輸出至EIA485接口(1″)，經(jīng)移位電路(2″)移位和數(shù)據(jù)鎖存電路(3″)鎖存后，送格雷碼/二進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)換電路(4″)輸出，輸出的是二進(jìn)制編碼；數(shù)據(jù)同步讀出時鐘由振蕩電路(5″)，它經(jīng)時序電路(6″)及傳感器時鐘電路(7″)后，再通過EIA485接口(8″)輸出至光電編碼器(11″)，+12V電源(10″)向光電編碼器(11″)提供+12V電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分辨率水位測量設(shè)備，其特征是數(shù)據(jù)同步讀出時鐘產(chǎn)生部分由與非門(IC1)、移位寄存器(IC2～I(xiàn)C5)、與非門(IC6)、雙穩(wěn)態(tài)電路(IC7)、EIA485接口(IC8)等器件組成，串行數(shù)據(jù)/并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分由EIA485接口(IC9)、移位寄存器(IC10～I(xiàn)C13)、鎖存器(IC14～I(xiàn)C17)、異或門(IC18～I(xiàn)C24)組成，光電編碼器(11″)的串行數(shù)據(jù)輸出端與EIA485接口(IC9)的管腳(6、7)對應(yīng)連接，EIA485接口(IC9)的管腳(1)與移位寄存器(IC10)的管腳(1)對應(yīng)連接”，移位寄存器(IC10～I(xiàn)C13)的管腳(3～6、10～13)與鎖存器(IC14)的管腳(3、4、7、8、13、17、18)對應(yīng)連接，鎖存器(IC14～I(xiàn)C16)的管腳(2、5、6、9、12、15、16、19)與異或門(IC18～I(xiàn)C19)的管腳(1、5、8、12)對應(yīng)連接；異或門(IC18～I(xiàn)C22)的管腳(3、4、10、11)為水位二進(jìn)制編碼輸入端，水位二進(jìn)制編碼輸出端依次標(biāo)記為(S1、S2～S24)，振蕩器由與非門(IC1)、4M晶振、電阻(R15、R2)、和電容(C01、C02、C1、C2)組成，其中的與非門(IC1)的管腳(8)與移位寄存器(IC2～I(xiàn)C5)、移位寄存器(IC10～I(xiàn)C13)的(CP)端對應(yīng)連接，移位寄存器(IC2)的(QCC)端與移位寄存器(IC3)的(S2)端對應(yīng)連接，移位寄存器(IC3)的管腳(14)輸出至與非門(IC6)的管腳(1)，移位寄存器(IC4)的管腳(1)與與非門(IC6)的管腳(5)對應(yīng)連接，移位寄存器(IC5)的管腳(14)與與非門(IC6)的管腳(10)對應(yīng)連接，與非門(IC6)的管腳(3)輸出至EIA485接口(IC8)的管腳(4)，EIA485接口(IC8)的管腳(6、7)作為水位傳感器的數(shù)據(jù)讀取脈沖輸出端，與水位傳感器中光電編碼器(11″)的“時鐘+”、“時鐘-”端對應(yīng)連接，雙穩(wěn)態(tài)電路(IC7)的管腳(1、4)分別與EIA485接口(IC8)的管腳(1)、鎖存器(IC16)的管腳(11)對應(yīng)連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及的是一種用于水庫、水電站水位的大量程、高分辨率測量設(shè)備。它采用串行數(shù)據(jù)輸出的浮子式水位傳感器和水位采集處理單元，實(shí)現(xiàn)大量程、高分辨率的水位測量。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案其結(jié)構(gòu)是它包括水位傳感器和水位數(shù)據(jù)采集處理單元兩部分組成，水位傳感器通過其光電編碼器中的EIA485接口經(jīng)避雷器與水位采集處理單元中的EIA485接口相接。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)采用了串行數(shù)據(jù)輸出的光電式絕對型旋轉(zhuǎn)編碼器，傳輸電纜敷設(shè)成本低，水位采集處理單元電路設(shè)計(jì)采用組合、時序邏輯電路工作方式，電路調(diào)試方便、可靠性高。
文檔編號G01F23/44GK2677888SQ200420024870
公開日2005年2月9日 申請日期2004年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者徐立中, 宋景源 申請人:河海大學(xué)