本發(fā)明屬于水利河工模型測(cè)量?jī)x器檢測(cè)領(lǐng)域，涉及跟蹤式水位儀檢測(cè)裝置和方法，具體涉及跟蹤式水位儀量程范圍、測(cè)量精度、跟蹤速度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)的檢測(cè)裝置和方法。

背景技術(shù)：

水位是流體運(yùn)動(dòng)的主要控制參數(shù)之一，既是理論分析的體現(xiàn)，也是驗(yàn)證理論的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還為工程實(shí)踐提供可靠依據(jù)，水位測(cè)量是模型試驗(yàn)測(cè)量技術(shù)中最核心的內(nèi)容之一。實(shí)際應(yīng)用中，尤其是較小水位差的測(cè)量控制系統(tǒng)中，跟蹤式水位儀已獲得廣泛的應(yīng)用。就水位儀的測(cè)量誤差而言，核心在于分辨率、跟蹤速度以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面的參數(shù)范圍。要保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，就必須定期對(duì)這幾個(gè)方面的參數(shù)進(jìn)行率定。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)sl233-2016跟蹤式水位儀校驗(yàn)方法，采用升降架、游標(biāo)卡尺及人工計(jì)時(shí)的方法，只能簡(jiǎn)易校驗(yàn)水位測(cè)量范圍、測(cè)量精度及跟蹤速度等，但不能精確的檢測(cè)水位的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。由于現(xiàn)有研制生產(chǎn)跟蹤式水位儀測(cè)量精度≤0.1mm，測(cè)量分辨率≤0.01mm。采用現(xiàn)有的測(cè)量方法，其自動(dòng)化水平較低，人工計(jì)時(shí)、肉眼觀測(cè)游標(biāo)卡尺（精度0.02mm）方法所測(cè)結(jié)果誤差根據(jù)操作人員技能熟練程度不同，相差可能較大，影響水位儀參數(shù)的檢測(cè)結(jié)果；水利河工物理模型試驗(yàn)中，水位變化一般是呈周期性漲落變化，類似于正弦或余弦函數(shù)曲線變化模式，因此需要跟蹤式水位儀具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻率和響應(yīng)時(shí)間，但現(xiàn)有方法和操作設(shè)施不能檢測(cè)跟蹤式水位儀的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。為了科學(xué)有效地對(duì)跟蹤式水位儀進(jìn)行校驗(yàn)和率定，本發(fā)明提出一種更科學(xué)合理的跟蹤式水位儀檢測(cè)裝置及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種自動(dòng)化程度高，使用方便且檢測(cè)精度高的跟蹤式水位儀性能參數(shù)檢測(cè)裝置和方法。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案；

一種跟蹤式水位儀性能參數(shù)檢測(cè)裝置，包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)、升降機(jī)構(gòu)、套管絲杠副、第一可調(diào)平臺(tái)、光柵位移傳感器、滾珠絲杠和第二可調(diào)平臺(tái)；

所述第二可調(diào)平臺(tái)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)、升降機(jī)構(gòu)和套管絲杠副從上至下依次連接，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)套管絲杠副垂直運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)升降機(jī)構(gòu)和第二可調(diào)平臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)；

所述第二可調(diào)平臺(tái)還垂直固定設(shè)有滾珠絲杠，滾珠絲杠一側(cè)平行固定有光柵位移傳感器，另一側(cè)固定第一可調(diào)平臺(tái)，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠垂直運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)第一可調(diào)平臺(tái)垂直運(yùn)動(dòng)，光柵位移傳感器采集第一可調(diào)平臺(tái)的位移信息；

上位機(jī)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器控制第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟閉，并通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器獲取光柵位移傳感器采集的位移信息，計(jì)算待檢測(cè)參數(shù)性能。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用伺服電機(jī)。第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)是用于檢測(cè)跟蹤式水位儀的性能參數(shù)，跟蹤式水位儀的測(cè)量精度要求為0.1mm，因此第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用伺服電機(jī)，并配置高精度絲杠，以便獲得高測(cè)量精度；第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)可采用普通電機(jī)或伺服電機(jī)，從成本、效益角度考慮，采用普通電機(jī)及一般精度的絲杠即可達(dá)到性能要求。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第二可調(diào)平臺(tái)為鏤空結(jié)構(gòu)。第二可調(diào)平臺(tái)上放置跟蹤式水位儀，鏤空設(shè)計(jì)便于跟蹤式水位儀測(cè)針上、下運(yùn)動(dòng)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光柵位移傳感器通過(guò)滑塊平行固定于滾珠絲杠上。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，光柵位移傳感器的測(cè)量精度高于待檢測(cè)跟蹤式水位儀的測(cè)量精度。

本發(fā)明還提供了上述跟蹤式水位儀性能參數(shù)檢測(cè)裝置的一種使用方法，具體包括如下步驟：

步驟一、將待檢測(cè)跟蹤式水位儀固定在第二可調(diào)平臺(tái)上，盛有液體的盛水器皿放置在第一可調(diào)平臺(tái)上，調(diào)整跟蹤式水位儀至測(cè)量零點(diǎn)，并使得水位儀測(cè)針與盛水器皿內(nèi)的水面接觸，上位機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)出脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠帶動(dòng)第一可調(diào)平臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)，直至跟蹤式水位儀的測(cè)針脫離水面并不在跟隨，獲取跟蹤式水位儀的測(cè)量范圍；

步驟二、將上位機(jī)控制的位置參數(shù)及跟蹤式水位儀的位置參數(shù)均置為零值，在上位機(jī)中設(shè)置平臺(tái)位移距離，使第一可調(diào)平臺(tái)向上、向下移動(dòng)一段距離，帶第一可調(diào)平臺(tái)穩(wěn)定后，對(duì)比跟蹤式水位儀位移讀數(shù)并與上位機(jī)中設(shè)置的平臺(tái)位移距離，經(jīng)過(guò)多次測(cè)量，獲得跟蹤式水位儀的測(cè)量精度；

步驟三、設(shè)定第一可調(diào)平臺(tái)向上、向下移動(dòng)距離即為給定的跟蹤式水位儀分辨率，觀測(cè)跟蹤式水位儀在第一可調(diào)平臺(tái)位移變化前后的讀數(shù)，獲取跟蹤式水位儀的測(cè)量分辨率；

步驟四、在上位機(jī)中，輸入某一固定的移動(dòng)速度，使得第一可調(diào)平臺(tái)帶動(dòng)平臺(tái)上的盛水器皿，以一定的速度向上、向下移動(dòng)，被檢測(cè)的跟蹤式水位儀測(cè)針也跟隨盛水器皿向上、向下運(yùn)動(dòng)，若跟蹤式水位儀的測(cè)針一直與水面恰好接觸，則認(rèn)定跟蹤式水位儀測(cè)針的向上、向下移動(dòng)移動(dòng)速度即為第二可調(diào)平臺(tái)向上或向下的移動(dòng)速度，通過(guò)不斷的改變第二可調(diào)平臺(tái)的向上、向下移動(dòng)速度，獲得跟蹤式水位儀測(cè)針的跟蹤速度，當(dāng)跟蹤式水位儀的測(cè)針不能及時(shí)跟隨第二可調(diào)平臺(tái)上的盛水器皿內(nèi)的水面向上、向下移動(dòng)時(shí)，即獲取跟蹤式水位儀的向上、向下最大跟蹤速度；

步驟五、通過(guò)上位機(jī)設(shè)置第一可調(diào)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)距離及運(yùn)動(dòng)周期，上位機(jī)自動(dòng)生成相應(yīng)的正弦或余弦的位置序列，并將位置序列命令發(fā)送給運(yùn)動(dòng)控制器，不同的位置命令產(chǎn)生不同的脈沖信號(hào)，使得第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠及第一可調(diào)平臺(tái)升降模擬水位周期性漲落過(guò)程，將水位儀測(cè)量的水位變化值與上位機(jī)自動(dòng)生成的正弦或余弦位置序列數(shù)據(jù)對(duì)比，獲取跟蹤式水位儀的動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻率和響應(yīng)時(shí)間。

本發(fā)明的裝置和方法具有如下有益效果：

（1）本發(fā)明的裝置和方法測(cè)量等級(jí)及測(cè)量精度更高，更能精確測(cè)量跟蹤式水位儀的精度、分辨率及跟蹤速度指標(biāo)。

（2）本發(fā)明提出的跟蹤式水位儀性能參數(shù)檢測(cè)裝置和方法大大提升了跟蹤式水位儀檢測(cè)的自動(dòng)化水平及檢測(cè)的可靠性。

（3）本發(fā)明提出采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成的位置序列模擬水位周期性漲落過(guò)程，以此檢測(cè)跟蹤式水位儀的動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻率和響應(yīng)時(shí)間，可對(duì)跟蹤式水位儀的動(dòng)態(tài)性能做出具體指標(biāo)檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1為跟蹤式水位儀檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是跟蹤式水位儀檢測(cè)平臺(tái)控制流程示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

如圖1所示，本發(fā)明的裝置包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、升降機(jī)構(gòu)3、套管絲杠副4、第一可調(diào)平臺(tái)5、光柵位移傳感器6、滾珠絲杠7和第二可調(diào)平臺(tái)8；

所述第二可調(diào)平臺(tái)8、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)2、升降機(jī)構(gòu)3和套管絲杠副4從上至下依次連接，第二可調(diào)平臺(tái)為鏤空結(jié)構(gòu)，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)2驅(qū)動(dòng)套管絲杠副4垂直運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)升降機(jī)構(gòu)3和第二可調(diào)平臺(tái)8垂直運(yùn)動(dòng)，使得固定在第二可調(diào)平臺(tái)8上的跟蹤式水位儀獲得足夠的測(cè)量范圍；

所述第二可調(diào)平臺(tái)8還垂直固定設(shè)有滾珠絲杠7，滾珠絲杠7一側(cè)通過(guò)滑塊平行固定有光柵位移傳感器6，另一側(cè)固定第一可調(diào)平臺(tái)5，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠7垂直運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)第一可調(diào)平臺(tái)5垂直運(yùn)動(dòng)，光柵位移傳感器6采集第一可調(diào)平臺(tái)5的位移信息；

上位機(jī)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器控制第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)2啟閉，并通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器獲取光柵位移傳感器6采集的位移信息，計(jì)算待檢測(cè)參數(shù)性能。

其中，光柵位移傳感器的測(cè)量精度高于待檢測(cè)跟蹤式水位儀的測(cè)量精度，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1選用伺服電機(jī)。

另外，為方便和美觀起見(jiàn)，檢測(cè)平臺(tái)涉及的線纜、硬件電路模塊等，均可放置在升降機(jī)構(gòu)3內(nèi)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例說(shuō)明實(shí)施例1所述裝置的一種具體使用方法，具體包括如下步驟：

步驟一、將待檢測(cè)跟蹤式水位儀固定在第二可調(diào)平臺(tái)8上，盛有液體的盛水器皿放置在第一可調(diào)平臺(tái)5上，調(diào)整跟蹤式水位儀至測(cè)量零點(diǎn)，并使得水位儀測(cè)針與盛水器皿內(nèi)的水面接觸，上位機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)出脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1運(yùn)動(dòng)，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠7帶動(dòng)第一可調(diào)平臺(tái)5向下運(yùn)動(dòng)，直至跟蹤式水位儀的測(cè)針脫離水面并不在跟隨，獲取跟蹤式水位儀的測(cè)量范圍；

步驟二、將上位機(jī)控制的位置參數(shù)及跟蹤式水位儀的位置參數(shù)均置為零值，在上位機(jī)中設(shè)置平臺(tái)位移距離，使第一可調(diào)平臺(tái)5向上、向下移動(dòng)一段距離，帶第一可調(diào)平臺(tái)5穩(wěn)定后，對(duì)比跟蹤式水位儀位移讀數(shù)并與上位機(jī)中設(shè)置的平臺(tái)位移距離，經(jīng)過(guò)多次測(cè)量，獲得跟蹤式水位儀的測(cè)量精度；

步驟三、設(shè)定第一可調(diào)平臺(tái)5向上、向下移動(dòng)距離即為給定的跟蹤式水位儀分辨率，觀測(cè)跟蹤式水位儀在第一可調(diào)平臺(tái)5位移變化前后的讀數(shù)，獲取跟蹤式水位儀的測(cè)量分辨率；

步驟四、在上位機(jī)中，輸入某一固定的移動(dòng)速度，使得第一可調(diào)平臺(tái)5帶動(dòng)平臺(tái)上的盛水器皿，以一定的速度向上、向下移動(dòng)，被檢測(cè)的跟蹤式水位儀測(cè)針也跟隨盛水器皿向上、向下運(yùn)動(dòng)，若跟蹤式水位儀的測(cè)針一直與水面恰好接觸，則認(rèn)定跟蹤式水位儀測(cè)針的向上、向下移動(dòng)移動(dòng)速度即為第二可調(diào)平臺(tái)5向上或向下的移動(dòng)速度，通過(guò)不斷的改變第二可調(diào)平臺(tái)5的向上、向下移動(dòng)速度，獲得跟蹤式水位儀測(cè)針的跟蹤速度，當(dāng)跟蹤式水位儀的測(cè)針不能及時(shí)跟隨第二可調(diào)平臺(tái)5上的盛水器皿內(nèi)的水面向上、向下移動(dòng)時(shí)，即獲取跟蹤式水位儀的向上、向下最大跟蹤速度；

步驟五、通過(guò)上位機(jī)設(shè)置第一可調(diào)平臺(tái)5的運(yùn)動(dòng)距離及運(yùn)動(dòng)周期，上位機(jī)自動(dòng)生成相應(yīng)的正弦或余弦的位置序列，并將位置序列命令發(fā)送給運(yùn)動(dòng)控制器，不同的位置命令產(chǎn)生不同的脈沖信號(hào)，使得第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠7及第一可調(diào)平臺(tái)5升降模擬水位周期性漲落過(guò)程，將水位儀測(cè)量的水位變化值與上位機(jī)自動(dòng)生成的正弦或余弦位置序列數(shù)據(jù)對(duì)比，獲取跟蹤式水位儀的動(dòng)態(tài)響應(yīng)頻率和響應(yīng)時(shí)間。

其中，以光柵位移傳感器6所測(cè)量的位移值為標(biāo)準(zhǔn)給定值，上位機(jī)通過(guò)pid算法計(jì)算使第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1獲取與光柵位移傳感器6一致的工作脈沖，該脈沖由與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)1同軸的線性編碼器反饋給運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。具體閉環(huán)控制流程如圖2所示。