專利名稱：工業(yè)自動監(jiān)測控制儀的制作方法
技術領域：
工業(yè)自動監(jiān)測控制儀，涉及工廠、礦山生產自動化監(jiān)測及工程地質、災害地質、環(huán)境保護領域的多參數自動監(jiān)測和控制。
現(xiàn)有利用硬件直接進行工業(yè)自動監(jiān)測的儀器為中國專利號“87103007”，名稱“全自動巖、土體位移監(jiān)測的野外采樣、編碼及電臺控制機”。
上述專利的缺點是只能與中心控制機配合使用，當需要采集數據時，要由中心控制機發(fā)出指令，才能采集數據，作A／D轉換，二進制編碼。按有線、無線方式送中心控制機處理數據，它自身沒有獨立處理數據、進行人機對話的功能。其次，原專利只能對0～5伏訊號進行測量，對普遍存在的弱訊號(例如工廠、礦山電表訊號一般只有0.3～0.5V)則不能進行數據采集和測試，不適宜用于工業(yè)自動測量。
第三個不足之處是，原專利溫度漂移較大，隨著一年四季溫度變化，要多次到現(xiàn)場校正儀器，影響了該設備的普及推廣。
第四個缺點是原專利提供的探頭價格貴、測程小，而且只能進行相對測量。而大多數工程地質場合需要絕對變形測量(例如水壩的絕對沉降測量)，原專利是無能為力的。
第五個缺點是原專利只能進行監(jiān)測，不能實施控制。
本實用新型的目的，在于克服上述不足，提供一種既能與中心機配合使用、又能直接與計算機接口、溫度性能穩(wěn)定、進行獨立工作、自動控制開機、且測程范圍大的工業(yè)自動監(jiān)測控制儀。并且該工業(yè)自動監(jiān)測控制儀能自動輸出控制電位。


圖1為本實用新型工業(yè)自動監(jiān)測控制儀原理框圖。
圖2為圖1中訊號放大器②電路原理圖。
圖3為圖1中A／D轉換器③電路原理圖。
圖4為圖1中串行二進制轉換電路④原理圖。
圖5為圖1中計算機接口⑤電路原理圖。
圖6為圖1中整機供電電子開關⑥電路原理圖。
圖7為圖1中電源電路⑦原理圖。
圖8為圖1中開機控制電路⑧原理圖。
圖9為圖1中探頭①結構圖。
圖10為圖9中位移傳感器結構圖。
圖11為探頭安置示意圖。
圖12為圖1中控制判別和控制輸出電路10原理圖。
以下結合附圖詳細說明本實用新型圖1為本實用新型工業(yè)自動監(jiān)測控制儀原理框圖。包括探頭①，探頭布于測試點，各探頭信號直接或經信號放大器②送入A／D轉換器③，A／D轉換器③把直流模擬信號變成二進制并行碼，串行二進制轉換電路④從A／D轉換器上依次取樣，并送入數據總線，變成二進制串行碼，計算機接口電路⑤將串行碼信號“1”、“0”、“ENTER”通過BG1、BG2光耦管分別送計算機。也可由無線電話機接口⑨把“1”、“0”、“ENTER”交流串行脈動碼送無線電話機，發(fā)射到中心控制機，整機供電電子開關⑥由開機、控制、報警電路⑧控制，電源電路⑦擔負全機的供電電源。對于需要進行工業(yè)自動控制的設備，當訊號小于或大于某一設定值時，控制判別電路將自動輸出高位、實施控制。
下面分別敘述各部分結構及原理。
訊號放大器②見圖2為完成極弱訊號的監(jiān)測，本機增設了一只放大器，供弱訊號放大用，參見圖2，包括集成塊LM324、電阻R1、R2。
放大倍數取決于R1與R2的比值，探頭信號輸入接LM324的3，12腳；由1，14腳送集成塊0809輸入端A、B。
A／D轉換器③見圖3，包括集成塊0809，三極管T4、T5，舌簧斷電器J1、J2，穩(wěn)壓管D1。
現(xiàn)有技術的A／D轉換器包括集成塊0809，其基準電壓為5V，其缺點是不能對小訊號進行轉換，因而量程小，本實用新型加設了0.7V的基準電壓，從而達到了測低電位的目的，拓寬了應用范圍。電路原理如下0809的A、B、C的高低電位控制0809各探頭輪流采樣，當C為低位時，T5(9014B)啟動舌簧繼電器J2吸合，使REF(＋)為5V電位，對大訊號進行采樣，當C為高位時，T4(9014A)導通，啟動繼電器J1吸合，REF(＋)為0.7V訊號，適于對小訊號采樣，擴大了量程。
串行二進制轉換電路④見圖4，包括40106集成塊、4051集成。在串行二進制轉換電路中，對“1”編碼頻率為2900Hz，“0”編碼頻率為1070Hz，“ENTER”編碼頻率為1900Hz，集成塊40106的(1)(6)(12)端接負溫熱敏電阻Rt(200Ω～510Ω)，儀器頻率穩(wěn)定性高于1％，不需經常到現(xiàn)場調試設備，提高了儀器穩(wěn)定性。4051的各輸入端按序與0809集成塊各輸出端一一相接，當6腳為0位時，將按照A、B、C規(guī)定的時序，采集0809輸出二進制碼訊號，并送到串行數據總線中輸出。
計算機接口⑤見圖5，包括集成塊4081，光耦管GD1、GD2(4014三極管)，三極管T1、T2、T3。數據總線產生的串行二進制碼訊號，其低位部分(0訊號)經三極管T3反相，變成高位，送入4081上組二與門的一個輸入頭13；高位部分(1訊號)，直接送入4081下組二與門的一個輸入頭1，同時時鐘脈沖送入上述二個與門電路的另一個輸入端2，13。當數據總線上“1”訊號到來時，從下組與門電路輸出端3輸出一個高位脈沖，經T1(9014)三極管去驅動光耦管GD2，經計算機接口在計算機上寫入1；當數據總線上“0”訊號到來時，從上組與門電路輸出端11，輸出一個高位脈沖，經三極管T2驅動光耦管GD1工作，讓計算機寫入“0”，從而離開中心機，直接與計算機接口。
整機供電電子開關⑥見圖6，包括集成塊4017、三極管T5、光耦管GD3、GD4、GD5，當4017高位到時，三極管T6導通，各光耦管GD3、GD4、GD5導通，固態(tài)繼電器使儀器電源、電臺電源、收發(fā)電臺轉換均開始接通。
電源電路⑦見圖7，包括變壓器B、整流器ZL1、ZL2，濾波器LM117，7805，電容C1、C2、C3，電位器R。
現(xiàn)有技術只能向探頭提供5V電源，且與儀器內部電源共地，不適宜電橋類探頭使用。本實用新型增設了專門的探頭電源其范圍可以從2V到20V。整流器ZL1將交流電整流后送7805濾波輸出5V直流電，供儀器用。整流器ZL2將交流電整流后經LM117、C1、C2濾波輸出2～20V直流電，供探頭用電，電位器R作調整輸出電壓用。
自動開機控制電路⑧見圖8，包括集成塊5369、4040二只、4075及K按鍵。
現(xiàn)有技術只能在中心控制機訊號觸發(fā)下，才能啟動，本實用新型除了在中心控制機觸發(fā)時能工作處，還能自動定時開機、自動采集數據，數據采集完后自動關機。5369的①端輸出40HZ／s的方波，根據需要，選擇任一腳接通時間總線，并送至4075三或門電路的輸入端3，當時間訊號高位到時，4075的6腳輸出高位電位，開機電路向整機供電，儀器開始工作。
為增加工作的靈活性，便于工作人員調運數據，在4075(14)端頭接入按鍵K，K另一端接時間總線。當需調運數據時，按下K鍵，4075集成塊6腳輸出一個高位脈沖迫使開機電路向整機供電，儀器開始自動工作。
控制判別和控制輸出電路10見圖12。包括LM324放大器構成的比較器K1、K2、K3、K4，分壓電阻R1、R2，或門電路4073二只。調節(jié)R2電位器可控制基準比較電壓V0大小。對于K1、K2比較器，當各探頭輸入訊號V1小于V01、V02時其輸出VOUT1、VOUT2為低電位，當各探頭輸入訊號大于基準比較電壓V01，V02時輸出VOUT1，VOUT2為高電位，圖12中Ⅰ端輸出，該電位將啟動中間繼電器工作，迫使現(xiàn)場設備運轉，(例如降溫、降壓、降液位、增加堿性水……等)直到探頭輸入的V1重新小于V0時，比較器輸出電位反跳回零位，各現(xiàn)場設備停止運轉，從而達到自動控制的目的。
對于K3、K4而言情況恰好相反，只有當輸入訊號Vi小于比較電位V0時，比較器才輸出高電位，圖中②Ⅱ端輸出，去驅動控制設備自動工作。
K1、K2、K3、K4比較器輸出訊號，各選入一只二或門(4073)輸入端?？蓸嫵纱翱诒容^器，當輸入電位Vi位于V01、V02基準電位之間時(V01＜V1＜V02)或門輸出高電位，當V02＜V1或V01＞Vi時輸出低電位，圖中Ⅲ端輸出。
上述三種情況，適合各種工業(yè)條件的控制要求，這是本實用新型的又一特點。
而現(xiàn)有技術不具備自動輸出控制電位能力。
本實用新型中探頭1見圖9，包括上蓋21，園柱體外殼22、浮子23、重錘24及位移傳感器25。位移傳感器結構見圖10，包括后蓋31、海綿32、外殼33、多圈或袖珍電位器34、前蓋35、中軸36。
現(xiàn)有技術的探頭采用大型精密線繞電位器，這種探頭只能作到500mm測程，若要達到1m以上測程，則外殼做得很大，這不利于安裝于測試現(xiàn)場，本實用新型采用了三圈精密電位器或微型電位器作探頭中的位移傳感器，測程擴大了三倍，達到1.5m測程，體積減小，價格降低。但該電位器存在機械強度低的缺點，為克服這一缺點，設置了一根粗大的中軸，圖10中，中軸36較粗大，中軸36穿在前蓋35的長孔中定位使中軸不能左右晃動，只能轉動，承受外部浮子、轉盤、重錘等全部力量，多圈電位器34的中心調節(jié)軸穿在中軸36的中孔中，只隨著中軸36轉動。當水管中水位上升，浮子23受浮力上升、重錘24下降，浮子線與重錘線帶動位移傳感器25轉動，電位器的軸隨著轉動，電位器輸出電位發(fā)生變化，即可測出水位的升降數值。
現(xiàn)有技術作變形監(jiān)測，多監(jiān)測兩點之間的相對變形的沉降、隆起值，而實際工作常需測絕對變形值，本實用新型工業(yè)自動監(jiān)測控制儀對探頭的安置方法作了改進，使可以測大面積絕對沉降、隆起變形參數。
圖11為本實用新型探頭①安置示意圖。在被監(jiān)測地段沿等高線布置一系列的水位沉降探頭，各探頭用水管連通且不漏水，在被監(jiān)測地段外圍，被認為是穩(wěn)定的地點(與各探頭相同高度位置)安置一水盆，水盆用水管與各探頭連通，水盆上置一水管籠頭，常年向水盆中滴水，使水盆水始終保持一常規(guī)位置，這樣，各位移監(jiān)測探頭內水位亦為一常規(guī)位置，當某地段發(fā)生沉降或隆起時，探頭隨之下沉或上升，但水位始終保持一常數，水位距傳感器之間的距離發(fā)生變化，形成電位變化，從而可測出各點的絕對變化量。
權利要求1.工業(yè)自動監(jiān)測控制儀，其特征包括探頭①訊號放大器②，包括集成塊LM324A/D轉換器③，包括集成塊0809、三極管T4(9014A)、T5(9014B)、繼電器J1J2、穩(wěn)壓管D1串行二進制轉換電路④，包括40106、4051集成塊計算機接口⑤，包括集成塊4081、光耦管GD1(4014三極管)、GD2(4014三極管)、三極管T1、T2、T3整機供電電子開關⑥，包括集成塊4017、三極管T5、光耦管GD3、GD4、GD5電源電路⑦，包括變壓器B、整流器ZL1、ZL2、濾波器(LM117)電容C1、C2、C3、濾波器7805。開機控制電路⑧，包括集成塊5369、4040(2只)、4075及K鍵；電臺接口⑨
2.根據權利要求1的工業(yè)自動監(jiān)測控制儀，其特征為還包括控制判別和控制輸出電路1，包括集成塊LM324放大器作比較器K1、K2、K3、K4，分壓電阻R1、R2或門電路4073(2只)。
3.根據權利要求1或2的工業(yè)自動監(jiān)測控制儀，其特征為探頭1包括上蓋21、園柱體外殼22、浮子23、重錘24及位移傳感器25，位移傳感包括后蓋31、海綿32、外殼33、多圈或袖珍電位器34、前蓋35、中軸36。
專利摘要工業(yè)自動監(jiān)測控制儀，包括探頭①、訊號放大器②、A/D轉換器③、串行二進制轉換電路④、計算機接口⑤、整機供電電子開關⑥、電源電路⑦、開機控制電路⑧、電臺接口⑨。既能與中心機配合使用，又能直接與計算機接口，進行獨立測試，單獨工作。能自動控制開機、測程大。廣泛用于工廠、礦山生產自動化監(jiān)測及工程地質、災害地質、環(huán)境保護領域的多種參數自動監(jiān)測和控制。
文檔編號G01N27/00GK2178896SQ9323960
公開日1994年10月5日 申請日期1993年11月23日 優(yōu)先權日1993年11月23日
發(fā)明者楊杰 申請人:楊杰