CN101221061A - 主动式水位量测传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水位量测装置技术领域，具体涉及一种主动式水位量测传感器。本发明为克服现有技术存在的水位采样精度差和数据波动误差大的问题，本发明的技术方案是：一种主动式水位量测传感器，所述传感器由共用转轴的大齿轮、小齿轮，与小齿轮啮合的垂直设置的测杆，与大齿轮啮合的步进电机组成，所述测针设置于测杆的测量端，所述共用转轴和步进电机设置于固定支架上。本系统的测量精度不但大大提高，而且可采用主动式测量方式。

Description

主动式水位量测传感器

技术领域：

本发明涉及水位量测装置技术领域，具体涉及一种主动式水位量测传感器。

背景技术：

水位监测是各水利部门的一项重要日常工作，测量水位、分析数据对水情预报、水量调控等水利工作都有着重要的意义；另外液面的测量也具有很重要的现实意义，两者的测量具有相通之处。目前的测量系统都由传感器和量测电路组件两部分组成，传感器主要有浮筒式、电极式、磁电式等类型，其基本原理是，采用浮子随水位的升降带动编码器的转轮转动而产生编码，然后通过电子式、数字式的量测电路组件来进行编码转换，从而得出水位或液面的变化。这些水位计都是被动式数据变化，而且浮子随水面波动，其水位采样精度差，当天气变化而造成水面波浪较大时，数据波动误差更大。

发明内容：

本发明要提供一种主动式水位量测传感器，以克服现有技术存在的水位采样精度差和数据波动误差大的问题。

为克服现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种主动式水位量测传感器，其特殊之处在于：所述传感器由共用转轴的大齿轮4、小齿轮5，与小齿轮5啮合的垂直设置的测杆6，与大齿轮4啮合的步进电机3组成，所述测针7设置于测杆6的测量端，所述共用转轴和步进电机3设置于固定支架上。

上述固定支架是测量端开口的保护筒2，保护筒2与转轴联接，测杆6活动穿过保护筒2的封口端面。本发明可根据需要进行架设，保护筒2作为外罩，一般选用钢桶，以达到防盗和防撞击目的。

上述测杆6的上部固定设置有防雨帽1。考虑到野外作业，增设了防雨帽1，以达到系统长期稳定工作的目的。

上述大齿轮4、小齿轮5的共用转轴与固定支架之间的轴承为钟表轴承。

本发明中传感器抛弃了传统的浮子式传感器工作方式，将被动式的浮子变化，改变为水位测杆的主动量测。通过大小齿轮轮径比的选择可改善测杆运动力矩和传感器量测精度，步进电机齿轮轮径固定且转动同样圈数时，大齿轮轮径越大，则变速轮轴转动角度越小，同轴小齿轮轮径越小，测杆位移量越小，其精度就越高。只要选择合适的大小齿轮轮径比和步进电机步进角及精度，就可制造出具有足够精度的水位量测系统。其测杆前端测针可有效的减少水面波动造成的传感器计量误差。本系统的测量精度不但大大提高，而且可采用主动式测量方式，技术部门通过量测电路组件就可进行遥控和遥测，工作人员只需通过远程控制软件，就可任意改变系统测量方式，例如采用出水测量还是进水测量的选择，测量精度的调整；测量时间间距的改变；测量前调零等，以达到远程测量水位或其它液面的测量目的。

本发明适用于渠道、水库、河系、实验室等水位测量场地，也可广泛应用于非压力液面测量。测杆可以设计为硬直杆或软杆，软杆就可以用于植物杆径变化检测、果实生长检测等，还可应用于工业、农业等领域进行位移测量。

附图说明：

图1是传感器的结构示意图；

图2是传动部分的侧面视图。

1-防雨帽，2-保护筒，3-步进电机，4-大齿轮，5-小齿轮，6-测杆，7-测针。

具体实施方式：

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

参见图1和图2，一种主动式水位量测系统，由共用转轴的大齿轮4、小齿轮5，与小齿轮5啮合的垂直设置的测杆6，与大齿轮4啮合的步进电机3，以及保护筒2组成。所说的测杆6下端为测量端，其端部设置有测针7，保护筒2下端开口，测杆6活动穿过保护筒2的上部端面，所说的共用转轴和步进电机3固定设置于保护筒2的壁上与之联接。在测杆6的上部固定设置有防雨帽1。

固定支架可以是任意结构，只要能使共用转轴稳定放置，并能固定步进电机3的位置的结构，均可采用。

测杆6与小齿轮5的定位可以采用很多方式，只要能让测杆在预定位置实现上下移动的结构均可采用，如将测杆上端采用滑槽固定，测杆上刻上齿槽，然后经小齿轮轮齿带动其上下移动。也可采用小齿轮上进行绕线，绕线拉起测杆的方式。

其工作过程是：将本发明中的保护筒2固定于渠道中，步进电机3的齿轮与大齿轮4啮合，大齿轮4与小齿轮5同轴，小齿轮5与测杆啮合。当步进电机3转动时，大、小齿轮4、5转动并带动测杆6上下，当探针7向下接触水面时，步进电机3停止转动，此时量测电路组件计量输入步进电机3脉冲数，即可换算出测杆的位移量。

在本发明中，步进电机既传递动力，又做为传感器的测量元件。也就是说，本发明通过步进电机3提供测杆的移动动力，同时，通过测量步进电机3的脉冲数和数值转换，就可得出水位值。

只需按市场提供产品系列采购步进电机3，并按精度要求生产出大齿轮4与小齿轮5构成的变速轮即可实现传感器的制造。其中变速轮采用铜制材料制成，以起到防磁的作用。大齿轮4与小齿轮5变速轮两端可采用钟表轴承，以提高其转动灵活度。所说的测杆只起到传递步进电机3位移量的作用，因此可灵活选用材料，可采用金属材料，也可采用塑料等有机材料，只需能达到强度和耐磨要求即可。测杆前端测针7距离可按实验情况和当地水质进行灵活调节，以满足刚接触水面，量测电路能感知信号为宜。

其工作原理为，通过步进电机3带动大齿轮4转动，大齿轮4带动同轴的小齿轮5转动，小齿轮5带动测杆进行上下移动。当标定零点后，测杆向下(或向上)移动至刚刚接触水面时，测杆前端的测针7两极就有电流的通(断)变化，量测电路通过感知其电流变化进行步进电机3转停的控制。由于步进电机3是由脉冲信号控制其转速和转动圈数，所以通过计量步进电机3的输入脉冲数就可知道测杆从标定零点到水面的位移量，通过传动轮中大小齿轮轮径比和步进电机3的步进角换算，就可精确的知道水位值的变化。

由于测杆前端使用的是测针7，通过量测电路组件中的延时电路，传感器可有效的防止水面波动造成的计量误差。由于传动轮兼有减速和增大电机扭矩和的作用，故通过改变传动轮的大小轮径比，就可以提高测杆的传动力矩，而且还能有效的提高测量精度，从理论上，只要能使传动轮具有足够大的轮径比，其测量精度就可以无限的提高。

量测电路组件主要完成传感器驱动、数据采集和数据传送的功能。量测电路组件可通过与上行机监控软件配合，完成传感器电机控制，数据适时、定时采集，数据分析、保存和处理的功能。

Claims (4)

1.一种主动式水位量测传感器，其特征在于：所述传感器由共用转轴的大齿轮(4)、小齿轮(5)，与小齿轮(5)啮合的垂直设置的测杆(6)，与大齿轮(4)啮合的步进电机(3)组成，所述测针(7)设置于测杆(6)的测量端，所述共用转轴和步进电机(3)设置于固定支架上。

2.如权利要求1所述的主动式水位量测传感器，其特征在于：所述固定支架是测量端开口的保护筒(2)，保护筒(2)与转轴联接，测杆(6)活动穿过保护筒(2)的封口端面。

3.如权利要求2所述的主动式水位量测传感器，其特征在于：所述测杆(6)的上部固定设置有防雨帽(1)。

4.如权利要求1或2所述的主动式水位量测传感器，其特征在于：所述大齿轮(4)、小齿轮(5)的共用转轴与固定支架之间的轴承为钟表轴承。

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