CN102661775B - 自动水位计检测仪及应用 - Google Patents
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Abstract
自动水位计检测仪，它包括计算控制数据处理器(1)，载水升降台驱动部分(2)，运动位移测量部分(3)，同步测量部分(4)，电源部分(5)和被测水位计信息交换部分(6)，所述的计算控制数据处理器(1)分别其它部分单独连接。本发明检测仪通过计算机控制与检测，实现对自身载水升降平台的升降速度、位移、运行时间的控制及运行参数等信息的数据管理，将得到的该升降平台的上述运动信息与被检自动水位计在同步运行状态下检测到的数据进行比对与分析，从而得到被检测自动水位计的性能参数。本发明还涉及这种自动水位计检测仪的应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测水工、河工和港工模型试验用自动水位计性能的设备，更具体地说它是一种自动水位计检测仪。本发明还涉及到这种自动水位计检测仪的应用。
背景技术
在水工、河工和港工等流体模型试验中水位测量是经常要用的测量项目，常用的测量手段主要有人工用水位测针测量和采用自动水位计测量。随着计算机和自动控制技术的发展，模型试验中采用各种类型的自动水位计的比例也在逐渐增大。
随着国家对计量认证的重视和计量认证管理工作的推广，模型试验中所使用的仪器设备都必须按照计量认证的要求进行定期检测，经检测合格取得合格标识的仪器设备才能够使用。模型试验所用的自动水位计按照计量认证的要求也需要进行定期检测校验。
由于模型试验仪器设备专业性较强，且需求量不大，这些自动水位计基本上是相关科研单位自行开发研究小批量生产满足自用的，或者少量销售到国内相关单位使用。对这些自动水位计的定期检测校验通常采用各单位的专业人员自行检测校验。自行检测校验所采用的方法为数据比对法，即用已知高程或已知变化量对比检测自动水位计的测量读数，分析自动水位计的测量数据与标准数据的是否存在误差，并判断其测量误差程度和测量范围能否满足或达到模型试验的测量指标。
检测工具使用水工水位测针或光栅尺，在水位测针或光栅尺的动尺上固定一个盛水的水杯，人工调节水杯的高度以模拟水位的变化，由检测人员读取并且记录水位测针或光栅尺的数据及自动水位计的测量数据，进行分析对比作出判断。
人工检测的主要问题是检测效率低，除校验测量误差程度外，对自动水位计的其他性能指标无法用常规方法检出。
发明内容
本发明的第一目的在于克服上述现有背景技术的不足之处，而提供一种自动水位计检测仪。它可作为检测各种常用自动水位计的公共检测平台。
本发明的第二目的为提供上述的自动水位计检测仪在测量中的应用。
本发明的目的是通过如下措施来达到的：自动水位计检测仪，其特征在于它包括计算控制数据处理器，载水升降台驱动部分，运动位移测量部分，同步测量部分，被测水位计信息交换部分和电源部分，所述的计算控制数据处理器分别与载水升降台驱动部分，运动位移测量部分，同步测量部分和被测水位计信息交换部分单独连接，电源部分提供设备所需的工作电源。
在上述技术方案中，所述的运动位移测量部分包括有线性光栅尺，所述的线性光栅尺量程为1m，分辨率为1μm(微米)，测量误差小于±3μm，线性光栅尺的动尺与载水升降台刚性相连，使载水升降台位移信息可由线性光栅尺反映出来。
在上述技术方案中，所述的载水升降台驱动部分采用C5级滚珠丝杠传动，行程1m(米)，滚珠丝杠的导程为5mm(毫米)，滚珠丝杠采用步进电机驱动，所述步进电机分辨率为0.003125mm，工作速度：0-80mm/s，重复定位误差小于0.01mm。
自动水位计检测仪的应用，它在用于探测式或称点接触式自动跟踪水位计，超声波水位测量仪，压力式水位测量仪的测量误差程度检测，及探测式自动跟踪水位计的采样频率和跟踪速度检测中的应用。
本发明检测仪通过计算机控制与检测，实现对自身载水升降平台的升降速度、位移、运行时间的控制及运行参数等信息的数据管理，载水升降平台与高精度线性光栅尺的动尺联动，从而模拟水位的变化，将得到的该升降平台的上述运动信息与被检自动水位计在同步运行状态下检测到的数据进行比对与分析，从而得到被检测自动水位计的性能参数。
附图说明
图1为本发明自动水位计检测仪的结构方框图。
图中1.计算控制数据处理器，2.载水升降台驱动部分，3.运动位移测量部分，4.同步测量部分，5.电源部分，6.被测水位计信息交换部分。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
参阅附图可知：本发明自动水位计检测仪，其特征在于它包括计算控制数据处理器1，载水升降台驱动部分2，运动位移测量部分3，同步测量部分4，电源部分5和被测水位计信息交换部分6，所述的计算控制数据处理器1分别与载水升降台驱动部分2，运动位移测量部分3，同步测量部分4和被测水位计信息交换部分6单独连接，电源部分5提供设备所需的工作电源。。
运动位移测量部分3包括有线性光栅尺，所述的线性光栅尺量程为1m，分辨率为1μm，测量误差不大于±3μm，所述的线性光栅尺的动尺与载水升降台刚性相连，使载水升降台位移信息可由线性光栅尺反映出来。
载水升降台驱动部分2采用C5级滚珠丝杠传动，行程1m，滚珠丝杠的导程为5mm，滚珠丝杠采用步进电机驱动，所述步进电机分辨率为0.003125mm，工作速度：0-80mm/s，重复定位误差小于0.01mm，最大静转矩1.2Nm，额定工作电流2.8A，垂直负载50Kg。
自动水位计检测仪的应用，它在用于探测式自动跟踪水位计，超声波水位测量仪，压力式水位测量仪的测量误差程度检测，及探测式自动跟踪水位计的采样频率和跟踪速度检测中的应用。
目前在模型试验中使用的自动水位计从工作原理上分类，常用的有：探测式自动跟踪水位计，超声波水位测量仪，压力式水位测量仪等。因此本发明的检测对象就是针对上述自动水位计，重点是检测探测式自动跟踪水位计。主要为满足计量认证的要求提供自动水位计的测量误差分析报告，同时也提供包括测量范围、误差程度、跟踪速度、采样周期等性能指标的检测。
在模型试验中使用的自动水位计的主要特点是测量精度高，分辨率高，可靠性、稳定性好能适合长时间连续工作。为了能够检测这些自动水位计，本发明自动水位计检测仪的运行速度、定位精度等性能指标需要相应地高于被检测水位计，进而保证检测效果。
其中：
误差程度检测校验所采用的方法为数据比对法，由计算机自动按给定的时长控制升降台从低到高或从高到低模拟出不同水位的升降变化，然后将自动水位计在此期间的测量数据与这些标准数据进行比较，分析误差，并作出判断其测量误差程度和测量范围能否满足或达到模型试验的测量指标。
为了便于理解其他检测项目方法，先简要介绍一下探测式自动水位计的工作过程：
探测式自动水位计的工作过程通常有：水位测针从基准高程或某一高程下降检测水面，当检测到水面后，记录保存当前水位值，同时将测针提升到一定的高度(通常是5mm左右)，然后间歇一段时间，间歇时间根据模型使用需求不同可以设定，通常从1秒到10分钟内选择，间歇时间到后，开始下一个测量周期。
根据自动水位计的工作原理和测量功能，我们需要检测自动水位计的最高采样频率或最小测量周期以及跟踪速度，用以反映自动水位计对水波的适应能力。由上所述采样频率和跟踪速度检测是指最高采样频率和最快跟踪速度检测。因此在检测前需要将被检自动水位计的测量间歇时间调整到最小值。
采样频率或测量周期检测采用保持升降台不动(水位恒定)，同步测量被测自动水位计的测针第一次入水至第二次入水的时间，即得到被测自动水位计的最小测量周期。
跟踪速度检测采用升降台以设定的速度连续变化，比如模拟水位连续下降，同步测量被测自动水位计的测针第一次入水至第二次入水的时间，根据在该时间内，已知水位变化的距离和该时间与最小测量周期的差值，即可计算出被测自动水位计的最大跟踪速度。
本发明检测仪所检测的超声波水位测量仪，指那种传感器在水面上方通过空气反射的自动水位计，检测时将超声波水位测量仪固定在升降台的上方即可进行检测。本发明检测仪所检测的压力式水位测量仪是通过连通管连接升降台上的盛水容器和压力传感器进行检测。
根据本发明检测仪的运行速度、定位精度等性能指标需要相应地高于被检测水位计，进而保证对其的检测效果的要求。
另外根据模型试验规范要求水位计测量误差不大于±0.1mm及模型试验用自动水位计测量范围通常小于1m的情况，我们首先选定检测校验仪的位移计量采用高精度线性光栅尺，型号：SGC-4.2，量程1m，分辨率为1um，测量误差不大于±3um。
因为载水升降台要求的加工精度比较高，普通的加工很难达到其需求精度，通过核实和比较，选用数控机床线性模组能满足系统要求精度。该线性模组采用C5级滚珠丝杠传动，行程1m，丝杆的导程为5mm，采用步进电机驱动，分辨率(8细分)为0.003125mm，工作速度：0-80mm/s(可调节)，重复定位误差＜0.01mm，最大静转矩1.2Nm，额定工作电流2.8A，垂直负载50kg。
系统定位误差(光栅尺测量误差+模组定位误差)＜0.015mm。
同步测量模块包括水面探测采样和周期测量，工作原理就是利用被测自动水位计的水位探针和探针驱动装置与水位计同步获取水面信号，记录相邻两次水面信号的时长，即可得到该测量周期，同时根据载水升降台的位置变化信息和测量周期的变化关系，可计算出被测自动水位计的跟踪速度。
被测水位计信息交换部分是建立一个自动水位计的数据库，保存被检测水位计的数据传输协议，以适应各种不同的水位计信息处理。
测控计算机在测控系统软件的指挥下负责自动水位计检测仪的计算控制、数据处理等工作。
电源部分负责提供设备所需的工作电源。
其它未说明的部分均为现有技术。
Claims (3)
1.自动水位计检测仪，其特征在于它包括计算控制数据处理器（1），载水升降台驱动部分（2），运动位移测量部分（3），同步测量部分（4），电源部分（5）和被测水位计信息交换部分（6），所述的计算控制数据处理器（1）分别与载水升降台驱动部分（2），运动位移测量部分（3），同步测量部分（4）和被测水位计信息交换部分（6）单独连接，电源部分（5）提供设备所需的工作电源。
2.根据权利要求1所述的自动水位计检测仪，其特征在于所述的运动位移测量部分（3）包括有线性光栅尺，所述的线性光栅尺量程为1m，分辨率为1μm，测量误差小于±3μm，所述的线性光栅尺的动尺与载水升降台刚性相连，使载水升降台位移信息可由线性光栅尺反映出来。
3.根据权利要求1所述的自动水位计检测仪，其特征在于所述的载水升降台驱动部分（2）采用C5级滚珠丝杠传动，行程1m，滚珠丝杠的导程为5mm，滚珠丝杠采用步进电机驱动，所述步进电机分辨率为0.003125mm，重复定位误差小于0.01mm。
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