CN104535134A - 一种毫米级数字式水位传感器检测方法 - Google Patents

Abstract

一种毫米级数字式水位传感器检测方法是在一由绝缘材料做成的空心长方体的三个面上，每个面上设置两列金属材料做成的水位检测触点，横向相邻的两个点按照一定的距离设置为螺旋式上升，每个检测触点连接至水位检测电路、微处理器、显示与传输及电源。检测时将其固定在水中，传感器上的触点若接触到水，连接该触点的检测电路导通，状态由“0”翻转成“1”，未接触到水的触点相连的检测电路输出仍为“0”，通过微处理器扫描电路统计检测电路状态“1”的个数，即得准确的毫米级的数字水位值，能够实现对水位的精确测量，可用于各种水位以及导电液体的液位测量。

Description

一种毫米级数字式水位传感器检测方法

技术领域

本发明涉及一种水位传感器，具体来讲，是一种利用水的导电性测量水位的毫米级数字式水位传感器，属于自动化检测技术领域。

背景技术

    水位的自动化监测是一项十分重要的工作，在洪水水位测量、地下水位监测、容器中的水位变化和生活设施中的水位显示中都有重要意义。目前国内外水位传感器，技术日渐成熟，产品向着性价比高的方向发展，现有水位传感器归纳起来有如下几种：

浮子水位传感器。它是一种最简单的水位传感器，以浮子感测水位变化，工作状态下，浮子、平衡锤与悬索连接牢固，悬索悬挂在水位轮的“V”形槽中。平衡锤起拉紧悬索和平衡作用，调整浮子的配重可以使浮子工作于正常吃水线上。在水位不变的情况下，浮子与平衡锤两边的力是平衡的。当水位上升时，浮子产生向上浮力，使平衡锤拉动悬索带动水位轮作顺时针方向旋转，水位编码器的显示读数增加；水位下降时，则浮子下沉，并拉动悬索带动水位轮逆时针方向旋转，水位编码器的显示器读数减小。

压力水位传感器。随着半导体技术的发展，半导体表面扩散工艺在传感器平衡电桥的制作中，得到了广泛应用。扩散硅压差传感器是通过测量水体的静水压力，实现水位测量的仪器。

电容水位传感器。它是依靠电容原理而制作的。电容是由两个极板和介质构成的，极板固定不变，电容随介质发生改变。水作为电容的介质，水位改变，相应的电容发生变化，通过测量电路的转换，就可以方便地测量出水位。

超声波水位传感器。如专利号为CN2148949的“自适应超声波液位仪”发明专利。在测量水位时，将仪器安装在远离水面的上方，向水面发射和接收超声波，再测量超声波的反射波长和周期，测出水面距仪器的距离，从而测定水位。但这类产品主要用于宽阔水域的水位测量。

感应式数字水位传感器。专利号为  该传感器水位信号可直接取样，按照仿生学和仿神经网络原理而设计，由若干个感应式神经元电路组成，虽然输入是数字量，但在设计中采用了DA/数模转换，将数字信号转换成模拟电流信号输出，容易产生温度漂移误差，直接影响到测量的精度。另外，其传感元是设置在一条直线上，这就大大限制了传感器的精度。

雷达水位传感器。雷达水位计采用的是发射电磁波（波长很短的电磁波）形式，电磁波在空气中传播速度基本不受温度影响，所以通过测量电磁波从发射到反射被接收之间的时间，就可以测出水位传感器离水面的高度，进而得到水位值。测量精度高，受环境和介质影响小，不存在机械磨损和介质腐蚀，使用寿命长。其缺点是价格昂贵，有辐射污染。

基于图像的水位传感器。这几年有一种基于图像识别的水位自动测量方法，其原理是通过高精度摄像头采集现场水位图像，然后采用先进的图像识别算法对图像进行预处理、水尺定位、倾斜校正并识别出水位，最后通过无线通信网络将水位数据和现场图像数据发送到中心管理服务器进行处理显示。这种水位测量方法精度高、环境影响小、功能丰富，可同时采集水位和图像数据，但却存在一定的局限性，容易受极端天气和水尺污染物的影响，需要在辅助光源和水尺结构材料上做进一步的优化。

上述类似水位传感器很多，但是由于受条件等多方面的限制，或者是价格昂贵，使其使用范围受到了限制。而水位监测的重要性显得越来越突出，不只是大型水利工程和工业自动控制中应用，其他水容器如高位水箱、水塔以及地下水池水井等，都需要水位监控，面对上述传感器的限制，需要新技术来解决当前存在的问题，急需要有新的，具有高性价比和适应性的通用水位传感装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、适应性强、精度高且稳定、造价低廉的一种毫米级数字式水位传感器检测方法，以解决在一些特定的条件下现有技术难以解决的问题。

本发明上述所提供的一种毫米级数字式水位传感器检测方法，其所述检测方法是通过毫米级数字式水位传感器实现对水位进行检测；

所述水位传感器检测方法是将毫米级数字式水位传感器固设在水中，传感器上的每个金属检测触点均有一个相应的多路检测-电压比较电路，被水淹没的金属检测触点所连接的多路检测-电压比较电路的输出发生由“0”、“1”的转变，未被淹没的不发生变化，通过多路选择电路和微处理器MCU电路，进行统计所有多路检测-电压比较电路的状态“1”的个数，即得准确测得水位值，并通过数据变送输出电路进行远传给上位机，实现检测；

    所述毫米级数字式水位传感器是在绝缘空心长方体的三个面上并且每相邻的两个面按照一定的相同的纵向间距设置螺旋式上升的金属检测触点，并连接至多路检测-电压比较电路、多路选择电路、微处理器MCU电路、数据变送输出电路及电源，并由环氧树脂浇注成一体的毫米级数字式水位传感器。

在上述技术方案中，所述水位传感器是将绝缘空心长方体的纵向的三个面，每个面上设置有至少两个以上的金属检测触点， 其间距是由测量的分辨率而定，其长度是所测水位的量程值；所述金属检测触点是不锈钢螺钉及其焊片构成；所述测量电路是由多路检测-电压比较电路、多路选择电路、微处理器MCU电路及数据变送输出电路构成的电路板。

本发明上述所提供的一种毫米级数字式水位传感器，与现有水位传感器相比，水淹没前后，检测-电压比较电路的输出发生变化，将这些状态变化统计起来即得水位的数字值。这种测量装置具有在结构上紧凑合理，使用上方便快捷准确。解决了一般水位传感器检测时受电磁干扰的缺陷，抗干扰能力大大增强，提高了水位测量的稳定性和可靠性。

本发明水位传感器能够用于工矿企业的水位自动化控制以及水资源管理、水文测报和灌区明渠流量测量方面，并有以下特点：全数字信号抗干扰能力强，不受温度、电波电场等环境条件影响，稳定可靠；精度高；全投入式，不怕泥沙污染物阻塞；安装、使用、维护方便。

附图说明

图1是本毫米级数字式水位传感器的结构示意图。

图2是本毫米级数字式水位传感器的左视结构示意图。

图3是本毫米级数字式水位传感器的电气原理框图。

图4 是本毫米级数字式水位传感器的检测-电压比较电路原理图。

图中：1：绝缘空心长方体；2：金属检测触点；3：多路检测-电压比较电路；4：多路选择电路；5：微处理器MCU电路；6：数据变送输出电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的详细说明，使本专业的技术人员能够按照本具体实施方式作出本发明所述的毫米级数字式水位传感器，而且能够用本发明的毫米级数字式水位传感器测量水位、数字显示并远程监控。

实施本发明上述所提供的一种毫米级数字式水位传感器的测量方法，该方法是将毫米级数字式水位传感器固定设置在水中，传感器上的每个金属检测触点2都有一个相应的多路检测-电压比较电路3，被水淹没的金属检测触点2所连接的多路检测-电压比较电路3的输出发生由“0”“1”的转变，未被淹没的不发生变化，通过多路选择电路4和微处理器MCU电路5，进行统计所有多路检测-电压比较电路3的状态“1”的个数，即得准确的水位值。

一种实现上述毫米级数字式水位传感器测量方法的毫米级数字式水位传感器，是一种将水位信号、数字化采集、显示和传输的传感器，其构成关系是在绝缘空心长方体1的三个面上的每相邻的两个面按照一定的相同的纵向间距设置螺旋式上升的金属检测触点2，并连接至水位多路检测-电压比较电路3、多路选择电路4、微处理器MCU电路5及电源，并由环氧树脂浇注成一体的毫米级数字式水位传感器；所述的在绝缘的空心长方体的纵向的三个面，每个面上设置有至少两个以上的金属检测触点2，其间距是由测量的分辨率而定，其长度是所测水位的量程值；所述的金属检测触点2是不锈钢螺钉及其焊片；所述的测量电路是由多路检测电路-电压比较电路3、多路选择电路4、微处理器MCU电路5及数据变送输出电路6构成的电路板。

 进一步地，在上述的具体实施方式中，所述的绝缘空心长方体1，可以放置金属检测触点2以及后续电路板，并由环氧树脂浇注成一体的长方体，可以选用PVC绝缘材料的长方体，底面为边长为4cm的正方形，将一个侧面切下，里面空间放置电路板后将其复位并浇注。其他三个面，逆时针编号为第一面、第二面、第三面，如附图1，每个面设置间隔为2cm的两列触点，编号为第1、2、3、4、5、6列，每一列的触点按照间距为6mm进行设置，同时，后一列比前一列的触点纵向距离高出1mm（即传感器的精度），设置的触点总数根据所测水位的最高值决定，及传感器的量程，例如0~1m的量程，需要设置1000个点。

本发明在具体实施方式中所述的金属检测触点2可以是长度为6mm、直径为1mm的不锈钢螺钉，从长方体管得外表面穿进内表面，并将焊片套在螺杆上，用螺母固定，焊片起到与电路板连接的作用，电路板上有本发明在具体实施方式中所述的多路检测-电压比较电路3、多路选择电路4、微处理器MCU电路5及数据变送输出电路6。这些电路固定在绝缘的长方体中，最后用环氧树脂浇注成型，防止水通过孔进入内部毁坏电路板，同时使传感器具有一定的机械强度。

使用时，选择需要测量的水体，将传感器垂直置于水体底部安装固定。没有水时所有触点连接到的检测电路输出均为“0”，有水时，传感器上的触点若接触到水，连接该触点的检测电路导通，状态由“0”翻转成“1”，未接触到水的触点相连的检测电路输出仍为“0”，通过微处理器扫描电路统计检测电路状态“1”的个数，即得准确的毫米级的数字水位值，能够实现对水位的精确测量，可用于各种水位以及导电液体的液位测量。本发明传感器的分辨率设置为1mm。

Claims (4)

1.一种毫米级数字式水位传感器检测方法，其所述检测方法是通过毫米级数字式水位传感器实现对水位进行检测；

所述水位传感器检测方法是将毫米级数字式水位传感器固设在水中，传感器上的每个金属检测触点（2）均有一个相应的多路检测-电压比较电路（3），被水淹没的金属检测触点（2）所连接的多路检测-电压比较电路（3）的输出发生由“0”、“1”的转变，未被淹没的不发生变化，通过多路选择电路（4）和微处理器MCU电路（5），进行统计所有多路检测-电压比较电路（3）的状态“1”的个数，即得准确测得水位值，并通过数据变送输出电路（6）进行远传给上位机，实现检测；

    所述毫米级数字式水位传感器是在绝缘空心长方体（1）的三个面上并且每相邻的两个面按照一定的相同的纵向间距设置螺旋式上升的金属检测触点（2），并连接至多路检测-电压比较电路（3）、多路选择电路（4）、微处理器MCU电路（5）、数据变送输出电路（6）及电源，并由环氧树脂浇注成一体的毫米级数字式水位传感器。

2.如权利要求1所述的检测方法，其所述水位传感器是将绝缘空心长方体（1）的纵向的三个面，每个面上设置有至少两个以上的金属检测触点（2）， 其间距是由测量的分辨率而定，其长度是所测水位的量程值。

3.如权利要求1所述的检测方法，其所述金属检测触点（2）是不锈钢螺钉及其焊片构成。

4.如权利要求1所述的检测方法，其所述测量电路是由多路检测-电压比较电路（3）、多路选择电路（4）、微处理器MCU电路（5）及数据变送输出电路（6）构成的电路板。