CN111896075A - 一种基于频域反射法的水位报警器 - Google Patents

Abstract

一种基于频域反射法的水位报警器，属于水位测量领域。包括管帽、外管、安装架、管头、内固定铜环安装架、电池、测量模块、主控电路板与安装管，所述的管帽、管头通过防水螺纹结构与外管连接；水能通过外管底封液位孔、进水孔进入安装管内层液位管腔达到一定液位，沿途经过的测量模块依次检测到水位并发出警报检测信号，检测信号通过主控电路板传输到外界。利用先进的FDR频域反射原理，实现水位监控，监控精度高，报警器不与水接触能够有效提高报警器的使用寿命，保持报警器长期精度稳定；报警器通过485通讯与外界建立数据传输通道，不用人到现场观察，还能将水位报警信息传输到指定位置。

Description

一种基于频域反射法的水位报警器

技术领域

本发明涉及一种基于频域反射法的水位报警器，具体地说是利用频域反射法进行水位测量的水位报警器，属于水位测量领域。

背景技术

水位报警装置是一种用于水利工程进行水位报警的装置。根据洪水规律与洪灾特点，研究并采取各种对策和措施，以防止或减轻洪水灾害，保障社会经济发展的水利工作。其基本工作内容有防洪规划、防洪建设、防洪工程的管理和运用、防汛(防凌)、洪水调度和安排、灾后恢复重建等。防洪措施包括工程措施和非工程措施。防洪也是水利科学的一项重要专业学科，因此水利工程水位报警装置是必不可少。

现在检测水位的方法大多是采用现场观测法，一旦水位过高或者过低，无法及时的发现；而且现有的一些水利水电工程的水位报警装置结构复杂，安装繁琐，检测精确度较低，成本较高，不适合大批量的使用。

发明内容

针对上述的观察水位尺需要人工进行实地去观察，缺乏准确性，也没有报警功能的不足，本发明提供了一种基于频域反射法的水位报警器。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于频域反射法的水位报警器，包括管帽、外管、安装架、管头、内固定铜环安装架、电池、测量模块、主控电路板与安装管，所述的管帽、管头通过防水螺纹结构与外管连接，安装架固定安装在外管的外部，电池、测量模块、主控电路板通过内固定铜环安装架固定连接在安装管上，安装管固定安装在外管内部，湿度测量模块、主控电路板与电池之间电性连接，测量模块与主控电路板之间有数据线连接；所述的外管具有外管底封液位孔，所述的管头具有进水孔，所述的安装管具有安装管内层液位管腔，水能通过外管底封液位孔、进水孔进入安装管内层液位管腔达到一定液位，沿途经过的测量模块依次检测到水位并发出警报检测信号，检测信号通过主控电路板传输到外界。

所述的管帽具有接线口与按钮，所述的接线口与按钮都安装在管帽上，接线口与管帽通过防水螺纹结构连接，电线从接线口接出，电线与接线口接触的地方涂有防水胶，所述的按钮与管帽之间通过防水软结构连接，所述的按钮与电池、主控电路板电性连接；所述的防水软结构为与管帽通过防水胶连接的硅胶片，硅胶片外部与按钮连接。

所述的防水螺纹结构连接是通过锥螺纹或管螺纹配合魔绳和/或生料带和/ 或螺纹密封胶进行连接。

所述的外管具有外管管体、螺纹端、外管底封、限位安装孔、内切点法线平面、外管底封液位孔、防水胶、上部螺纹端、顶封、上部限位安装孔与走线孔，所述的螺纹端在外管管体的下端部，外管底封在外管管体的下端径截面上，封堵外管的底部，限位安装孔安装在外管底封的内侧面上，限位安装孔的内侧圆柱面与螺纹端的内侧圆柱面相切，外管底封液位孔开在外管底封上，外管底封液位孔的轴线与限位安装孔的轴线重合，限位安装孔内侧圆柱面上涂有防水胶，上部螺纹端在外管的上端部，外管的上端部有顶封、上部限位安装孔，上部限位安装孔的轴线与限位安装孔的轴线相同，在外管的顶封的非上部限位安装孔的区域开有走线孔。

所述的管头具有进水孔与防水螺纹结构，所述的进水孔均布在管头的底部，进水孔内侧安装有过滤网。

所述的内固定铜环安装架具有主体板、立柱、安装孔、铜环支撑杆和铜环挡块，所述的主体板上连接有多个立柱，主体板上开有安装孔，主体板上连接有四个铜环支撑杆，铜环挡块连接在主体板的侧面，位于同侧的两个铜环支撑杆的中间，所述的立柱顶面上开有电路板安装孔，所述的铜环支撑杆上具有支撑杆挡面，铜环挡块上具有挡块挡面。

所述的测量模块具有内固定铜环安装架、采集电路板和铜环；主控电路板通过内固定铜环安装架上的电路板安装孔安装在主控电路板安装架上；所述的采集电路板通过内固定铜环安装架上的立柱顶面上开有的电路板安装孔安装在内固定铜环安装架上；所述的铜环有两个，分别安装在内固定铜环安装架上相对的两个铜环支撑杆上；所述的采集电路板上设有采集电路；所述的安装管上开有固定安装孔，内固定铜环安装架通过安装孔与安装管的固定安装孔连接在一起，多个测量模块沿着安装管的轴线方向分布。

所述的主控电路板上设有控制电路和供电电路，所述的控制电路具有单片机，单片机通过通讯将检测信息传送给外界；所述的供电电路与电池连接，为控制电路、按钮、发光二极管和湿度测量模块提供电力。

所述的安装管具有安装管外层管、安装管内层液位管壁、安装管内层液位管腔、安装管底封与固定安装孔，所述的安装管为双层管，所述的安装管外层管与安装管内层液位管壁通过安装管底封连接在一起，安装管内层液位管壁内部形成安装管内层液位管腔，固定安装孔开在安装管外层管上。

所述的管帽、管体、内固定铜环安装架和安装管为透波材料，包括但不仅限于环氧树脂。

该发明的有益之处是，本发明利用先进的FDR频域反射原理，实现水位监控，监控精度高，报警器不与水接触能够有效提高报警器的使用寿命，保持报警器长期精度稳定；报警器通过485通讯与外界建立数据传输通道，不用人到现场观察，还能将水位报警信息传输到指定位置；外管和安装管端部的结构设计，能够起到有效的防水作用；内固定铜环安装架的设计可以将铜环牢固的固定住，铜环不会晃动，不会影响检测精度与结果；立柱和电路板安装孔的设置，使电路板可以安装在铜环内，节约传感器内部空间，还能减少电路走线，使内部电气走线简约明朗；支撑杆挡面与挡块挡面的设置，限制了铜环的位置，使铜环不易晃动；采集电路的设计保证传感器信号采集的精确度，不会造成数据丢失；控制电路的设计保证传感器处理信号的合理性以及数据的精确性。

附图说明

限位安装孔204的内侧圆柱面与螺纹端202的内侧圆柱面相切的切点处的法线方向的螺纹端202的轴截面，是内切点法线平面205。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为图2圆圈处放大图；

图4为本发明去掉未剖部分外管的结构示意图；

图5为本发明的内切点法线平面205上的局部全剖视图；

图6为图4中A处剖面图；

图7为本发明的外管的上端部的局部剖视图；

图8为本发明的管头的结构示意图；

图9为本发明的内固定铜环安装架的结构示意图；

图10为本发明的湿度测量模块的结构示意图；

图11为本发明的供电电路图；

图12为本发明的控制电路图；

图13为本发明的采集电路图。

图中，1、管帽，101、接线口，102、按钮，103、发光二极管，2、外管， 201、外管管体，202、螺纹端，203、外管底封，204、限位安装孔，205、内切点法线平面，206、外管底封液位孔，207、防水胶，208、上部螺纹端，209、顶封，210、上部限位安装孔，211、走线孔，3、安装架，4、管头，401、进水孔，402、防水螺纹结构，5、内固定铜环安装架，501、主体板，502、立柱，50201、电路板安装孔，503、安装孔，504、铜环支撑杆，50401、支撑杆挡面， 505、铜环挡块，50501、挡块挡面，6、电池，7、测量模块，701、采集电路板， 702、铜环，8、主控电路板，9、安装管，901、安装管外层管，902、安装管内层液位管壁，903、安装管内层液位管腔，904、安装管底封，905、固定安装孔。

具体实施方式

一种基于频域反射法的水位报警器，包括管帽1、外管2、安装架3、管头 4、内固定铜环安装架5、电池6、测量模块7、主控电路板8与安装管9，所述的管帽1、管头4通过防水螺纹结构与外管2连接，安装架3固定安装在外管2 的外部，电池6、测量模块7、主控电路板8通过内固定铜环安装架5固定连接在安装管9上，安装管9固定安装在外管2内部，湿度测量模块7、主控电路板 8与电池6之间电性连接，测量模块7与主控电路板8之间有数据线连接；所述的外管2具有外管底封液位孔206，所述的管头4具有进水孔401，所述的安装管9具有安装管内层液位管腔903，水能通过外管底封液位孔206、进水孔401 进入安装管内层液位管腔903达到一定液位，沿途经过的测量模块7依次检测到水位并发出警报检测信号，检测信号通过主控电路板8传输到外界。

所述的管帽1具有接线口101与按钮102，所述的接线口101与按钮102 都安装在管帽1上，接线口101与管帽1通过防水螺纹结构连接，电线从接线口101接出，电线与接线口接触的地方涂有防水胶，所述的按钮102与管帽1 之间通过防水软结构连接，所述的按钮102与电池6、主控电路板8电性连接；所述的防水软结构为与管帽1通过防水胶连接的硅胶片，硅胶片外部与按钮102 连接。

所述的防水螺纹结构连接是通过锥螺纹或管螺纹配合魔绳和/或生料带和/ 或螺纹密封胶进行连接。

所述的外管2具有外管管体201、螺纹端202、外管底封203、限位安装孔 204、内切点法线平面205、外管底封液位孔206、防水胶207、上部螺纹端208、顶封209、上部限位安装孔210与走线孔211，所述的螺纹端202在外管管体201 的下端部，外管底封203在外管管体201的下端径截面上，封堵外管2的底部，限位安装孔204安装在外管底封203的内侧面上，限位安装孔204的内侧圆柱面与螺纹端202的内侧圆柱面相切，外管底封液位孔206开在外管底封203上，外管底封液位孔206的轴线与限位安装孔204的轴线重合，限位安装孔204内侧圆柱面上涂有防水胶207，上部螺纹端208在外管2的上端部，外管2的上端部有顶封209、上部限位安装孔210，上部限位安装孔210的轴线与限位安装孔 204的轴线相同，在外管2的顶封209的非上部限位安装孔210的区域开有走线孔211。

所述的管头4具有进水孔401与防水螺纹结构402，所述的进水孔401均布在管头4的底部，进水孔401内侧安装有过滤网。

所述的内固定铜环安装架5具有主体板501、立柱502、安装孔503、铜环支撑杆504和铜环挡块505，所述的主体板501上连接有多个立柱502，主体板 501上开有安装孔503，主体板501上连接有四个铜环支撑杆504，铜环挡块505 连接在主体板501的侧面，位于同侧的两个铜环支撑杆504的中间，所述的立柱502顶面上开有电路板安装孔50201，所述的铜环支撑杆504上具有支撑杆挡面50401，铜环挡块505上具有挡块挡面50501。

所述的测量模块7具有内固定铜环安装架5、采集电路板701和铜环702；主控电路板8通过内固定铜环安装架5上的电路板安装孔50201安装在主控电路板安装架5上；所述的采集电路板701通过内固定铜环安装架5上的立柱502 顶面上开有的电路板安装孔50201安装在内固定铜环安装架5上；所述的铜环 702有两个，分别安装在内固定铜环安装架5上相对的两个铜环支撑杆504上；所述的采集电路板701上设有采集电路；所述的安装管9上开有固定安装孔905，内固定铜环安装架5通过安装孔503与安装管3的固定安装孔905连接在一起，多个测量模块7沿着安装管9的轴线方向分布。

所述的主控电路板8上设有控制电路和供电电路，所述的控制电路具有单片机，单片机通过485通讯将检测信息传送给外界；所述的供电电路与电池6 连接，为控制电路、按钮102、发光二极管103和湿度测量模块7提供电力。

所述的安装管9具有安装管外层管901、安装管内层液位管壁902、安装管内层液位管腔903、安装管底封904与固定安装孔905，所述的安装管9为双层管，所述的安装管外层管901与安装管内层液位管壁902通过安装管底封904 连接在一起，安装管内层液位管壁902内部形成安装管内层液位管腔903，固定安装孔905开在安装管外层管901上。

所述的管帽1、管体2、内固定铜环安装架5和安装管9为透波材料，包括但不仅限于环氧树脂。

本水位报警器的使用方法为：首先在选定的位置，用工具将本装置的安装架3固定好，然后将管体2固定安装到安装架3上；安装好之后，连接电线，按动按钮102启动水位报警器。

本水位报警器的测量模块在组装时，需要先在内固定铜环安装架5的立柱 502上，通过电路板安装孔50201安装采集电路板701，然后再安装铜环702，安装上之后，调整铜环702的位置，确保铜环支撑杆504撑在铜环702的直径方向上，确保铜环702的上顶面与支撑杆挡面50401贴合，或者铜环702的下顶面与挡块挡面50501贴合，然后测算两铜环702相近两顶面间的距离，使两铜环702之间的距离符合要求。

本水位报警器的工作过程为，水从管头4的进水孔401进入，经由外管底封液位孔206进入安装管内层液位管腔903，因为连通器原理，水位报警器内安装管内层液位管腔903中的液位与外部水域的液位保持一致，到水位涨到第一个测量模块7能够测量的位置时，因为测量区域有水进入，所以测量区域的介电常数发生变化，测量模块7通过FDR频域反射原理，发射电磁脉冲，利用电磁波在介质中传播频率的变化来检测介电常数的变化，从而监测水位，达到监控水位并报警的功能。

本水位报警器的测量模块的采集电路由供电电路供电，采集到的数据经过分频传送给控制电路，由控制电路进行处理。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于频域反射法的水位报警器，其特征在于：包括管帽、外管、安装架、管头、内固定铜环安装架、电池、测量模块、主控电路板与安装管，所述的管帽、管头通过防水螺纹结构与外管连接，安装架固定安装在外管的外部，电池、测量模块、主控电路板通过内固定铜环安装架固定连接在安装管上，安装管固定安装在外管内部，湿度测量模块、主控电路板与电池之间电性连接，测量模块与主控电路板之间有数据线连接；所述的外管具有外管底封液位孔，所述的管头具有进水孔，所述的安装管具有安装管内层液位管腔，水能通过外管底封液位孔、进水孔进入安装管内层液位管腔达到一定液位，沿途经过的测量模块依次检测到水位并发出警报检测信号，检测信号通过主控电路板传输到外界。

2.如权利要求1所述的一种基于频域反射法的水位报警器，其特征在于：所述的管帽具有接线口与按钮，所述的接线口与按钮都安装在管帽上，接线口与管帽通过防水螺纹结构连接，电线从接线口接出，电线与接线口接触的地方涂有防水胶，所述的按钮与管帽之间通过防水软结构连接，所述的按钮与电池、主控电路板电性连接；所述的防水软结构为与管帽通过防水胶连接的硅胶片，硅胶片外部与按钮连接。

3.如权利要求1或2所述的一种基于频域反射法的水位报警器，其特征在于：所述的防水螺纹结构连接是通过锥螺纹或管螺纹配合魔绳和/或生料带和/或螺纹密封胶进行连接。

4.如权利要求1所述的一种基于频域反射法的水位报警器，其特征在于：所述的外管具有外管管体、螺纹端、外管底封、限位安装孔、内切点法线平面、外管底封液位孔、防水胶、上部螺纹端、顶封、上部限位安装孔与走线孔，所述的螺纹端在外管管体的下端部，外管底封在外管管体的下端径截面上，封堵外管的底部，限位安装孔安装在外管底封的内侧面上，限位安装孔的内侧圆柱面与螺纹端的内侧圆柱面相切，外管底封液位孔开在外管底封上，外管底封液位孔的轴线与限位安装孔的轴线重合，限位安装孔内侧圆柱面上涂有防水胶，上部螺纹端在外管的上端部，外管的上端部有顶封、上部限位安装孔，上部限位安装孔的轴线与限位安装孔的轴线相同，在外管的顶封的非上部限位安装孔的区域开有走线孔。

5.如权利要求1所述的一种基于频域反射法的水位报警器，其特征在于：所述的管头具有进水孔与防水螺纹结构，所述的进水孔均布在管头的底部，进水孔内侧安装有过滤网。

6.如权利要求1所述的一种基于频域反射法的水位报警器，其特征在于：所述的内固定铜环安装架具有主体板、立柱、安装孔、铜环支撑杆和铜环挡块，所述的主体板上连接有多个立柱，主体板上开有安装孔，主体板上连接有四个铜环支撑杆，铜环挡块连接在主体板的侧面，位于同侧的两个铜环支撑杆的中间，所述的立柱顶面上开有电路板安装孔，所述的铜环支撑杆上具有支撑杆挡面，铜环挡块上具有挡块挡面。

7.如权利要求1所述的一种基于频域反射法的水位报警器，其特征在于：所述的测量模块具有内固定铜环安装架、采集电路板和铜环；主控电路板通过内固定铜环安装架上的电路板安装孔安装在主控电路板安装架上；所述的采集电路板通过内固定铜环安装架上的立柱顶面上开有的电路板安装孔安装在内固定铜环安装架上；所述的铜环有两个，分别安装在内固定铜环安装架上相对的两个铜环支撑杆上；所述的采集电路板上设有采集电路；所述的安装管上开有固定安装孔，内固定铜环安装架通过安装孔与安装管的固定安装孔连接在一起，多个测量模块沿着安装管的轴线方向分布。

8.如权利要求1所述的一种基于频域反射法的水位报警器，其特征在于：所述的主控电路板上设有控制电路和供电电路，所述的控制电路具有单片机，单片机通过通讯将检测信息传送给外界；所述的供电电路与电池连接，为控制电路、按钮、发光二极管和湿度测量模块提供电力。

9.如权利要求1所述的一种基于频域反射法的水位报警器，其特征在于：所述的安装管具有安装管外层管、安装管内层液位管壁、安装管内层液位管腔、安装管底封与固定安装孔，所述的安装管为双层管，所述的安装管外层管与安装管内层液位管壁通过安装管底封连接在一起，安装管内层液位管壁内部形成安装管内层液位管腔，固定安装孔开在安装管外层管上。

10.如权利要求1所述的一种基于频域反射法的水位报警器，其特征在于：所述的管帽、管体、内固定铜环安装架和安装管为透波材料，包括但不仅限于环氧树脂。

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