CN1560571A - 冰下水位传感器及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
冰下水位传感器及其检测方法属于自动化检测技术领域，由传感器内部按特定地址设置编码的编码检测信号源经传感器内、外侧壁中间空间内充满的被检测介质，与按标尺刻度位置排列的传感器内部的每一个金属检测触点，内部刻度译码开关电路与和编码检测信号源具有相同地址编码的译码检测识别电路组成检测回路，通过传感器内部单片机控制电路控制编码检测信号源发出检测编码脉冲序列信号，同时按一定编码顺序产生刻度译码开关控制信号依次接通各金属检测触点对应的检测电路，可以在冰冻条件下对河流渠道、湖泊、水库、长距离输水工程、极地考察、地质与环境监测及各种水电工程冰层生消过程的冰下水位进行定点连续自动检测。
Description
技术领域
冰下水位传感器及其检测方法属于自动化检测技术领域的一项发明。它是一种可以在冰冻条件下对河流渠道、湖泊、水库、长距离输水工程、极地考察、地质与环境监测及各种水电工程冰层生消过程进行冰下水位定点自动连续检测的传感器装置。
技术背景
目前国内外在冬季冰冻条件下对冰层生消过程中冰下水位进行定点自动连续检测的传感器装置很少。目前，国内外冰下水位检测技术主要有二类，一类是直接测量法，它依靠人工凿冰或打钻后通过刻度尺人工直接测量冰厚和冰下水位，我国北方水文站主要采用这种方法。它的优点是数据可靠，但缺点是劳动强度高、危险性大，不能保证在同一地点进行定时自动化检测。另一类方法通过某种特定的方法，使被测点某一小范围内冰层保持融化状态，借助于某种水位检测方法检测冰冻状态环境下水位值，上述两类方法检测到的均是冰层被破开后的水位值。通过研究，我们掌握了水的电导率在结冰与非结冰状态下有较大的区别，利用这一性质可以对冰下水位进行准确检测。经检索我们发现的冰冻传感器有：日本专利“一种水位测量装置“G01 F 23/30 Z 7143-2F，它提出一种外形为圆柱形筒，上面封口垂直安置于水中，筒内罐入防冻油其厚度比预计的冰层厚一些，水可从筒的下部进入筒中，由于比重不同防冻油飘浮在水上面，可阻挡冷空气接触水，使筒中的水不结冰，这样可以在冰冻情况下检测出无压水位。本发明研制成功了一种利用冰和水呈现的不同电导特性可对冰下水位进行自动测量的传感器及其检测方法。
发明内容
冰下水位传感器及其检测方法是根据冰和水呈现的不同电导特性，结合电子信息处理技术研制出的一种冰下水位检测传感器装置和一种新的冰下水位检测方法。利用这一传感器和检测方法可以在保持河面结冰的情况下实现对冰下水位的定点连续自动检测，达到掌握冰生消过程的目的。它可有效地在冬季环境温度不低于-35℃时准确地测量冰下水位的变化。
冰下水位传感器及其检测方法特征是：1.一种冰下水位传感器其特征在于是开关式编译码连续自动检测冰下水位的传感器，传感器由矩形塑钢材料柱体(1)，编码检测信号源(2)及矩形塑钢材料柱体(1)外侧壁(3)的编码检测信号源(2)发射电极(4)，矩形塑钢材料柱体(1)内侧壁(5)按标尺刻度位置排列等距离安装的金属检测触点(6)，固定在矩形塑钢材料柱体(1)内部的单片机控制电路(7)，固定在矩形塑钢材料柱体(1)内部并与各金属触点及单片机控制电路(7)相连接的刻度译码开关电路(8)，固定在矩形塑钢材料柱体内部(1)并与单片机控制电路(7)、刻度译码开关电路(8)相连接的译码检测识别电路(9)，绝缘保温密封添充材料(10)及传感器导线连接插座(11)组成，其中，固定在矩形塑钢材料柱体(1)内部的编码检测信号源(2)采用按某一特定地址编码的集成电路MC145026编码器构成，译码检测识别电路(9)由和编码检测信号源(2)具有相同地址编码的集成电路MC145027译码器构成。
使用时，将传感器一端朝下垂直安置于冰水中，且传感器应有部分金属检测触点淹没于冰层底部水中，并对其底部所处的水位高度进行初始标定。其检测过程为：外电源通过传感器导线连接插座(11)接入传感器，使传感器内部的编码检测信号源(2)、单片机控制电路(7)、刻度译码开关电路(8)、译码识别电路(9)均处于上电工作状态，通过传感器内部单片机控制电路(7)控制编码检测信号源发射电极(4)发出检测编码脉冲序列信号，同时按一定编码顺序产生刻度译码开关控制信号使各刻度译码开关电路(8)按照编码顺序依次单独导通，当某一刻度译码开关电路(8)导通时将把编码检测信号源(2)，这一刻度位置的金属检测触点和与其相连接的被检测介质，译码检测识别电路(9)接通，译码检测识别电路(9)将对这一金属检测触点与编码检测信号源发射电极(4)之间被测介质的电导值范围进行识别，当被测介质为冰时，其电导值小，译码检测识别电路(9)将接收不到由编码检测信号源(2)发出检测编码脉冲序列信号，其输出状态端将呈现低电平，当被测介质为水时，其电导值大，译码检测识别电路(9)将能接收到由编码检测信号源(2)发出检测编码脉冲序列信号，其输出状态端将呈现高电平，反映两种不同被测介质性质的标志电平将被反馈到单片机控制电路(7)，单片机控制电路(7)将会根据这一时刻对应的刻度译码开关控制信号确定出被测金属检测触点所处的标尺刻度位置，在单片机控制电路(7)控制下将所有金属检测触点(6)对应的回路都检测完毕后，单片机将能确定出冰层与冰下水相接的底部界面的确切标尺刻度位置，进而可根据传感器的初始标定液位高度加上传感器测得的水位高度得知冰下水位值。
本发明的主要用途及优点：
冰下水位传感器及其检测方法可以在冰冻条件下对河流渠道、湖泊、水库、长距离输水工程、极地考察、地质与环境监测及各种水电工程冰层生消过程进行高精度的冰下水位连续自动检测。
本发明在对冰及水的电导特性进行深入研究的基础上，采用单片机编码控制刻度译码开关依次接通编码检测信号源、不同刻度位置被测介质与译码检测识别电路构成的检测回路的特殊传感器设计结构与检测方法，可以快速、准确地判断出冰下水位的刻度位置；在整个检测过程中，全部采用特殊编码后的数字脉冲信号检测、识别和传输，具有很强的抗干扰能力，并很容易与计算机直接相连，可以在恶劣环境下不需破冰实现对冰下水位的连续自动检测。其优点可以概括为：
A、采用对被测介质电导数值范围通过编、译码电路进行判断的检测方式能对冰下水位进行自动检测；
B、采用数字编、译码识别检测技术，使检测过程具有很强的抗干扰性能；
C、结构简单，成本低，误差小，稳定可靠。
附图说明
图1是“冰下水位传感器”俯视结构图，图2是其剖面结构图，图中：
1、矩形塑钢材料柱体
2、编码检测信号源
3、塑钢材料柱体外侧壁
4、编码检测信号源发射电极
5、塑钢材料柱体内侧壁
6、金属检测触点
7、单片机控制电路
8、刻度译码开关电路
9、译码检测识别电路
10、绝缘保温密封添充材料
11、导线连接插座
具体实施方式：
实施方式1.冰下水位的检测：
首先，将附图中所示传感器在未结冰时安放在被测水中或在结冰状态下凿开冰层将其一端朝下垂直安置于冰水中且传感器应有部分金属检测触点淹没于冰层底部水中。外施工作电源及数据处理仪器通过一根多芯防水电缆与传感器导线连接插座(11)相连。检测时先由传感器内部的单片机控制电路(7)在内嵌专用软件作用下控制编码检测信号源发射电极(4)发出检测编码脉冲序列信号，同时按一定编码顺序按照由上到下的顺序向刻度译码开关电路(8)发出导通控制信号，使各刻度译码开关电路(8)按照由上到下的顺序依次单独导通，当某一刻度译码开关导电路通时将把编码检测信号源(2)，这一刻度位置的金属检测触点和与其相连接的被检测介质，译码检测识别电路(9)接通。译码检测识别电路(9)将对这一金属检测触点与编码检测信号源(2)之间被测介质的电导值范围进行识别并根据识别结果由其状态输出端输出表示被测介质性质的高或低标志电平到单片机控制电路(7)，单片机控制电路(7)将会根据这一时刻对应的刻度译码开关控制信号确定出被测金属检测触点所处的标尺刻度位置。在单片机控制电路(7)控制下将所有金属检测触点(6)对应的回路都检测完毕后，单片机将能综合判断后确定出冰层底部的确切标尺刻度位置，进而可根据传感器的初始标定液位高度加上传感器测得的水位高度得知冰下水位值。这一结果还可在软件控制下通过传感器导线连接插座(11)与多芯防水电缆传送到外施数据处理仪器进行进一步处理。
实施方式2.水位的检测：
冰下水位传感器也可对一般的非结冰状态下的河道、水库等水位进行自动检测。首先，将附图中所示传感器一端朝下垂直安置于水中，并对传感器最底部所处的高度进行标定获得其初值。外施工作电源及数据处理仪器通过一根多芯防水电缆与传感器导线连接插座(11)相连。检测时先由传感器内部的单片机控制电路(7)在内嵌专用软件作用下控制编码检测信号源发射电极(4)发出检测编码脉冲序列信号，同时按一定编码顺序按照由上到下的顺序向刻度译码开关电路(8)发出导通控制信号，使各刻度译码开关电路(8)按照由上到下的顺序依次单独导通，当某一刻度译码开关电路导通时将把编码检测信号源(2)，这一刻度位置的金属检测触点和与其相连接的被检测介质，译码检测识别电路(9)接通。译码检测识别电路(9)将对这一金属检测触点与编码检测信号源(2)之间被测介质的电导值范围进行识别并根据识别结果由其状态输出端输出表示被测介质性质的高或低标志电平到单片机控制电路(7)，当被测介质是水面空气时，其电导值趋于零，译码检测识别电路(9)将接收不到由编码检测信号源(2)发出的编码检测序列信号，其状态输出端将输出低电平；当被测介质是水时，其电导值很大，译码检测识别电路(9)将接收到由编码检测信号源(2)发出的编码检测序列信号，其状态输出端将输出高电平，单片机控制电路(7)将会根据这一时刻对应的刻度译码开关控制信号确定出被测金属检测触点所处的标尺刻度位置。在单片机控制电路(7)控制下将所有金属检测触点(6)对应的回路都检测完毕后，单片机将能综合判断后确定出空气与水面的确切标尺刻度位置，进而可根据传感器的初始标定液位高度加上传感器测得的水位高度得知水位值，这一结果还可在软件控制下通过传感器导线连接插座(11)与多芯防水电缆传送到外施数据处理仪器进行进一步处理。
Claims (2)
1.一种冰下水位传感器其特征在于是开关式编译码连续自动检测冰下水位的传感器，传感器由矩形塑钢材料柱体(1)，编码检测信号源(2)，安装在矩形塑钢材料柱体外侧壁(3)的编码检测信号源发射电极(4)，在矩形塑钢材料柱体内侧壁(5)按标尺刻度位置排列等距离安装的金属检测触点(6)，固定在矩形塑钢材料柱体(1)内部的单片机控制电路(7)，固定在矩形塑钢材料柱体(1)内部并与各金属触点及单片机控制电路(7)相连接的刻度译码开关电路(8)，固定在矩形塑钢材料柱体内部(1)并与单片机控制电路(7)、刻度译码开关电路(8)相连接的译码检测识别电路(9)，绝缘保温密封添充材料(10)及传感器导线连接插座(11)组成，其中，固定在矩形塑钢材料柱体(1)内部的编码检测信号源(2)采用按某一特定地址编码的集成电路MC145026编码器构成，译码检测识别电路(9)由和编码检测信号源(2)具有相同地址编码的集成电路MC145027译码器构成。
2.权利要求1所述的冰下水位传感器的检测方法其特征在于，首先将传感器垂直放置在冰层中，且传感器应有部分金属检测触点淹没于冰层底部水中，通过传感器内部单片机控制电路(7)控制编码检测信号源发射电极(4)发出检测编码脉冲序列信号，同时按一定编码顺序产生刻度译码开关控制信号使各刻度译码开关电路(8)按照编码顺序依次单独导通，当某一刻度译码开关电路(8)导通时将把编码检测信号源(2)，这一刻度位置的金属检测触点和与其相连接的被检测介质，译码检测识别电路(9)接通，译码检测识别电路(9)将对这一金属检测触点与编码检测信号源发射电极(4)之间被测介质的电导值范围进行识别，当被测介质为冰时，其电导值小，译码检测识别电路(9)将接收不到由编码检测信号源(2)发出检测编码脉冲序列信号，其输出状态端将呈现低电平，当被测介质为水时，其电导值大，译码检测识别电路(9)将能接收到由编码检测信号源(2)发出检测编码脉冲序列信号，其输出状态端将呈现高电平，反映两种不同被测介质性质的标志电平将被反馈到单片机控制电路(7)，单片机控制电路(7)将会根据这一时刻对应的刻度译码开关控制信号确定出被测金属检测触点所处的标尺刻度位置，在单片机控制电路(7)控制下将所有金属检测触点对应的回路都检测完毕后，单片机将能确定出冰层与冰下水相接的底部界面的确切标尺刻度位置，进而可根据传感器的初始标定液位高度加上传感器测得的水位高度得知冰下水位值。
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