CN203054089U - 无线电导率传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无线电导率传感器，包括一安装底座和固定于安装底座上的外壳，所述外壳的上方固定安装有一天线保护罩，所述天线保护罩内设有一天线；所述外壳内设有无线通信模块和与无线通信模块相连接的变送器模块，所述无线通信模块与所述天线相连接；所述外壳的一侧设有电极和温度探头接口，另一侧设有电源与有线通信接口。本实用新型采用无线数据传输技术，可以实现电导率监测数据稳定、可靠、直接地传输到监测中心站，建立监测网络时，仅需到监测点安装相应传感器及其太阳能电池和蓄电池即可，加快了广扩区域内水质监测网络的建设速度，同时降低了建设成本，后期维护简单。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种传感器，特别是涉及一种无线电导率传感器。
背景技术
随着我国经济的迅猛发展，各类工矿企业建设速度加快，江河流域及各种水体污染时有发生，环境保护已是社会发展的重要课题。水质监测是环境保护、预警的关键依据，监测和控制影响水体环境的水质参数具有重大的理论和现实意义。水的电导率反映了其所含无机酸、碱、盐的量，且受温度的影响，该指标常用于推测水中离子的总浓度或含盐量。因此水质电导率间接反映了水体中各类电解质的浓度，它是水质监测中常规监测参数之一，因而电导率监测设备在国内的应用已很广泛。但是电导率监测设备目前主要应用在工矿企业、水厂或城市内河中等地方，以手持式人工观测设备为主，在线监测设备也在逐步推广应用之中。随着国民经济的发展，提供环境污染或环境预报及时，在各江河流域、湖泊、海洋等水体中建立水质监测网络已非常必要。然而，在广阔的江河流域、湖泊、海洋等水体中应用在线电导率监测设备遇到了长距离供电及数据传输、安装布线等困难，难以快速形成广阔区域的监测网络。另一方面，现在各种移动通信网络已基本覆盖我们整个国土的各个角落，为利用移动网络实现水质监测网络通信提供了可能。
目前市场上应用的在线式电导率仪主要采用有线数据传输方式，其缺点是数据传输距离较为有限，采集数据不能直接传输到远程监测中心或数据采集站点，需要另外增加有线或无线通信中继（如含GPRS无线通信模块的远程通信中继器）才能实现数据远距离传输；另外也出现了基于Zigbee无线电导率传感器，其缺点是无线数据传输距离短，需要大量的传感器节点才能形成一个数据传输网络。因此，现有的电导率传感器在广阔江河流域、湖泊、海洋等各类水体应用时,不能快速地构建起不间断远程监测网络，建设成本较高，维护难度大。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于，提供一种无线电导率传感器，将无线通信模块与传感器直接集成到一体，形成一个结构简单、体积小的无线电导率传感器，实现了测量数据直接远程传输到各个数据采集站点或监测中心，解决了电导率传感器在江河流域、湖泊、海洋等各类水体的数据不能直接远程传输问题，可在广阔区域快速地建立起不间断监测网络，为环境报告和环境污染预警提供了可靠依据；另外，由于不需要布线、不需要通信中继，不需要其他相关传感器节点即可独立实现远程数据传输，因此建设成本低、后期维护简单。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种无线电导率传感器，包括一安装底座和固定于安装底座上的外壳，其特征在于：所述外壳的上方固定安装有一天线保护罩，所述天线保护罩内设有一天线；所述外壳内设有无线通信模块和与无线通信模块相连接的变送器模块，所述无线通信模块与所述天线相连接；所述外壳的一侧设有电极和温度探头接口，另一侧设有电源与有线通信接口。
进一步的技术方案是：
所述的变送器模块包括微控制器和分别与微控制器相连接的电导率测量电路、补偿温度测量电路、时钟电路、电源控制电路、串口/RS232转换电路和RS485通信电路，所述的串口/RS232转换电路与所述的无线通信模块相连接。
所述的电导率测量电路通过电缆连接电极探头，所述的补偿温度测量电路通过电缆连接温度探头。
所述变送器模块的下部设有变送器模块固定座。
所述的电极和温度探头接口通过电缆与集成一体的电极和温度探头相连接，所述的电极和温度探头接口与所述变送器模块上的相应接口相连接。
所述的电源与有线通信接口处设有4根接口线，其中两根线作为电源接口线与外部的太阳能电池及蓄电池相连接，另外两根线作为通信接口线与RS485通信电路相连接。
在所述天线保护罩与所述外壳之间的相互连接处及所述外壳与所述安装底座之间的相互连接处分别设有防水圈。
所述电极和温度探头接口、所述电源与有线通信接口均为防水接头。
所述外壳的材质为不锈钢。
所述的无线通信模块为GPRS、GSM或CDMA无线通信模块。
本实用新型的有益效果是：由于采用无线数据传输技术，可以充分利用现有的移动通信网络，实现电导率监测数据稳定、可靠、直接地传输到监测中心站。建立监测网络时，仅需到监测点安装相应传感器及其太阳能电池和蓄电池即可，不需要长距离布线，不需要额外的通信中继的安装调试，加快了广扩区域内水质监测网络的建设速度，同时降低了建设成本；后期发生故障时仅需要更换相应的故障传感器即可，维护简单。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的电路原理框图；
图3是本实用新型的电源控制流程图。
具体实施方式
为进一步揭示本实用新型的技术方案，下面结合附图详细说明本实用新型的实施方式：如图1所示，一种无线电导率传感器，包括一安装底座9和固定于安装底座9上的不锈钢外壳4，外壳4采用不锈钢材料，具备较好的抗锈蚀能力，适于长期在野外使用。外壳4的上方固定安装有一天线保护罩2，天线保护罩2内设有一天线1。天线保护罩2采用工程塑料制造,具有塑性好,强度高的特点，将天线1放置在天线保护罩2内，保护天线免受外力损坏。外壳4内设有GPRS无线通信模块3和与GPRS无线通信模块3相连接的变送器模块5，GPRS无线通信模块3与所述天线1相连接；变送器模块5的下部设有变送器模块固定座7。外壳4的一侧设有电极和温度探头接口8，另一侧设有电源与有线通信接口6。电极和温度探头接口8通过高强度柔性电缆与集成一体的电极和温度探头10相连接，且电极和温度探头接口8与变送器模块5上的相应接口相连接。电源与有线通信接口6处设有4根接口线，其中两根线作为电源接口线与外部的太阳能电池及蓄电池相连接，由外部太阳能电池及蓄电池供电，能够长期在线监测；另外两根线作为通信接口线与RS485通信电路相连接，有线通信接口对外提供RS485接口，支持标准SDI-12协议,便于安装调试或维护工作。
本实用新型整体进行了防水设计，如在天线保护罩2与外壳4之间、在外壳4与安装底座9之间的相互连接处均采用防水圈进行防水，电极和温度探头接口8和电源与有线通信接口6均采用防水接头，使传感器电子部分防水等级达到IP67，电极和温度探头接口8采用全密封一体化成型工艺，防水等级达到IP68，使传感器能够长期在室外使用，传感器电极和温度探头10可以长期安装到江河、湖泊、海洋等水体中进行测量。在传感器测量时，变送器模块5开启电导率及温度测量电路电源，进行电导率及水体温度测量，然后将测量数据通过GPRS无线通信模块3直接传送到远程监测数据采集站或监测中心，实现广域组网监测。
如图2所示，传感器的电子部分由变送器模块5和GPRS无线通信模块3两个模块组成。变送器模块5包括微控制器和分别与微控制器相连接的电导率测量电路、补偿温度测量电路、时钟电路、电源控制电路、串口/RS232转换电路和RS485通信电路，串口/RS232转换电路与GPRS无线通信模块3相连接。电导率测量电路通过电缆连接电极探头，补偿温度测量电路通过电缆连接温度探头。
微控制器是整个传感器的核心，其负责电导率测量的驱动信号产生、档位控制、信息处理、温度补偿测量、温度补偿处理等工作，负责数据的发送和远程命令的处理，控制传感器各部分电路的供电，以达到最佳节能及准确测量。电导率测量电路和电极探头构成电导率传感与测量核心部分，其采用阻抗扫描测量技术，负责将电导率信号转化为电压信号，经过采样后计算出电导率。阻抗扫描技术的应用，电导率探头的引线可以较长，便于将电导率探头放置于任何深度的测量点位，使用非常方便。由于电导率受水体温度影响很大，必须对所测得的电导率进行温度补偿，因此传感器设计了温度补偿电路和温度探头，其温度测量精度可达到±0.1℃，从而可以准确补偿温度引起的电导率误差。时钟电路可定时唤醒微处理器，启动一次测量任务。电源控制电路可以接受微处理器的控制信号，给不同部分电路供电或关闭电源，最大化的节省电源，使传感器在配置适当的太阳能电池和蓄电池即可长期在线测量。微控制通过串口/RS232转换电路实现与GPRS通信模块的信息交换。微控制发出测量数据、传感器状态等信息，经串口/RS232转换电路传给GPRS通信模块，最终由GPRS通信模块通过移动通信平台将信息发送到远程数据采集及控制中心；反之，远程数据采集站或监测中心也可将相关指令通过移动通信平台将信息发送到GPRS通信模块，再由微控制器获取，并执行，从而实现信息双向传递，达到远程数据采集及传感器控制的目的。
在进行电导率测量时，传感器附近不能有强电磁干扰，并且要实现传感器长期在野外在线测量，要求传感器能耗低。为此本传感器设计一套电源控制管理方案，来实现低功耗测量和降低测量时的电磁干扰，其控制流程如图3所示。当到设定测量时间时，时钟电路自动发出唤醒信号，唤醒微处理器；微处理器被唤醒后，首先给电导率测量电路和补偿温度测量电路供电，然后测量电导率和液体温度，经过信号处理获得经过温度补偿后的电导率测值；然后关闭电导率测量电路和补偿温度测量电路电源，并给GPRS通信模块供电，通过GPRS通信模块，采取自报方式将测量数据发送给远程数据采集站或监测中心，实现定时测量；之后，GPRS通信模块延时等待一段时间（5～10分钟），接收远程命令，并执行相关命令，完成各远程命令后，关闭GPRS通信模块电源，并将微处理器置于掉电模式，整个传感器处于低功耗（功耗小于100uA）状态。这种分时复用电源的电源控制方式不仅实现了节能，而且在电导率测量时因未给GPRS通信模块供电，其处于关机状态，因此移动通信电磁辐射不会对电导率测量造成干扰，确保电导率测值的正确性。
本实用新型的无线数据远程传输不仅限于使用GPRS无线数据传输技术实现，还可以使用GSM、CDMA等无线数据传输技术实现。不论采用哪一种基于移动通信数据传输网络实现采集数据无线直接远程传输，均在本专利保护范围内。
以上通过对所列实施方式的介绍，阐述了本实用新型的基本构思和基本原理。但本实用新型绝不限于上述所列实施方式，凡是基于本实用新型的技术方案所作的等同变化、改进及故意变劣等行为，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种无线电导率传感器，包括一安装底座和固定于安装底座上的外壳，其特征在于：所述外壳的上方固定安装有一天线保护罩，所述天线保护罩内设有一天线；所述外壳内设有无线通信模块和与无线通信模块相连接的变送器模块，所述无线通信模块与所述天线相连接；所述外壳的一侧设有电极和温度探头接口，另一侧设有电源与有线通信接口。
2.根据权利要求1所述的无线电导率传感器，其特征在于：所述的变送器模块包括微控制器和分别与微控制器相连接的电导率测量电路、补偿温度测量电路、时钟电路、电源控制电路、串口/RS232转换电路和RS485通信电路，所述的串口/RS232转换电路与所述的无线通信模块相连接。
3.根据权利要求2所述的无线电导率传感器，其特征在于：所述的电导率测量电路通过电缆连接电极探头，所述的补偿温度测量电路通过电缆连接温度探头。
4.根据权利要求1所述的无线电导率传感器，其特征在于：所述变送器模块的下部设有变送器模块固定座。
5.根据权利要求1所述的无线电导率传感器，其特征在于：所述的电极和温度探头接口通过电缆与集成一体的电极和温度探头相连接，所述的电极和温度探头接口与所述变送器模块上的相应接口相连接。
6.根据权利要求1所述的无线电导率传感器，其特征在于：所述的电源与有线通信接口处设有4根接口线，其中两根线作为电源接口线与外部的太阳能电池及蓄电池相连接，另外两根线作为通信接口线与RS485通信电路相连接。
7.根据权利要求1所述的无线电导率传感器，其特征在于：在所述天线保护罩与所述外壳之间的相互连接处及所述外壳与所述安装底座之间的相互连接处分别设有防水圈。
8.根据权利要求1所述的无线电导率传感器，其特征在于：所述电极和温度探头接口、所述电源与有线通信接口均为防水接头。
9.根据权利要求1-8中任一所述的无线电导率传感器，其特征在于：所述外壳的材质为不锈钢。
10.根据权利要求1所述的无线电导率传感器，其特征在于：所述的无线通信模块为GPRS、GSM或CDMA无线通信模块。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN104502713A (zh) * | 2014-12-26 | 2015-04-08 | 上海神开石油设备有限公司 | 一种应用在无线传输系统的低功耗电导率传感器 |
| CN104730399A (zh) * | 2015-04-10 | 2015-06-24 | 张立 | 一种通电电极探测机构 |
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