CN203422058U - 双线式电容型波高传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双线式电容型波高传感器，包括两根相互平行的电容感应丝，两根所述电容感应丝均与所述接地测杆平行，且所述电容感应丝在所述集线轴上汇聚之后依次穿过所述集线轴上的中心孔、所述上弹簧锁丝、所述弹簧、所述连接块和所述下弹簧锁丝，所述电容感应丝的一端环过所述接地测杆的一端，所述电容感应丝的另一端与所述电路板连接。本实用新型具有测量精度高、线性误差小、信号不易受干扰、产品结构结实耐用等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及水工、河工物理模型实验和波浪、港池、水槽等试验领域，特别涉及一种用于采集模型波浪高度及水位高度的传感器。
背景技术
目前，在各类水工、河工模型实验中，波浪的高度信号多由单线式电容型波高传感器进行采集。这种传感器具有很多弊端：其一单线式电容型波高传感器线间电容值较小，采集值不稳定；其二单线式电容型波高传感器标称的线性误差为5‰，不能满足某些高精度实验的需求；其三铝制的传感器手柄套筒强度不够，挤压易变形且重量较轻；其四pvc材质的连接块易老化易断裂；其五电容感应丝进入手柄电子舱时连接块处的电容感应丝暴露在外，极易受到损伤导致传感器损坏。其六因传感器采用的是电压输出，因此在长距离传送信号的过程中会存在电磁干扰和电压损耗的情况从而影响采集精度。
发明内容
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种测量精度高、线性误差小的双线式电容型波高传感器。
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种双线式电容型波高传感器，包括接地测杆、电容感应丝、集线轴、上弹簧锁丝、弹簧、下弹簧锁丝、连接块、电路板、手柄内腔和手柄套筒，所述连接块和所述电路板均固定在所述手柄内腔上，所述手柄内腔固定在所述手柄套筒内；所述弹簧的一端套在所述上弹簧锁丝上，所述上弹簧锁丝与所述集线轴连接，所述弹簧的另一端套在所述下弹簧锁丝上，所述下弹簧锁丝与所述连接块连接；其特征在于，所述电容感应丝为相互平行的两根，两根所述电容感应丝均与所述接地测杆平行，且所述电容感应丝在所述集线轴上汇聚之后依次穿过所述集线轴上的中心孔、所述上弹簧锁丝、所述弹簧、所述连接块和所述下弹簧锁丝，所述电容感应丝的一端环过所述接地测杆的一端，所述电容感应丝的另一端与所述电路板连接。
所述连接块在靠近所述手柄套筒的侧面上设有所述电容感应丝的过线凹槽。
所述电路板上设有信号采集芯片、滤波放大电路和信号输出芯片，所述信号采集芯片上设有电容/电压转换电路，所述信号输出芯片上设有电压/电流转换电路，所述信号采集芯片采集所述电容感应丝与所述接地测杆间的线间电容信号，所述信号采集芯片将所述线间电容信号转换为电压信号后输出给所述滤波放大电路，所述电压信号经所述滤波放大电路处理后输送给所述信号输出芯片，所述信号输出芯片将经滤波放大处理后的所述电压信号转换成电流信号输出。
所述接地测杆的另一端通过螺纹固定在所述连接块上，所述接地测杆上设有紧固锁母。
本实用新型具有的优点和积极效果是：通过采用两根电容感应丝的结构，并通过采用运行稳定的集成电路芯片进行信号的采集、处理和输出，使该传感器具有测量精度高、线性误差小、信号不易受干扰、产品结构结实耐用等特点。本实用新型解决了实验过程中线性误差偏大、长距离传输信号损耗大等诸多问题，并且在外形结构上也进行了更合理化的改进，能够对模型试验中波浪高度、水位高度的精确计算提供可靠的依据。具有良好的推广前景。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的分解图；
图3是本实用新型的电路结构示意图。
图中：1、手柄套筒；2、接地测杆；3、锁母；4、连接块；5、手柄内腔；6、固定螺丝；7、集线轴；8、上弹簧锁丝；9、弹簧；10、下弹簧锁丝；11、电路板；12、电容感应丝；13、信号采集芯片；14、滤波放大电路；15、信号输出芯片。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1～图3，一种双线式电容型波高传感器，包括接地测杆2、电容感应丝12、集线轴7、上弹簧锁丝8、弹簧9、下弹簧锁丝10、连接块4、电路板11、手柄内腔5和手柄套筒1，所述连接块4和所述电路板11均固定在所述手柄内腔5上，所述手柄内腔5固定在所述手柄套筒1内；所述弹簧9的一端套在所述上弹簧锁丝8上，所述上弹簧锁丝8与所述集线轴7连接，所述弹簧9的另一端套在所述下弹簧锁丝10上，所述下弹簧锁丝10与所述连接块4连接；所述电容感应丝12为相互平行的两根，两根所述电容感应丝12均与所述接地测杆2平行，且所述电容感应丝12在所述集线轴7上汇聚之后依次穿过所述集线轴7上的中心孔、所述上弹簧锁丝8、所述弹簧9、所述连接块4和所述下弹簧锁丝10，所述电容感应丝12的一端环过所述接地测杆2的一端，所述电容感应丝12的另一端与所述电路板11连接。
在本实施例中，所述连接块4在靠近所述手柄套筒1的侧面上设有所述电容感应丝的过线凹槽。所述电路板11上设有信号采集芯片13、滤波放大电路14和信号输出芯片15，所述信号采集芯片13上设有电容/电压转换电路，所述信号输出芯片15上设有电压/电流转换电路，所述信号采集芯片13采集所述电容感应丝12与所述接地测杆2间的线间电容信号，所述信号采集芯片13将所述线间电容信号转换为电压信号后输出给所述滤波放大电路14，所述电压信号经所述滤波放大电路14处理后输送给所述信号输出芯片15，所述信号输出芯片15将经滤波放大处理后的所述电压信号转换成电流信号输出。所述接地测杆2的另一端通过螺纹固定在所述连接块4上，所述接地测杆2上设有紧固锁母3。连接块4通过螺丝6固定在手柄内腔5上，其目的是固定连接块4，防止其受力产生晃动。
本实施例中所述连接块4背面的过线凹槽设计不仅使电容感应丝走线变得更加简约、美观，也使之前电容感应丝12无法保护的问题得以解决。在本实施例中，所述手柄套筒1采用不锈钢材质且进行抛光工艺处理，不仅增强了波高传感器手柄的握持感与美观度，也同时为波高传感器起到了配重的作用，使传感器固定在测架上时更稳固牢靠。
本实施例中所述连接块4采用POM（聚甲醛树脂）材质，POM具有高强度高刚度，弹性、耐磨性能好等优异的力学优点。POM材质连接块4完美解决之前使用pvc连接块时老化过快、易断裂等问题，增强了产品耐用性。
本实用新型的工作过程包括信号采集、信号处理、信号输出三部分。
信号采集过程：平行于接地测杆2的电容感应丝12与接地测杆间2的线间电容会随水位的变化而实时变化，通过信号采集芯片13可将实时的电容值采集进芯片内并进行运算处理。在本实施例中信号采集芯片13采用CAV444集成电路芯片。
信号处理过程：CAV444集成电路芯片将采集到的电容信号通过内部运算，将电容信号转换为电压信号后，输出到滤波放大电路14，经过滤波放大电路14处理后的电压信号输入给信号输出芯片15，在本实施例中信号输出芯片15采用AM462集成电路芯片。通过AM462集成电路芯片内部运算可将经滤波放大电路处理后的电压信号转换为电流信号。
信号输出过程：所得电流信号可通过AM462集成电路芯片直接输出，根据二元一次方程组h1=4k+c和h2=20k+c，可计算出k、c值，将计算出的k、c值代入公式H=kx+c从而换算出波浪高度，即水深H。其中h1为传感器量程最大值，单位毫米；h2为传感器量程最小值，单位毫米；x为波高传感器输出电流值，单位毫安。
在本实施例中所述AM462集成电路芯片输出的电流信号范围为4-20mA。
尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种双线式电容型波高传感器，包括接地测杆、电容感应丝、集线轴、上弹簧锁丝、弹簧、下弹簧锁丝、连接块、电路板、手柄内腔和手柄套筒，所述连接块和所述电路板均固定在所述手柄内腔上，所述手柄内腔固定在所述手柄套筒内；所述弹簧的一端套在所述上弹簧锁丝上，所述上弹簧锁丝与所述集线轴连接，所述弹簧的另一端套在所述下弹簧锁丝上，所述下弹簧锁丝与所述连接块连接；其特征在于，所述电容感应丝为相互平行的两根，两根所述电容感应丝均与所述接地测杆平行，且所述电容感应丝在所述集线轴上汇聚之后依次穿过所述集线轴上的中心孔、所述上弹簧锁丝、所述弹簧、所述连接块和所述下弹簧锁丝，所述电容感应丝的一端环过所述接地测杆的一端，所述电容感应丝的另一端与所述电路板连接。
2.根据权利要求1所述双线式电容型波高传感器，其特征在于，所述连接块在靠近所述手柄内腔的侧面上设有所述电容感应丝的过线凹槽。
3.根据权利要求1所述双线式电容型波高传感器，其特征在于，所述电路板上设有信号采集芯片、滤波放大电路和信号输出芯片，所述信号采集芯片上设有电容/电压转换电路，所述信号输出芯片上设有电压/电流转换电路，所述信号采集芯片采集所述电容感应丝与所述接地测杆间的线间电容信号，所述信号采集芯片将所述线间电容信号转换为电压信号后输出给所述滤波放大电路，所述电压信号经所述滤波放大电路处理后输送给所述信号输出芯片，所述信号输出芯片将经滤波放大处理后的所述电压信号转换成电流信号输出。
4.根据权利要求1所述双线式电容型波高传感器，其特征在于，所述接地测杆的另一端通过螺纹固定在所述连接块上，所述接地测杆上设有紧固锁母。
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