CN205066875U - 大坝单孔漏水测量箱水位检测装置、直流-交流变换电路及信号采集处理电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种大坝单孔漏水测量箱水位检测装置、直流-交流变换电路及信号采集处理电路，包括：处理器、直流-交流变换电路、信号采集处理电路、交流信号公共端和液位反馈接点，其中：直流-交流变换电路连接在处理器与交流信号公共端之间，直流-交流变换电路将处理器发出的直流方波信号转换为交流信号并通过导线传输至交流信号公共端，交流信号公共端与上涨的液体接触后，将单孔漏水测量箱内的液体变为导体；信号采集处理电路连接在液位反馈接点与处理器之间，当液位反馈接点与单孔漏水测量箱内的液体接触后，交流信号经液位反馈接点传输至信号采集处理电路，信号采集处理电路将接收到的交流信号转换为直流信号后发送给处理器。
Description
技术领域
本实用新型涉及堤坝维护领域，具体而言，涉及一种大坝单孔漏水测量箱水位检测装置、直流-交流变换电路及信号采集处理电路。
背景技术
大坝挡水运行后，在水头作用下，必然产生渗流现象。在渗流处于稳定状态时，其渗流量将与水头的大小保持稳定的相应变化，渗流量在同样水头作用下的显著增加和减少，都意味着渗流稳定的破坏或排水设备的失效。因此，进行渗流量观测，对于判断渗流是否稳定，掌握防渗和排水设施工作是否正常，具有很重要的意义，是保证水库安全运用的重要观测项目之一。
对于渗流量小于1L/s或无法将渗透水流长期汇集排泄的监测地点，基本上均采用容积法测量。测量原理为将渗流水全部引入一个固定容量的容器内，启动测量时开始计时并封闭出水口，当容器内的液位达到最高点(即预定容量最大值)后，计时结束并将容器内的渗透水放出。渗流流量＝容量/时间。
目前的漏水监测装置采用的液位检测装置大多采用机械结构，利用液体的浮力推动杠杆装置实现液位点的采集。这种结构的特点是结构简单，易于实现。但是由于设备使用现场水质的复杂性，现场水质含有丰富的钙、镁盐，从而结钙迅速，导致检测装置的机械部分由于结钙而无法正常转动。严重缩短液位检测装置的使用寿命。目前的解决办法只有更换新的液位检测装置。大大增加了现场工作人员负担。
实用新型内容
本实用新型提供一种大坝单孔漏水测量箱水位检测装置、直流-交流变换电路和信号采集处理电路，用以克服现有中存在的至少一个问题。
为达到上述目的，本实用新型提供了一种大坝单孔漏水测量箱水位检测装置，包括：处理器、直流-交流变换电路、信号采集处理电路、交流信号公共端和液位反馈接点，其中：所述直流-交流变换电路连接在所述处理器与所述交流信号公共端之间，所述直流-交流变换电路将所述处理器发出的直流方波信号转换为交流信号并通过导线传输至所述交流信号公共端，所述交流信号公共端与上涨的液体接触后，将单孔漏水测量箱内的液体变为导体；所述信号采集处理电路连接在所述液位反馈接点与所述处理器之间，当所述液位反馈接点与单孔漏水测量箱内的液体接触后，交流信号经所述液位反馈接点传输至所述信号采集处理电路，所述信号采集处理电路将接收到的交流信号转换为直流信号后发送给所述处理器；
所述直流-交流变换电路包括第一电感器、第二电感器、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一运算放大器，其中，所述第一电感器的第一端与处理器相连，所述第一电感器的第二端分别与所述第一电容器的第一端、所述第二电容器的第一端相连，所述第二电感器的第一端连接在所述第一电容器的第二端，所述第二电感器的第二端接地，所述第二电容器的第二端接地；所述第一电阻与所述第二电感器并联，所述第二电阻连接在所述第一电容的第二端与+12V直流电源之间，所述第三电阻连接在所述第一电容器的第二端与所述第一运算放大器的正输入端之间，所述第四电阻连接在所述第一运算放大器的负输入端与地之间，所述第五电阻连接在所述第一运算放大器的负输入端与输出端之间，所述第一运算放大器的电源正极端连接+12V直流电源，所述第一运算放大器的电源负极端接地，所述第三电容器连接在所述第一运算放大器的输出端与交流信号公共端之间；
所述信号采集处理电路包括第四电容器、第五电容器、第六电容器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一三极管、第二三极管、反相器和第二运算放大器，其中所述第四电容器连接在所述液位反馈接点与所述第五电容器的第一端之间，所述第五电容器的第二端接地，所述第六电阻和所述第五电容器并联，所述第一三极管的发射极和所述第二三极管的基极分别与所述第五电容器的第一端相连，所述第一三极管的基极和所述第二三极管的发射极分别接地，所述第一三极管的集电极悬空无连接，所述第七电阻连接在所述第二三极管的集电极与+3.3V直流电源之间，所述反相器的输入端与所述第二三极管的集电极相连，所述第八电阻连接在所述反相器的输出端与所述第六电容器的第一端之间，所述第六电容器的第二端接地，所述第九电阻与所述第六电容器并联，所述第十电阻连在所述第六电容器的第一端与所述第二运算放大器的正输入端之间，所述第十一电阻连接在所述第二运算放大器的负输入端与地之间，所述第十二电阻连接在所述第二运算放大器的负输入端与输出端之间，所述第二运算放大器的电源正极端连接+3.3V直流电源，所述第二运算放大器的电源负极端接地，所述第二运算放大器的输出端连接所述处理器。
进一步地，所述交流信号公共端和所述液位反馈接点的材质均为不锈钢。
进一步地，所述交流信号公共端和所述液位反馈接点均为整体不锈钢棒。
为达到上述目的，本实用新型还提供了一种直流-交流变换电路，包括第一电感器、第二电感器、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一运算放大器，其中，所述第一电感器的第一端与处理器相连，所述第一电感器的第二端分别与所述第一电容器的第一端、所述第二电容器的第一端相连，所述第二电感器的第一端连接在所述第一电容器的第二端，所述第二电感器的第二端接地，所述第二电容器的第二端接地；所述第一电阻与所述第二电感器并联，所述第二电阻连接在所述第一电容的第二端与+12V直流电源之间，所述第三电阻连接在所述第一电容器的第二端与所述第一运算放大器的正输入端之间，所述第四电阻连接在所述第一运算放大器的负输入端与地之间，所述第五电阻连接在所述第一运算放大器的负输入端与输出端之间，所述第一运算放大器的电源正极端连接+12V直流电源，所述第一运算放大器的电源负极端接地，所述第三电容器连接在所述第一运算放大器的输出端与交流信号公共端之间。
为达到上述目的，本实用新型还提供了一种信号采集处理电路，包括：第四电容器、第五电容器、第六电容器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一三极管、第二三极管、反相器和第二运算放大器，其中所述第四电容器连接在所述液位反馈接点与所述第五电容器的第一端之间，所述第五电容器的第二端接地，所述第六电阻和所述第五电容器并联，所述第一三极管的发射极和所述第二三极管的基极分别与所述第五电容器的第一端相连，所述第一三极管的基极和所述第二三极管的发射极分别接地，所述第一三极管的集电极悬空无连接，所述第七电阻连接在所述第二三极管的集电极与+3.3V直流电源之间，所述反相器的输入端与所述第二三极管的集电极相连，所述第八电阻连接在所述反相器的输出端与所述第六电容器的第一端之间，所述第六电容器的第二端接地，所述第九电阻与所述第六电容器并联，所述第十电阻连在所述第六电容器的第一端与所述第二运算放大器的正输入端之间，所述第十一电阻连接在所述第二运算放大器的负输入端与地之间，所述第十二电阻连接在所述第二运算放大器的负输入端与输出端之间，所述第二运算放大器的电源正极端连接+3.3V直流电源，所述第二运算放大器的电源负极端接地，所述第二运算放大器的输出端连接所述处理器。
由于自然界中的水还有矿物质较多，具有一定导电性。本实用新型对液位的检测就是利用这种液体导电性，根据容积法测量出渗漏量。当测量启动以后，处理器开始计时并封堵出水口，单孔漏水测量箱内的液位开始上涨。当交流信号公共端与上涨的液体接触后，处理器记录一下此时的计时时间，当液位反馈接点与上涨的液体接触后，处理器再次记录一下此时的计时时间。单孔漏水测量箱内交流信号公共端和液位反馈接点的相对容积是固定的，根据计时时间的差值，即可推算出渗流流量。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一个实施例的大坝单孔漏水测量箱水位检测装置示意图；
图2为本实用新型一个优选实施例的直流-交流变换电路结构示意图；
图3为本实用新型一个优选实施例的信号采集处理电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1为本实用新型一个实施例的大坝单孔漏水测量箱水位检测装置示意图；如图所示，大坝单孔漏水测量箱水位检测装置包括：处理器10、直流-交流变换电路20、信号采集处理电路40、交流信号公共端30和液位反馈接点50，其中：直流-交流变换电路20连接在处理器10与交流信号公共端30之间，直流-交流变换电路将处理器发出的直流方波信号转换为交流信号并通过导线传输至交流信号公共端，交流信号公共端与上涨的液体接触后，将单孔漏水测量箱内的液体变为导体；信号采集处理电路40连接在液位反馈接点50与处理器10之间，当液位反馈接点与单孔漏水测量箱内的液体接触后，交流信号经液位反馈接点传输至信号采集处理电路，信号采集处理电路将接收到的交流信号转换为直流信号后发送给处理器。
上述实施例中，处理器用于信号的产生、采集和处理。直流-交流变换电路用于将由处理器发出的直流方波信号变换为交流信号。交流信号公共端与单孔漏水测量箱内渗漏水接触后将单孔漏水测量箱内的液体变为导体。液位反馈接点与单孔漏水测量箱内液体接触后将接收到的交流信号导入信号采集处理电路中。信号采集处理电路将采集到的交流信号变换为处理器可识别的直流信号并发送给处理器。
图2为本实用新型一个优选实施例的直流-交流变换电路结构示意图；如图所示，直流-交流变换电路包括第一电感器L4、第二电感器L5、第一电容器C18、第二电容器C20、第三电容器C17、第一电阻R24、第二电阻R21、第三电阻R23、第四电阻R22、第五电阻R20和第一运算放大器LM321，其中，第一电感器的第一端与处理器相连，所述第一电感器的第二端分别与所述第一电容器的第一端、所述第二电容器的第一端相连，所述第二电感器的第一端连接在所述第一电容器的第二端，所述的第二电感器的第二端接地，所述第二电容器的第二端接地；所述第一电阻与所述第二电感器并联，所述第二电阻连接在所述第一电容的第二端与+12V直流电源之间，所述第三电阻连接在所述第一电容器的第二端与所述第一运算放大器的正输入端之间，所述第四电阻连接在所述第一运算放大器的负输入端与地之间，所述第五电阻连接在所述第一运算放大器的负输入端与输出端之间，所述第一运算放大器的电源正极端连接+12V直流电源，所述第一运算放大器的电源负极端接地，所述第三电容器连接在所述第一运算放大器的输出端与交流信号公共端之间。
图3为本实用新型一个优选实施例的信号采集处理电路结构示意图。如图所示，信号采集处理电路包括第四电容器C27、第五电容器C28、第六电容器C5，第六电阻R45、第七电阻R39、第八电阻R41、第九电阻R44、第十电阻R42、第十一电阻R40、第十二电阻R37，第一三极管Q4、第二三极管Q3、反相器U11和第二运算放大器LMV321M7，其中第四电容器连接在液位反馈接点与所述第五电容器的第一端之间，所述第五电容器的第二端接地，所述第六电阻和所述第五电容器并联，所述第一三极管的发射极和所述第二三极管的基极分别与所述第五电容器的第一端相连，所述第一三极管的基极和所述第二三极管的发射极分别接地，所述第一三极管的集电极悬空无连接，所述第七电阻连接在所述第二三极管的集电极与+3.3V直流电源之间，所述反相器的输入端与所述第二三极管的集电极相连，所述第八电阻连接在所述反相器的输出端与所述第六电容器的第一端之间，所述第六电容器的第二端接地，所述第九电阻与所述第六电容器并联，所述第十电阻连在所述第六电容器的第一端与所述第二运算放大器的正输入端之间，所述第十一电阻连接在所述第二运算放大器的负输入端与地之间，所述第十二电阻连接在所述第二运算放大器的负输入端与输出端之间，所述第二运算放大器的电源正极端连接+3.3V直流电源，所述第二运算放大器的电源负极端接地，所述第二运算放大器的输出端连接处理器。
由于自然界中的水还有矿物质较多，具有一定导电性。本实用新型对液位的检测就是利用这种液体导电性，根据容积法测量出渗漏量。当测量启动以后，处理器开始计时并封堵出水口，单孔漏水测量箱内的液位开始上涨。当交流信号公共端与上涨的液体接触后，处理器记录一下此时的计时时间，当液位反馈接点与上涨的液体接触后，处理器再次记录一下此时的计时时间。单孔漏水测量箱内交流信号公共端和液位反馈接点的相对容积是固定的，根据计时时间的差值，即可推算出渗流流量。
将坝体渗漏水作为导体，如果采用直流信号，根据电解原理，在阴极和阳极上引起氧化还原反应的过程，电极(即公共端和液位反馈接点)将有大量钙镁等附着，导致电极绝缘，影响电极使用寿命。这种方法的优点在于使用交流信号，交流信号的电流的方向的随时间作周期性变化，液中的钙、镁等离子无法长时间附着在公共端和液位反馈接点上，所以有效地控制了接触表面钙化的问题。
在具体实施时，交流信号公共端和液位反馈接点均采用304材质不锈钢具有良好的导电性和耐氧化性，可以长期使用无需频繁更换。公共端和液位反馈接点为整体不锈钢棒，无可活动部件，同时也解决了，由于长期在水中浸泡引起的结钙、腐蚀等使可活动部件无法自由活动的问题。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种大坝单孔漏水测量箱水位检测装置，其特征在于，包括：处理器、直流-交流变换电路、信号采集处理电路、交流信号公共端和液位反馈接点，其中：所述直流-交流变换电路连接在所述处理器与所述交流信号公共端之间，所述直流-交流变换电路将所述处理器发出的直流方波信号转换为交流信号并通过导线传输至所述交流信号公共端，所述交流信号公共端与上涨的液体接触后，将单孔漏水测量箱内的液体变为导体；所述信号采集处理电路连接在所述液位反馈接点与所述处理器之间，当所述液位反馈接点与单孔漏水测量箱内的液体接触后，交流信号经所述液位反馈接点传输至所述信号采集处理电路，所述信号采集处理电路将接收到的交流信号转换为直流信号后发送给所述处理器；
所述直流-交流变换电路包括第一电感器、第二电感器、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一运算放大器，其中，所述第一电感器的第一端与处理器相连，所述第一电感器的第二端分别与所述第一电容器的第一端、所述第二电容器的第一端相连，所述第二电感器的第一端连接在所述第一电容器的第二端，所述的第二电感器的第二端接地，所述第二电容器的第二端接地；所述第一电阻与所述第二电感器并联，所述第二电阻连接在所述第一电容的第二端与+12V直流电源之间，所述第三电阻连接在所述第一电容器的第二端与第一运算放大器的正输入端之间，所述第四电阻连接在所述第一运算放大器的负输入端与地之间，所述第五电阻连接在所述第一运算放大器的负输入端与输出端之间，所述第一运算放大器的电源正极端连接+12V直流电源，所述第一运算放大器的电源负极端接地，所述第三电容器连接在所述第一电运算放大器的输出端与所述交流信号公共端之间；
所述信号采集处理电路包括第四电容器、第五电容器、第六电容器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一三极管、第二三极管、反相器和第二运算放大器，其中所述第四电容器连接在所述液位反馈接点与所述第五电容器的第一端之间，所述第五电容器的第二端接地，所述第六电阻和所述第五电容器并联，所述第一三极管的发射极和所述第二三极管的基极分别与所述第五电容器的第一端相连，所述第一三极管的基极和所述第二三极管的发射极分别接地，所述第一三极管的集电极悬空无连接，所述第七电阻连接在所述第二三极管的集电极与+3.3V直流电源之间，所述反相器的输入端与所述第二三极管的集电极相连，所述第八电阻连接在所述反相器的输出端与所述第六电容器的第一端之间，所述第六电容器的第二端接地，所述第九电阻与所述第六电容器并联，所述第十电阻连在所述第六电容器的第一端与所述第二运算放大器的正输入端之间，所述第十一电阻连接在所述第二运算放大器的负输入端与地之间，所述第十二电阻连接在所述第二运算放大器的负输入端与输出端之间，所述第二运算放大器的电源正极端连接+3.3V直流电源，所述第二运算放大器的电源负极端接地，所述第二运算放大器的输出端连接所述处理器。
2.根据权利要求1所述的大坝单孔漏水测量箱水位检测装置，其特征在于，所述交流信号公共端和所述液位反馈接点的材质均为不锈钢。
3.根据权利要求1所述的大坝单孔漏水测量箱水位检测装置，其特征在于，所述交流信号公共端和所述液位反馈接点均为整体不锈钢棒。
4.一种直流-交流变换电路，其特征在于，包括第一电感器、第二电感器、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一运算放大器，其中，所述第一电感器的第一端与处理器相连，所述第一电感器的第二端分别与所述第一电容器的第一端、所述第二电容器的第一端相连，所述第二电感器的第一端连接在所述第一电容器的第二端，所述第二电感器的第二端接地，所述第二电容器的第二端接地；所述第一电阻与所述第二电感器并联，所述第二电阻连接在所述第一电容的第二端与+12V直流电源之间，所述第三电阻连接在所述第一电容器的第二端与所述第一运算放大器的正输入端之间，所述第四电阻连接在所述第一运算放大器的负输入端与地之间，所述第五电阻连接在所述第一运算放大器的负输入端与输出端之间，所述第一运算放大器的电源正极端连接+12V直流电源，所述第一运算放大器的电源负极端接地，所述第三电容器连接在所述第一运算放大器的输出端与交流信号公共端之间。
5.一种信号采集处理电路，其特征在于，包括：第四电容器、第五电容器、第六电容器、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一三极管、第二三极管、反相器和第二运算放大器，其中所述第四电容器连接在液位反馈接点与所述第五电容器的第一端之间，所述第五电容器的第二端接地，所述第六电阻和所述第五电容器并联，所述第一三极管的发射极和所述第二三极管的基极分别与所述第五电容器的第一端相连，所述第一三极管的基极和所述第二三极管的发射极分别接地，所述第一三极管的集电极悬空无连接，所述第七电阻连接在所述第二三极管的集电极与+3.3V直流电源之间，所述反相器的输入端与所述第二三极管的集电极相连，所述第八电阻连接在所述反相器的输出端与所述第六电容器的第一端之间，所述第六电容器的第二端接地，所述第九电阻与所述第六电容器并联，所述第十电阻连在所述第六电容器的第一端与所述第二运算放大器的正输入端之间，所述第十一电阻连接在所述第二运算放大器的负输入端与地之间，所述第十二电阻连接在所述第二运算放大器的负输入端与输出端之间，所述第二运算放大器的电源正极端连接+3.3V直流电源，所述第二运算放大器的电源负极端接地，所述第二运算放大器的输出端连接处理器。
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