CN207050654U - 一种新型大量程电阻型波高传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种新型大量程电阻型波高传感器，包括上张紧架和下张紧架，在所述上张紧架和下张紧架之间固定连接有两个相互平行的电阻电极，两个相互平行的电阻电极与检测电路相连接；其技术特点在于：所述两个相互平行的电阻电极由一条整体钢丝绳制成，该整体钢丝绳的中部铰装在下张紧架上，该整体钢丝绳的两端铰装在上张紧架上。本实用新型能够保证波高传感器的两个电阻电极的直线度和平行度，测量量程可达8‑10m。
Description
技术领域
本实用新型属于港口及近海工程物理模型实验研究技术领域，涉及用于实时检测波浪高度及水位高度的波高传感器，尤其是一种新型大量程电阻型波高传感器。
背景技术
在港口及近海工程实验研究技术领域，造波是进行物理模型试验研究的一种必备实验方法，造波过程中需要使用波高传感器实时检测波浪高度。
一般的液位测量，因液位的变化相对缓慢且液面平整，因此超声波、激光、雷达、电阻、电容、压力、浮子等液位计都可以满足测量需求。波高测量是液位测量的一种，因为液位变化迅速，所以压力、浮子式测量方式便无法使用，又因为液面非常不平整，所以超声波、激光、雷达等方式都无法使用，因此，波高测量仅可选择电阻或电阻测量方式。
目前，在进行波高测量时，一般采用小量程电阻型波高传感器，该小量程电阻型传波高感器由两根不锈钢管构成电阻的两极，但试验表明，只有在量程较小时(量程小于2m)，才能够保证两根钢管之间的平行度和每根钢管的直线度，从而确保测量精度。但当量程较大时(量程大于2m)，甚至量程大于8m的测量场合，如果仍采用上述电阻型波高传感器结构，那么两根钢管之间的平行度和每根钢管的直线度都无法保证，而两根钢管之间平行度和直线度直接影响波高传感器的线性度，从而影响测量精度，产生由于量程变大而导致测量精度低下的问题。
通过检索，发现一篇与本专利申请相关的公开专利文献：
一种双线式电容型波高传感器(CN203422058U)，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。本实用新型能够解决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的问题。
通过技术特征的对比，上述公开专利文献与本专利申请有较大的不同。
因此，在大比尺水工试验中，如何找到一个适用于大量程情况下的高精度波高传感器,成为本领域技术人员所面临的技术难题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、结构简易、测量精度高的新型大量程电阻型波高传感器。
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种新型大量程电阻型波高传感器，包括上张紧架和下张紧架，在所述上张紧架和下张紧架之间固定连接有两个相互平行的电阻电极，两个相互平行的电阻电极与检测电路相连接；所述两个相互平行的电阻电极由一条整体钢丝绳制成，该整体钢丝绳的中部铰装在下张紧架上，该整体钢丝绳的两端铰装在上张紧架上。
而且，所述上张紧架的一侧端面和底面为敞口结构，该上张紧架顶部制有用于穿装张紧螺栓的通孔，该张紧螺栓穿过所述通孔与置于上张紧架两侧内壁之间的上张紧块螺纹连接；该上张紧块内左右对称嵌装有两个上绝缘块；所述整体钢丝绳中部绕过安装在下张紧架上的下张紧轮的沟槽，所述整体钢丝绳的两端分别与所述两个上绝缘块安装在一起。
而且，所述两条相互平行的电阻电极分别穿装在两个上绝缘块上的凹槽内，该两条相互平行的电阻电极穿过所述凹槽并通过卡环固定在对应的上绝缘块上。
而且，所述下张紧架由下安装板和固装在下安装板上的转轴构成，所述转轴前端制有用于安装下张紧轮的螺纹，所述下张紧轮与下张紧架上的转轴采用轴孔连接，该下张紧轮采用绝缘材料制成，其前端的转轴上同轴安装有用于锁紧下张紧轮的螺母和垫片。
而且，所述上张紧架和下张紧架分别通过四个胀管固装在水槽或水池壁上。
而且，所述检测电路包括：振荡器、第一V/A转换模块、乘法器、滤波模块、放大模块和第二V/A转换模块；所述振荡器输出端分别与第一V/A转换模块和乘法器的一输入端相连接，所述第一V/A转换模块的输出端通过电阻电极与乘法器的另一输入端相连接，用于将振荡器输出的锯齿波电压信号转换为恒流信号后经过电阻电极输出至乘法器；所述乘法器的输出端依次与滤波模块和放大模块相连接，用于将振荡器和电阻电极输出的电压信号进行合成后通过滤波模块和放大模块进行滤波、放大处理；所述放大模块的输出端与第二V/A转换模块相连接，用于将滤波、放大处理后的电压信号转换为电流信号；所述第二V/A转换模块的输出端与上位机相连接，用于远距离采集第二V/A转换模块输出的电流信号并在上位机内进行处理和显示。
本实用新型的优点和积极效果是：
1、本实用新型可用于实时采集大幅度变化的波浪高度，当旋转上张紧架上张紧螺栓时，上张紧块随之向上移动，从而使安装在上绝缘块内的整体钢丝绳的两端被拉紧，即便在测量量程较大的情况下，也能够保证波高传感器的两个电阻电极的直线度和平行度，进而确保了大量程波高传感器的测量精度；而且，在上张紧块向上移动拉紧钢丝的过程中，如果出现下张紧轮两侧的两个电阻电极的张紧度不一致的情况发生时，可通过下张紧轮的自由旋转，自动调整两个电阻电极的直线度和平行度，更进一步确保了大量程波高传感器的测量精度，多次试验证明，本实用新型的大量程电阻型波高传感器的测量量程可达8-10m。
2、本实用新型的两个相互平行的电阻电极(即：整体钢丝绳的两端)穿装在上绝缘块上的凹槽内，其上端穿过所述凹槽并通过卡环固定在对应的上绝缘块上，卡环用于锁紧电阻电极(即：整体钢丝绳的两端)以防止其脱出对应的上绝缘块。
3、本实用新型的下张紧轮前端的转轴上同轴安装有用于锁紧下张紧轮的螺母和垫片，从而防止下张紧轮在转动过程中，从下张紧架的转轴上脱落。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图；
图2是图1的剖视图；
图3是本实用新型的检测电路框图；
图4是电流源与电阻电极的连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例作进一步详述：
一种新型大量程电阻型波高传感器，如图1和图2所示，包括固装在水槽壁上或大型推波板的上张紧架1和下张紧架5，在所述上张紧架和下张紧架之间固定连接有两个相互平行的电阻电极，两个相互平行的电阻电极与检测电路相连接；所述两个相互平行的电阻电极由一条整体钢丝绳制成，该整体钢丝绳的中部铰装在下张紧架上，该整体钢丝绳的两端铰装在上张紧架上。
所述上张紧架的一侧端面和底面为敞口结构，该张紧架顶部制有用于穿装张紧螺栓2的通孔，该张紧螺栓穿过所述通孔与置于上张紧架两侧内壁之间的上张紧块9螺纹连接，当旋转张紧螺栓时，所述上张紧块可沿所述上张紧架两侧内壁向上移动；该上张紧块内左右对称嵌装有两个上绝缘块11；所述两条相互平行的电阻电极由一条整体钢丝绳4制成，所述整体钢丝绳的中部绕过安装在下张紧架上的下张紧轮8的沟槽，所述整体钢丝绳的两端分别与所述两个上绝缘块安装在一起，当所述上张紧块向上移动时，绕过下张紧轮的两个相互平行的电阻电极(整体钢丝绳的两端)被拉紧，且钢丝的两端被拉紧时可保证下张紧轮两侧的钢丝相互平行。
在本实施例中，所述两条相互平行的电阻电极(整体钢丝绳的两端)分别穿装在两个上绝缘块上的凹槽内，该整体钢丝绳的两端穿过所述凹槽并通过卡环10固定在对应的上绝缘块上，所述卡环用于锁紧钢丝以防止脱出上绝缘块。
在本实施例中，所述下张紧架5由下安装板5-1和固装在下安装板上的转轴5-2构成，所述转轴前端制有用于安装下张紧轮的螺纹，所述下张紧轮与下张紧架上的转轴采用轴孔连接，该下张紧轮采用绝缘材料制成，其前端的转轴上同轴安装有用于锁紧下张紧轮的螺母6和垫片7，从而防止下张紧轮在左右转动过程中，从下张紧架的转轴上脱落。
在本实施例中，所述上张紧架和下张紧架分别通过四个胀管3固装在水槽或水池壁上。
在本实施例中，所述检测电路如图3所示，包括振荡器、第一V/A转换模块、乘法器、滤波模块、放大模块和第二V/A转换模块；
所述振荡器输出端分别与第一V/A转换模块和乘法器的一输入端相连接，所述第一V/A转换模块的输出端通过电阻电极与乘法器的另一输入端相连接，用于将振荡器输出的锯齿波电压信号转换为恒流信号后经过电阻电极输出至乘法器；所述乘法器的输出端依次与滤波模块和放大模块相连接，用于将振荡器和电阻电极输出的电压信号进行合成后通过滤波模块和放大模块进行滤波、放大处理；所述放大模块的输出端与第二V/A转换模块相连接，用于将滤波、放大处理后的电压信号转换为电流信号；所述第二V/A转换模块的输出端通过通讯电缆与上位机侧的采集卡相连接，用于远距离采集第二V/A转换模块输出的电流信号并在上位机内进行处理和显示。
下面分别对检测电路内各模块的作用进行详细说明：
(1)振荡器
因为水通电时会产生极化作用，导致电阻值持续变化，影响测量。因此，使用振荡器输出一个锯齿波，作为的测量电源，以消除水极化作用的影响。
(2)第一V/A转换模块
把电压源转变为电流源，便于检测，转换后输出一个电流波形。
(3)电阻电极
如图4所示，加在电阻电极上的是电流源，因此电阻电极输出的电压值仅与电阻电极的电阻值有关，则电阻电极输出电压波形。
(4)乘法器
振荡器和电阻电极分别将电压波形输出至乘法器，由乘法器将振荡器和电阻电极输出的电压信号进行合成，经过乘法运算之后，输出变化后的电压波形。
(5)滤波、放大模块
实际上，该电压波形(方波)都不可能是非常规则的，不会都是“直角”，因此，经过滤波处理后输出变化后的电压波形图，并将该电压信号进行放大处理。
(6)第二V/A转换模块
用于将放大后的电压信号转变为电流信号，利于远距离传输，且电流传输的抗干扰能力强。
本实用新型的工作原理是：
首先将钢丝绕过下张紧轮的沟槽，并将钢丝的两端分别穿过两个上绝缘块上的凹槽后，使用两个卡环卡紧。钢丝安装完成之后，再通过顺时针旋转张紧螺栓，上张紧块在螺纹的作用下向上移动，从而拉紧钢丝的两端，且在拉紧钢丝的过程中下张紧轮可绕下张紧架上的转轴自由旋转，使得转轴两侧的两根钢丝拉直并保持平行。
造波试验时，将下张紧架和部分钢丝置于水位线12以下，钢丝的电阻值随着钢丝浸没水中的深度的改变而线性变化。
需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
Claims (6)
1.一种新型大量程电阻型波高传感器，包括上张紧架和下张紧架，在所述上张紧架和下张紧架之间固定连接有两个相互平行的电阻电极，两个相互平行的电阻电极与检测电路相连接；其特征在于：所述两个相互平行的电阻电极由一条整体钢丝绳制成，该整体钢丝绳的中部铰装在下张紧架上，该整体钢丝绳的两端铰装在上张紧架上。
2.根据权利要求1所述的一种新型大量程电阻型波高传感器，其特征在于：所述上张紧架的一侧端面和底面为敞口结构，该上张紧架顶部制有用于穿装张紧螺栓的通孔，该张紧螺栓穿过所述通孔与置于上张紧架两侧内壁之间的上张紧块螺纹连接；该上张紧块内左右对称嵌装有两个上绝缘块；所述整体钢丝绳中部绕过安装在下张紧架上的下张紧轮的沟槽，所述整体钢丝绳的两端分别与所述两个上绝缘块安装在一起。
3.根据权利要求2所述的一种新型大量程电阻型波高传感器，其特征在于：所述两个相互平行的电阻电极分别穿装在两个上绝缘块上的凹槽内，该两个相互平行的电阻电极穿过所述凹槽并通过卡环固定在对应的上绝缘块上。
4.根据权利要求1或2所述的一种新型大量程电阻型波高传感器，其特征在于：所述下张紧架由下安装板和固装在下安装板上的转轴构成，所述转轴前端制有用于安装下张紧轮的螺纹，所述下张紧轮与下张紧架上的转轴采用轴孔连接，该下张紧轮采用绝缘材料制成，其前端的转轴上同轴安装有用于锁紧下张紧轮的螺母和垫片。
5.根据权利要求1或2所述的一种新型大量程电阻型波高传感器，其特征在于：所述上张紧架和下张紧架分别通过四个胀管固装在水槽或水池壁上。
6.根据权利要求1或2所述的一种新型大量程电阻型波高传感器，其特征在于：所述检测电路包括：振荡器、第一V/A转换模块、乘法器、滤波模块、放大模块和第二V/A转换模块；所述振荡器输出端分别与第一V/A转换模块和乘法器的一输入端相连接，所述第一V/A转换模块的输出端通过电阻电极与乘法器的另一输入端相连接，用于将振荡器输出的锯齿波电压信号转换为恒流信号后经过电阻电极输出至乘法器；所述乘法器的输出端依次与滤波模块和放大模块相连接，用于将振荡器和电阻电极输出的电压信号进行合成后通过滤波模块和放大模块进行滤波、放大处理；所述放大模块的输出端与第二V/A转换模块相连接，用于将滤波、放大处理后的电压信号转换为电流信号；所述第二V/A转换模块的输出端与上位机相连接，用于远距离采集第二V/A转换模块输出的电流信号并在上位机内进行处理和显示。
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