CN217877905U - 非接触式电子水尺及水位测量设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种非接触式电子水尺及水位测量设备，该非接触式电子水尺包括：数据采集终端及束波安装管；数据采集终端包括壳体，及设于壳体内部的数据处理单元、电源组件及发射组件；发射组件用于对目标水域发射毫米波探测信号，并接收反射信号；数据处理单元用于接收反射信号，记录信号传播时间，并计算实时水位参数；电源组件用于对发射组件和数据处理单元供电；束波安装管围绕发射组件的发射部设置，用于对毫米波探测信号进行束波。本实用新型通过设置封闭结构发出毫米波探测信号监测水位，并对毫米波探测信号进行束波，信号强度高，测量精度高，使用方便，节省安装和维护成本。

Description

非接触式电子水尺及水位测量设备

技术领域

本实用新型涉及水位测量技术领域，尤其涉及一种非接触式电子水尺及水位测量设备。

背景技术

电子水尺是一种用于监测水位的仪器，可用于江河、水库、水电站、灌渠及输水等水利工工程的水位监测，及自来水、城市污水处理及城市道路积水等市政工程的水位监测。

现有的电子水尺通常采用电极式电子水尺，电极式电子水尺利用水的微弱导电性原理测量电极的水位，以获取水位监测数据，其存在以下缺陷：电极式电子水尺为接触式结构，其防水、防腐、耐老化等防护要求高，对于量程在一米以上的电子水尺，设备成本急剧升高，且电极式电子水尺需要贴着墙壁或者立杆安装，造成设备安装使用操作复杂，成本高；在电极式电子水尺长时间工作后，感应电极会产生极化现象，造成电极极化腐蚀，影响测量精度，且需要现场维护，设备维护成本高；在潮湿环境或者水雾环境下，电子水尺的相邻电极之间可能产生误导通，导致现场设备测量数据不稳定，影响测量精度。

实用新型内容

本实用新型提供了一种非接触式电子水尺及水位测量设备，通过设置封闭结构发出毫米波探测信号实现水位检测，测量精度高，可靠性高。

根据本实用新型的一方面，提供了一种非接触式电子水尺，包括：数据采集终端，及用于固定所述数据采集终端的束波安装管；所述数据采集终端包括壳体，及设于所述壳体内部的数据处理单元、电源组件及发射组件；其中，所述发射组件用于对目标水域发射毫米波探测信号，并接收反射信号；所述数据处理单元用于接收反射信号，记录信号传播时间，并计算实时水位参数；所述电源组件用于对所述发射组件和所述数据处理单元供电；所述束波安装管围绕所述发射组件的发射部设置，所述束波安装管用于对所述毫米波探测信号进行束波。

可选地，所述发射组件包括：雷达天线、天线电路板及雷达天线盖；所述雷达天线盖粘接固定于所述壳体的第一端面，所述第一端面位于所述壳体朝向所述束波安装管的一端，所述雷达天线盖用于将所述雷达天线及所述天线电路板密封于所述壳体内部，且透射所述毫米波探测信号；所述雷达天线沿朝向所述束波安装管的一侧焊接固定于所述天线电路板。

可选地，所述天线电路板设有预设电路，所述预设电路用于连接所述数据处理单元、所述电源组件及所述发射组件。

可选地，所述电源组件包括：太阳能电池板和/或储能单元，所述太阳能电池板粘接固定于所述壳体的第二端面，所述第二端面位于所述壳体远离所述束波安装管的一侧；所述储能单元设置于所述壳体内部，所述储能单元用于存储所述太阳能电池板输出的电能。

可选地，所述电源组件还包括：电源管理单元，所述电源管理单元用于获取所述储能单元和所述太阳能电池板的充电参数，并控制所述太阳能电池板和所述储能单元输出及存储电能。

可选地，所述束波安装管背离所述数据采集终端一端设有安装座，所述安装座设有安装孔，所述安装座用于固定所述束波安装管；所述束波安装管的外侧壁设有水位刻线，所述水位刻线用于显示水位数据。

可选地，所述非接触式电子水尺还包括通信组件，所述通信组件包括：远程通信模块和/或本体通信模块；所述通信组件用于将所述实时水位参数发送至终端设备。

可选地，所述通信组件集成设置于所述壳体内部的智能电路板。

可选地，所述终端设备包括下述至少一项：显示面板、服务器和智能移动终端。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种水位测量设备，包括：上述非接触式电子水尺，及用于固定所述电子水尺的安装支架。

本实用新型实施例的技术方案，设置数据采集终端及束波安装管；数据采集终端设置壳体，及设于壳体内部的数据处理单元、电源组件和发射组件；采用发射组件对目标水域发射毫米波探测信号，并接收反射信号；采用数据处理单元接收反射信号，记录信号传播时间，并计算实时水位参数；电源组件对发射组件和数据处理单元供电；束波安装管围绕发射组件的发射部设置，对毫米波探测信号进行束波，通过设置封闭结构发出毫米波探测信号监测水位，并通过束波安装管对毫米波探测信号进行束波，增强信号强度高，解决了接触式电子水尺易腐蚀、误导通影响检测精度的问题，测量精度高，测量量程大，避免外部裸露线材或者天线损坏，有利于提高设备可靠性，使用方便，节省安装和维护成本。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本实用新型实施例一提供的一种非接触式电子水尺的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的另一种非接触式电子水尺的结构示意图；

图3是本实用新型实施例一提供的又一种非接触式电子水尺的结构示意图；

图4是本实用新型实施例二提供的一种非接触式电子水尺的结构示意图；

图5是本实用新型实施例二提供的一种水位测量设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1是本实用新型实施例一提供的一种非接触式电子水尺的结构示意图，本实施例可适用于对江河、水库、水电站、灌渠及输水等水利工工程进行水位监测，还可适用于对自来水、城市污水处理及城市道路积水等市政工程进行水位监测。该非接触式电子水尺可采用毫米波雷达测量技术实现。

如图1所示，该非接触式电子水尺00包括：数据采集终端100，及用于固定数据采集终端的束波安装管200；数据采集终端100包括壳体110，及设于壳体110内部的数据处理单元120、电源组件130及发射组件140；其中，发射组件140用于对目标水域发射毫米波探测信号，并接收反射信号；数据处理单元120用于接收反射信号，记录信号传播时间，并计算实时水位参数；电源组件130用于对发射组件140和数据处理单元120供电；束波安装管200围绕发射组件140的发射部设置，束波安装管200用于对毫米波探测信号进行束波。

在本实用新型的实施例中，该壳体110可采用密闭圆柱形腔体结构，数据处理单元120、电源组件130及发射组件140密封固定于壳体110内部。壳体110朝向束波安装管200的端面可采用毫米波探测信号透射率较高的材料，例如，聚乙烯纤维或者橡胶材料，壳体110的侧壁可采用毫米波探测信号透射率较低的材料，例如，金属材料。

在本实用新型的实施例中，束波安装管200可采用毫米波探测信号透射率较低的材料，例如，金属材料，有利于收束及增强毫米波探测信号强度。其中，束波安装管200的高度可根据实际需要进行调整，例如，束波安装管200可为长度为1至2米的管状结构。

具体而言，在使用非接触式电子水尺00进行水位监测时，可将束波安装管200固定在目标水域地势最低的水平面上，数据采集终端100固定安装于束波安装管200的顶端。

结合参考图1所示，在监测工作启动之后，电源组件130持续对数据处理单元120及发射组件140供电，发射组件140发射毫米波探测信号，毫米波探测信号经束波安装管200内部的腔体传输至目标水域的水面，在水面发生反射，反射信号经束波安装管200内部的腔体返回发射组件140，其中，毫米波探测信号和反射信号均为电磁波信号。数据处理单元120接收反射信号，并记录电磁波从发出到返回所需的信号传播时间，根据电磁波信号传播速度及信号传播时间计算发射组件140的发射部与目标水域水面之间的距离，该距离即为实时水位参数。通过设置封闭结构发出毫米波探测信号监测水位，并通过束波安装管对毫米波探测信号进行束波，增强信号强度高，解决了接触式电子水尺易腐蚀、误导通影响检测精度的问题，测量精度高，测量量程大，避免外部裸露线材或者天线损坏，有利于提高设备可靠性，使用方便，节省安装和维护成本。

可选地，图2是本实用新型实施例一提供的另一种非接触式电子水尺的结构示意图，在图1的基础上，示例性地示出了一种发射组件及电源组件的具体实施方式。

如图2所示，该数据采集终端100的壳体110可设置上腔体结构和下腔体结构，其中，上腔体结构的内径可与电源组件130的尺寸相匹配，下腔体结构的内径可与发射组件140的发射部的尺寸相匹配，下腔体结构的外径小于上腔体结构的外径，且下腔体结构的外径小于束波安装管200的内径。

在非接触式电子水尺组装过程中，可将束波安装管200套设于下腔体结构的外侧，使束波安装管200围绕发射组件140的发射部设置，便于对毫米波探测信号进行束波及增强信号强度。

如图2所示，该发射组件140包括：雷达天线141、天线电路板142及雷达天线盖143；雷达天线盖143粘接固定于壳体110的第一端面，第一端面位于壳体110朝向束波安装管200的一端，雷达天线盖143用于将雷达天线141及天线电路板142密封于壳体110内部，且透射毫米波探测信号；雷达天线141沿朝向束波安装管200的一侧焊接固定于天线电路板142。

其中，雷达天线盖143可采用毫米波探测信号透射率较高的材料，例如，聚乙烯纤维或者橡胶材料制成。

一实施例中，天线电路板142还设有预设电路(图2未示出)，预设电路用于实现数据处理单元120、电源组件130及发射组件140之间的电连接。

其中，预设电路可通过天线电路板142中的覆铜图案化工序制成，预设电路结构按照非接触式电子水尺的电气原理实现数据处理单元120、电源组件130及发射组件140之间的电连接，一方面，电源组件130通过预设电路对数据处理单元120和发射组件140供电；另一方面，数据处理单元120与发射组件140之间通过预设电路实现数据传输。通过将雷达天线141及天线电路板142密封设置于壳体110内部，避免线材裸露，实现天线内置，避免线材及天线外置导致的元件损坏，有利于提高设备可靠性，避免元件损坏造成的数据误差，提高检测精度。

如图2所示，该电源组件130包括：太阳能电池板131和/或储能单元132，太阳能电池板131粘接固定于壳体110的第二端面，第二端面位于壳体110远离束波安装管200的一侧；储能单元132设置于壳体110内部，储能单元132用于存储太阳能电池板131输出的电能。

其中，储能单元132可为可充电锂电池。

一实施例中，电源组件130还包括：电源管理单元133，电源管理单元133用于获取储能单元132和太阳能电池板131的充电参数，并控制太阳能电池板131和储能单元132输出及存储电能。

其中，充电参数包括下述至少一项：太阳能电池板131的输出电压和输出电流、储能单元132的充电电量、充电电压及充电电流。

具体来说，太阳能电池板131可通过防水胶粘接固定在壳体110的第二端面。太阳能电池板131将太阳能转换为电能，并将电能传输至储能单元132进行存储，可通过储能单元132对数据处理单元120及发射组件140供电，或者，或者采用太阳能电池板131直接对数据处理单元120及发射组件140供电。电源管理单元133持续采集充电参数，当储能单元132的充电电量高于预设电量上限阈值时，切断太阳能电池板131对储能单元132的充电回路；当储能单元132的充电电量低于预设电量下限阈值时，可切断储能单元132与用电负载之间的供电回路。

一实施例中，电源管理单元133可集成设置在天线电路板上，或者，设置在独立电路板上。通过电路板上的图案化电路，实现太阳能电池板131、储能单元132及用电设备之间的电连接。通过设置太阳能电池板避免电池电量消耗导致的维护成本增加，将电源组件集成在封闭壳体内，避免裸露线束，有利于提高设备可靠性。

需要说明的是，还可设置警示灯，在储能单元132的充电电量低于预设电量下限阈值时，控制警示灯点亮，提醒作业人员注意维护储能单元132，避免失电导致的水位测量偏差。

可选地，图3是本实用新型实施例一提供的又一种非接触式电子水尺的结构示意图。

如图3所示，束波安装管200背离数据采集终端100一端设有安装座201，安装座201设有安装孔，安装座201用于固定束波安装管200。其中，安装座201上设置的安装孔可为长条孔，便于根据实际安装环境调整安装位置。

如图3所示，束波安装管200的外侧壁设有水位刻线，水位刻线用于显示水位数据。

具体来说，在现场使用过程中，通过安装座201将束波安装管200及数据采集终端100安装在目标水域的地面上，使数据采集终端100发射的毫米波探测信号经束波安装管200传输至目标水域的水面，数据采集终端100通过检测毫米波探测信号及反射信号及记录信号传播时间，计算实时水位参数；同时，现场作业人员可通过束波安装管200外侧壁的水位刻线读取刻线水位数据，通过比对实时水位参数及刻线水位数据调教零点数据，并对实时水位参数进行验证，便于现场安装测试，有利于提高测量精度。

实施例二

基于上述实施例，图4是本实用新型实施例二提供的一种非接触式电子水尺的结构示意图，在上述任一实施例的基础上，增加了数据通信功能，可实现水位监测数据本地或者远程传输及显示。

如图4所示，非接触式电子水尺00还包括通信组件300，该通信组件300可设置在壳体110内部。通信组件300包括：远程通信模块301和/或本体通信模块302；通信组件300用于将实时水位参数发送至终端设备。

其中，远程通信模块301可采用4G/5G无线通信技术对远程终端设备发送实时水位参数；本体通信模块302可采用蓝牙、ZigBee等近距离无线通信技术对本地终端设备传输实时水位参数。

如图4所示，通信组件300可集成设置于壳体110内部的智能电路板。

一实施例中，通信组件300可与数据处理单元120和/或电源管理单元133集成设置在同一智能电路板上，或者，通信组件300可设置在独立的电路板上。

可选地，终端设备包括下述至少一项：显示面板、服务器和智能移动终端。典型地，智能移动终端包括智能手机、平板电脑、可穿戴智能设备等移动终端。

由此，本实用新型实施例的技术方案，设置具有通信组件的非接触式电子水尺，采用毫米波雷达测量技术测量水位参数，并通过通信组件将水位参数发送到远程或者本地终端进行显示，便于作业人员查看目标水域的水位，使用方便，智能化程度高。

实施例二

图5是本实用新型实施例二提供的一种水位测量设备的结构示意图，包括上述实施例提供的非接触式电子水尺，具有该非接触式电子水尺的功能模块和有益效果。

如图5所示，该水位测量设备1包括：上述非接触式电子水尺00，及用于固定电子水尺的安装支架01。

在本实用新型的实施例中，该安装支架01可为固定式支架或者可沿六自由度旋转移动的支架，对此不作限制。

具体而言，在该水位测量设备1的使用过程中，可通过安装支架01调整非接触式电子水尺00的位置及朝向，使用更加灵活。

本实用新型实施例的水位测量设备，设置非接触式电子水尺，该非接触式电子水尺设置数据采集终端及束波安装管；数据采集终端设置壳体，及设于壳体内部的数据处理单元、电源组件和发射组件；采用发射组件对目标水域发射毫米波探测信号，并接收反射信号；采用数据处理单元接收反射信号，记录信号传播时间，并计算实时水位参数；电源组件对发射组件和数据处理单元供电；束波安装管围绕发射组件设置，对毫米波探测信号进行束波，通过设置封闭结构发出毫米波探测信号监测水位，并通过束波安装管对毫米波探测信号进行束波，增强信号强度高，解决了接触式电子水尺易腐蚀、误导通影响检测精度的问题，测量精度高，测量量程大，避免外部裸露线材或者天线损坏，有利于提高设备可靠性，使用方便，节省安装和维护成本。

上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非接触式电子水尺，其特征在于，包括：数据采集终端，及用于固定所述数据采集终端的束波安装管；

所述数据采集终端包括壳体，及设于所述壳体内部的数据处理单元、电源组件及发射组件；

其中，所述发射组件用于对目标水域发射毫米波探测信号，并接收反射信号；

所述数据处理单元用于接收反射信号，记录信号传播时间，并计算实时水位参数；

所述电源组件用于对所述发射组件和所述数据处理单元供电；

所述束波安装管围绕所述发射组件的发射部设置，所述束波安装管用于对所述毫米波探测信号进行束波。

2.根据权利要求1所述的非接触式电子水尺，其特征在于，所述发射组件包括：雷达天线、天线电路板及雷达天线盖；

所述雷达天线盖粘接固定于所述壳体的第一端面，所述第一端面位于所述壳体朝向所述束波安装管的一端，所述雷达天线盖用于将所述雷达天线及所述天线电路板密封于所述壳体内部，且透射所述毫米波探测信号；

所述雷达天线沿朝向所述束波安装管的一侧焊接固定于所述天线电路板。

3.根据权利要求2所述的非接触式电子水尺，其特征在于，所述天线电路板设有预设电路，所述预设电路用于连接所述数据处理单元、所述电源组件及所述发射组件。

4.根据权利要求1所述的非接触式电子水尺，其特征在于，所述电源组件包括：太阳能电池板和/或储能单元，所述太阳能电池板粘接固定于所述壳体的第二端面，所述第二端面位于所述壳体远离所述束波安装管的一侧；

所述储能单元设置于所述壳体内部，所述储能单元用于存储所述太阳能电池板输出的电能。

5.根据权利要求4所述的非接触式电子水尺，其特征在于，所述电源组件还包括：电源管理单元，所述电源管理单元用于获取所述储能单元和所述太阳能电池板的充电参数，并控制所述太阳能电池板和所述储能单元输出及存储电能。

6.根据权利要求1所述的非接触式电子水尺，其特征在于，所述束波安装管背离所述数据采集终端一端设有安装座，所述安装座设有安装孔，所述安装座用于固定所述束波安装管；

所述束波安装管的外侧壁设有水位刻线，所述水位刻线用于显示水位数据。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的非接触式电子水尺，其特征在于，还包括通信组件，所述通信组件包括：远程通信模块和/或本体通信模块；

所述通信组件用于将所述实时水位参数发送至终端设备。

8.根据权利要求7所述的非接触式电子水尺，其特征在于，所述通信组件集成设置于所述壳体内部的智能电路板。

9.根据权利要求7所述的非接触式电子水尺，其特征在于，所述终端设备包括下述至少一项：显示面板、服务器和智能移动终端。

10.一种水位测量设备，其特征在于，包括：权利要求1-9中任一项所述的非接触式电子水尺，及用于固定所述电子水尺的安装支架。

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