一种水位计的制作方法
【专利摘要】本实用新型实施例公开一种水位计，包括第一雷达传感器、第二雷达传感器、频率合成电路和信号处理器，第一雷达传感器与第二雷达传感器相连接，第一雷达传感器为第二雷达传感器提供基准信号；第二雷达传感器与频率合成电路相连接，第二雷达传感器发送第二雷达传感器的雷达信号和基准信号的差频信号至所述频率合成电路，频率合成电路采用差频信号校正雷达信号，第二雷达传感器采用携带校正后的雷达信号的雷达波束覆盖监测范围，通过反射回来的雷达波束获得监测范围内液体的水位信号；信号处理器与第二雷达传感器相连接，所述信号处理器对水位信号进行信号处理，获得监测范围内液体的水位数据。无需进行水下接触，提高对液体的水位数据的测量精度。
【专利说明】一种水位计
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水位测量【技术领域】，尤其涉及一种水位计。
【背景技术】
[0002]在信息化社会构建的过程中，高科技的产品不断的被运用到生活场景中，对于水位测量技术也趋于成熟，测量技术可以应用于各种场景，例如可应用于洪涝灾害管理系统，通过分析监测范围内的水位数据，对监测范围内的水位进行监控，防止城市内涝或洪水对人们日常生活造成不便，甚至危及生命和财产的安全。
[0003]现有的水位测量主要采用水下接触式的水位计(如:压力式、浮子式)，或者采用非接触式的水位计(如:超声波式)，由此获得水位数据进行分析。然而，由于长期将接触式的水位计置于水中，容易对水位计造成损耗，并且采用超声波水位计容易受外界环境因素影响，导致测量数据不精准。
实用新型内容
[0004]本实用新型实施例提供一种水位计，无需进行水下接触，可以提高对液体的水位数据的测量精度。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种水位计，可包括:第一雷达传感器、第二雷达传感器、频率合成电路和信号处理器，其中，
[0006]所述第一雷达传感器与所述第二雷达传感器相连接，所述第一雷达传感器为所述第二雷达传感器提供基准信号；
[0007]所述第二雷达传感器与所述频率合成电路相连接，所述第二雷达传感器发送所述第二雷达传感器的雷达信号和所述基准信号的差频信号至所述频率合成电路，所述频率合成电路采用所述差频信号校正所述雷达信号，所述第二雷达传感器采用携带校正后的雷达信号的雷达波束覆盖监测范围，通过反射回来的雷达波束获得所述监测范围内液体的水位信号;
[0008]所述信号处理器与所述第二雷达传感器相连接，所述信号处理器对所述水位信号进行信号处理，获得所述监测范围内液体的水位数据。
[0009]实施本实用新型实施例，具有如下有益效果:
[0010]通过采用雷达传感器进行水位测量，无需进行水下接触，减少了对水位计的损耗，且体积小巧，安装方便，降低了损耗成本和人力资源成本，并且通过加入第一雷达传感器的基准信号，以及结合频率合成电路对所述第二雷达传感器的雷达信号进行校正，提高了第二雷达传感器发出的雷达信号的线性度，提升了第二雷达传感器的测量精度，进而保证了水位计对液体的水位数据的测量精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
[0012]图1是本实用新型实施例提供的一种水位计的结构示意图；
[0013]图2是本实用新型实施例提供的频率合成电路的结构示意图；
[0014]图3是本实用新型实施例提供的信号处理器的结构示意图；
[0015]图4是本实用新型实施例提供的信号调理器的结构示意图；
[0016]图5是本实用新型实施例提供的通讯器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]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做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。
[0018]本实用新型实施例中，水位计可以用于监视监测范围内液体的水位信号，由信号处理器对水位信号进行信号处理，获得所述监测范围内液体的水位数据。本实用新型实施例中提供的水位计可以对河流、湖泊等液体的水位进行监测，也可以对渠道、管道等液体的水位进行监测，无需进行水下接触，减少了对水位计的损耗，且体积小巧，安装方便，降低了损耗成本和人力资源成本，并且使用雷达传感器进行监测，减少了外界环境因素对测量的影响，提高了水位计对液体的水位数据的测量精度。
[0019]下面将结合附图1-附图5，对本实用新型实施例提供的水位计进行详细介绍。
[0020]请参见图1，为本实用新型实施例提供了一种水位计的结构示意图。如图1所示，本实用新型所述的水位计I可以包括:第一雷达传感器11、第二雷达传感器12、频率合成电路13、信号处理器14、控制器15、数据存储器16、通讯器17和电源18。
[0021]所述第一雷达传感器11与所述第二雷达传感器12相连接；
[0022]具体实现中，所述第一雷达传感器11为所述第二雷达传感器12提供基准信号，所述基准信号可以为包含一预设频率的信号，此时，所述第二雷达传感器12可以输出所述第二雷达传感器12的雷达信号和所述基准信号的差频信号。其中，所述雷达信号和所述基准信号的差频信号为所述雷达信号的频率与所述基准信号的频率的差值所对应的信号。
[0023]所述第二雷达传感器12与所述频率合成电路13相连接；
[0024]具体实现中，所述第二雷达传感器12发送所述第二雷达传感器12的雷达信号和所述基准信号的差频信号至所述频率合成电路13，所述频率合成电路13采用所述差频信号校正所述雷达信号，所述第二雷达传感器12采用携带校正后的雷达信号的雷达波束覆盖监测范围，通过反射回来的雷达波束获得所述监测范围内液体的水位信号。
[0025]请一并参见图2，为本使用新型实施例提供了频率合成电路的结构示意图。如图2所示，所述频率合成电路13可以包括:分频器131、鉴相器132和参考信号源133，其中，
[0026]所述分频器131与所述第二雷达传感器12相连接；
[0027]具体实现中，所述分频器131对所述差频信号进行分频，优选的，所述分频器131可以对所述差频信号进行N值分频。[0028]所述参考信号源133与所述鉴相器132相连接，所述参考信号源133为所述鉴相器132提供参考信号。
[0029]所述鉴相器132分别与所述分频器131和所述第二雷达传感器12相连接；
[0030]所述鉴相器132将所述分频后的差频信号与所述参考信号进行鉴相，采用鉴相结果校正所述雷达信号，并将校正后的雷达信号发送至所述第二雷达传感器12。具体的，所述鉴相器132将所述分频后的差频信号与所述参考信号进行鉴相，检测该分频后的差频信号和参考信号的频率和相位是否一致。如果所述分频后的差频信号和所述参考信号的频率和相位不一致，则持续调整输入到所述第二雷达传感器12的直流电压，通过改变直流电压控制所述第二雷达传感器12调整输出的雷达信号的频率，接着再重新执行校正过程，直至所述分频后的差频信号与所述参考信号的相位和频率相一致；如果所述分频后的差频信号和所述参考信号的频率和相位一致，即所述第二雷达传感器12的雷达信号和所述基准信号的差频信号的频率为所述参考信号的频率的N倍，则保持输入到所述第二雷达传感器12的直流电压恒定不变。所述第二雷达传感器12根据该恒定不变的直流电压发射携带校正后的雷达信号的雷达波束，所述雷达波束覆盖监测范围，并通过反射回来的雷达波束获得所述监测范围内液体的水位信号。
[0031]所述信号处理器14与所述第二雷达传感器12相连接，所述信号处理器14对所述水位信号进行信号处理，获得所述监测范围内液体的水位数据。
[0032]请一并参见图3，为本实用新型实施例提供了信号处理器的结构示意图。如图3所示，所述信号处理器14可以包括信号调理器141和信号处理芯片142，其中，
[0033]所述信号调理器141与所述第二雷达传感器12相连接；
[0034]具体实现中，所述信号调理器141对所述第二雷达传感器12获得的水位信号进行滤波放大处理。
[0035]进一步的，请一并参见图4，为本实用新型实施例提供了信号调理器的结构示意图。如图4所示，所述信号调理器141可以包括:信号输入接口 1411、带通滤波器1412、高通滤波放大器1413、第一信号输出接口 1414和第二信号输出接口 1415，其中，
[0036]所述信号输入接口 1411分别与所述第二雷达传感器12和所述带通滤波器1412相连接，所述带通滤波器1412分别与所述高通滤波放大器1413以及所述第二信号输出接口 1415相连接，所述高通滤波放大器1413与所述第一信号输出接口 1414相连接，所述第一信号输出接口 1414和所述第二信号输出接口 1415分别与所述信号处理芯片142相连接。
[0037]所述信号输入接口 1411接收所述第二雷达传感器12获取的水位信号，所述带通滤波器1412先对所述水位信号进行初步滤波放大处理，再将初步处理后的水位信号分为两路相同的水位信号，第一路水位信号需要经过所述高通滤波放大器1413处理后，再通过所述第一信号输出接口 1414进行输出；第二路水位信号则直接通过所述第二信号输出接口 1415进行输出。
[0038]需要说明的是，由于监测范围距离越远，所接收的水位信号的频率越高，并且信号强度越弱，因此，当测量的监测范围距离较近，该监测范围的第一路水位信号会被所述高通滤波放大器1413滤除,此时所述第一信号输出接口 1414将不会输出第一路水位信号,但由于近处的监测范围的水位信号的信号强度较强，此时该监测范围的第二路水位信号可以直接通过所述第二信号输出接口 1415进行输出；而当测量的监测范围距离较远时，该监测范围的第一路水位信号可以通过所述高通滤波放大器1413的处理，并从所述第一信号输出接口 1414进行输出，由于远处的监测范围的水位信号的信号强度较弱，尽管第二路水位信号仍然可以从所述第二信号输出接口 1415进行输出，但第二路水位信号中仍然伴随着寄生调幅，并且寄生调幅经过初步放大处理后，对该第二路水位信号影响较大，到达第二信号输出接口 1415时无法获取该第二路水位信号，即所述信号处理芯片142无法对第二信号输出接口 1415输出的水位信号进行后续信号处理。
[0039]可以理解的是，若所述监测范围距离适中，则该监测范围的第一路水位信号可以通过所述高通滤波放大器1413的处理，并从所述第一信号输出接口 1414进行输出，同时该监测范围的第二路水位信号也可以直接从所述第二信号输出接口 1415进行输出。
[0040]由于第二雷达传感器12的非理想性，信号的输出通常伴随有寄生调幅，现有的滤波放大电路无法很好的对寄生调幅进行滤除，例如:对于较远的监测范围，距离越远，所接收的信号频率越高，若采用设置较高的高通截止频率的高通滤波器以滤除寄生调幅，则容易将近处测量的信号也同时滤除，导致近处的监测范围测量不稳定，因此限制了水位计I的监测范围的量程。
[0041]因此，本实用新型采用的信号调理器141可以实现近处的水位信号和远处的水位信号分别进行输出，避免了高通滤波放大器1413对近距离监测范围的水位信号产生影响，同时进一步提高了对监测范围的测量距离。
[0042]所述信号处理芯片142与所述信号调理器141相连接；
[0043]具体实现中，所述信号处理芯片142优选为数字信号处理(Digital SignalProcessing,DSP)芯片，所述信号处理芯片142对所述第一信号输出接口 1414和/或所述第二信号输出接口 1415输出的水位信号进行信号处理，获得所述监测范围内液体的水位数据。
[0044]所述控制器15分别与所述第一雷达传感器11、所述频率合成电路13和所述信号处理器14相连接，所述控制器15进一步与所述信号处理芯片142相连接，所述数据存储器16与所述控制器15相连接，所述通讯器17与所述控制器15相连接。
[0045]具体实现中，所述数据存储器16优选为电可擦可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory, EEPROM),所述数据存储器 16 中可以存储有所述信号处理芯片142对水位数据进行运算时所需的测量参数以及所述通讯器17的接口参数。
[0046]所述控制器15所执行的操作包括控制所述第一雷达传感器11向所述第二雷达传感器12发射基准信号、控制所述频率合成电路13采用所述差频信号对所述第二雷达传感器12的雷达信号进行校正、在所述信号处理芯片142对水位数据进行运算时，将所述数据存储器16中的所述测量参数传输至所述信号处理芯片142中、按照所述数据存储器16中的所述接口参数将所述水位数据从所述通讯器17的指定通讯接口输出至外部设备。所述外部设备可以包括:监控平台、平板电脑、智能手机、笔记本电脑、掌上电脑等终端设备，工作人员可以根据所述外部设备所显示的水位数据或分析所述水位数据得到的相关的湖泊、河流、渠道或管道等的水位信息，对湖泊、河流、渠道或管道等进行管理、防治。
[0047]进一步的，请一并参见图5，为本实用新型实施例提供了通讯器的结构示意图。如图5所示，所述通讯器17可以包括接口转换电路171和通讯接口 172，所述接口转换电路171分别与所述控制器15和所述通讯接口 172相连接。所述通讯接口 172可以包括RS232、RS485、SD1-12、4-20mA电流环等，以使所述水位计I兼容各种外部设备。
[0048]所述控制器15可以通过所述接口转换电路171将所述水位数据从所述接口参数指定的通讯接口 172输出至所述外部设备。
[0049]所述电源18分别与所述第一雷达传感器11、所述第二雷达传感器12、所述频率合成电路13、所述信号处理器14、所述控制器15、所述数据存储器16和所述通讯器17相连接。
[0050]具体实现中，所述电源18为所述第一雷达传感器11、所述第二雷达传感器12、所述频率合成电路13、所述信号处理器14、所述控制器15、所述数据存储器16和所述通讯器17提供工作电源。所述电源18优选为蓄电池和/或太阳能电池板。所述电源18可以提供两种供电模式:
[0051]所述控制器15可以定时对所述电源18的供电进行控制，当未到达所设定的工作时间时，所述控制器15切断所述电源18对所述第一雷达传感器11、所述第二雷达传感器12、所述频率合成电路13、所述信号处理器14、所述数据存储器16和所述通讯器17的工作电源，所述控制器15可以进入休眠状态；当到达所设定的工作时间时，所述控制器15可以自我唤醒，进入工作状态，同时控制所述电源18为所述第一雷达传感器11、所述第二雷达传感器12、所述频率合成电路13、所述信号处理器14、所述数据存储器16和所述通讯器17提供工作电源。
[0052]或者，工作人员还可以采用外部设备，对所述控制器15发出唤醒指令，所述控制器15可以进入工作状态，同时控制所述电源18为所述第一雷达传感器11、所述第二雷达传感器12、所述频率合成电路13、所述信号处理器14、所述数据存储器16和所述通讯器17提供工作电源。并且当水位数据传输完毕后，切断所述电源18对所述第一雷达传感器11、所述第二雷达传感器12、所述频率合成电路13、所述信号处理器14、所述数据存储器16和所述通讯器17的工作电源，并等待唤醒指令。
[0053]通过上述两种供电模式，可以达到对所述电源18节电的目的。
[0054]需要说明的是，本实用新型实施例中的所述第一雷达传感器11与所述第二雷达传感器12的连接关系优选为信号连接，其余各实体设备间的连接关系均优选为电连接。
[0055]在本实用新型实施例中，通过采用雷达传感器进行水位测量，无需进行水下接触，减少了对水位计的损耗，且体积小巧，安装方便，降低了损耗成本和人力资源成本；通过加入第一雷达传感器的基准信号，以及结合频率合成电路对所述第二雷达传感器的雷达信号进行校正，提高了第二雷达传感器发出的雷达信号的线性度，提升了第二雷达传感器的测量精度；采用信号调理器对远处或近处的监测范围的水位信号进行分离输出，可以避免了高通滤波放大器对近距离监测范围的水位信号产生影响，同时进一步提高了对监测范围的测量距离，进而保证了水位计对液体的水位数据的测量精度。
[0056]以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。
【权利要求】
1.一种水位计，其特征在于，包括:第一雷达传感器、第二雷达传感器、频率合成电路和信号处理器，其中， 所述第一雷达传感器与所述第二雷达传感器相连接，所述第一雷达传感器为所述第二雷达传感器提供基准信号； 所述第二雷达传感器与所述频率合成电路相连接，所述第二雷达传感器发送所述第二雷达传感器的雷达信号和所述基准信号的差频信号至所述频率合成电路，所述频率合成电路采用所述差频信号校正所述雷达信号，所述第二雷达传感器采用携带校正后的雷达信号的雷达波束覆盖监测范围，通过反射回来的雷达波束获得所述监测范围内液体的水位信号; 所述信号处理器与所述第二雷达传感器相连接，所述信号处理器对所述水位信号进行信号处理，获得所述监测范围内液体的水位数据。
2.根据权利要求1所述的水位计，其特征在于，所述频率合成电路包括分频器、鉴相器和参考信号源，其中， 所述分频器与所述第二雷达传感器相连接，所述分频器对所述差频信号进行分频； 所述参考信号源与所述鉴相器相连接，所述参考信号源为所述鉴相器提供参考信号； 所述鉴相器分别与所述分频器和所述第二雷达传感器相连接，所述鉴相器将所述分频后的差频信号与所述参考信号进行鉴相，采用鉴相结果校正所述雷达信号，并将校正后的雷达信号发送至所述 第二雷达传感器。
3.根据权利要求1所述的水位计，其特征在于，所述信号处理器包括信号调理器和信号处理芯片，其中， 所述信号调理器与所述第二雷达传感器相连接，所述信号调理器对所述第二雷达传感器获得的水位信号进行滤波放大处理； 所述信号处理芯片与所述信号调理器相连接，所述信号处理芯片对滤波放大处理后的水位信号进行信号处理，获得所述监测范围内液体的水位数据。
4.根据权利要求3所述的水位计，其特征在于，所述信号调理器包括信号输入接口、带通滤波器、高通滤波放大器、第一信号输出接口和第二信号输出接口，其中， 所述信号输入接口分别与所述第二雷达传感器和所述带通滤波器相连接，所述带通滤波器分别与所述高通滤波放大器以及所述第二信号输出接口相连接，所述高通滤波放大器与所述第一信号输出接口相连接，所述第一信号输出接口和所述第二信号输出接口分别与所述信号处理芯片相连接。
5.根据权利要求1所述的水位计，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与所述第一雷达传感器、所述频率合成电路和所述信号处理器相连接。
6.根据权利要求5所述的水位计，其特征在于，还包括数据存储器，所述数据存储器与所述控制器相连接。
7.根据权利要求6所述的水位计，其特征在于，所述数据存储器为电可擦可编程只读存储器EEPROM。
8.根据权利要求7所述的水位计，其特征在于，还包括通讯器，所述通讯器与所述控制器相连接。
9.根据权利要求8所述的水位计，其特征在于，所述通讯器包括接口转换电路和通讯接口，所述接口转换电路分别与所述控制器和所述通讯接口相连接。
10.根据权利要求9所述的水位计，其特征在于，还包括电源，所述电源分别与所述第一雷达传感器、所述第二雷达传感器、所述频率合成电路、所述信号处理器、所述控制器、所述数据存储器和所述 通讯器相连接。
【文档编号】G01F23/284GK203811239SQ201420123799
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】陈勖, 张暄, 张新文, 崔智华, 王小丽 申请人:深圳市华儒科技有限公司