高精度水位仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及水位仪的技术领域，尤其设及高精度水位仪。
【背景技术】
[0002] 水位仪是=工物理模型试验中必备的测量仪器，按仪器感知水面的方式，可W分 为淹没式、振动触水式和非触水式=种类型。
[0003] 非触水式水位仪在性价比方面尚未满足实用要求，淹没式在实际操作，经常受各 种漂移的影响，其测量精度难W满足要求，因此，目前普遍采用振动触水式。
[0004] 采用振动触水式的水位仪，必须用线位移一电量变换器，而旋转角位移型变换器， 如同步电机或码盘水位仪则必需一套高精度线一角位移机械转换装置如丝杆等，运样，对 于水位仪而言，运样的结构直接影响到水位仪水位转换线性度、跟踪速度、机械寿命和仪器 结构等方面的综合指标，并且，对于水位仪而言，其测量水位变化的精度也较低，难W满足 实际需求。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的在于提供高精度水位仪，旨在解决现有技术中的水位仪存在测 量水位变化精度低的问题。
[0006] 本实用新型是运样实现的，高精度水位仪，包括基座、导轨W及直线位移传感器， 所述导轨呈竖直状连接在所述基座上，所述导轨上活动连接有沿所述导轨上下移动的移动 块，所述直线位移传感器连接于所述移动块；所述移动块上连接有朝下竖直延伸布置的测 杆，所述测杆的下端具有用于往复触水的测针；所述直线位移传感器电性连接有用于控制 所述移动块移动且通过读取所述直线位移传感器相对位移数据进而实现水位测量的控制 主板，所述控制主板与所述测针电性连接。
[0007] 进一步的，所述水位仪包括竖杆，所述竖杆呈竖直状连接在所述基座上，所述竖杆 的侧壁上形成有标尺面；所述直线位移传感器包括形成在所述标尺面上的标尺光栅W及读 数头，所述读数头连接于所述移动块，且设于所述标尺面的前侧，所述读数头包括红外光电 元件、方波整形器W及指示光栅，所述指示光栅与所述标尺光栅相对布置，且两者之间具有 间隙；所述读数头电性连接于所述控制主板，且所述控制主板通过读取所述读数头的相对 位移数据进而实现水位测量。
[0008] 进一步的，所述标尺光栅及指示光栅中分别形成有零点窗。
[0009] 进一步的，所述控制主板中具有用于缩短所述测针入水反应时间的调频及锁相环 元件。
[0010] 进一步的，所述控制主板包括有触水触发器，所述触水触发器分别与所述测针及 巧制主板电性连接。
[0011] 进一步的，所述竖杆的上端设有用于限制所述读数头朝向移动极限位置的上限位 开关，所述竖杆的下端设有用于限制所述读数头朝下移动极限位置的数字式下限位开关， 所述上限位开关及数字式下限位开关分别电性连接于所述控制主板。
[0012] 进一步的，所述导轨穿过所述移动块，且所述高精度水位仪包括有用于对导向所 述移动块的移动的导向结构。
[0013] 进一步的，所述导向结构包括导向块W及设置在所述基座上的导向杆，所述导向 杆呈竖直布置，且所述导向杆中设有导向槽，所述导向槽沿所述导向杆的长度方向延伸布 置；所述移动块的侧边朝外突出，形成所述导向块，所述导向块活动置于所述导向槽中。
[0014] 进一步的，所述高精度水位仪包括由所述控制元件控制运作的电机W及皮带传动 结构，所述皮带传动结构包括同步轮W及同步皮带，所述电机的输出轴连接于所述同步轮， 所述移动块连接于所述同步皮带。
[0015] 进一步的，所述测杆的上端连接于所述移动块，所述测杆的下端朝下延伸布置，且 活动穿过所述基座，所述测针位于所述基座的下方。
[0016] 与现有技术相比，上述提供的水位仪中，通过控制主板控制移动块上下移动，实现 测针的上下往复触水，并且，移动块的移动，带动直线位移传感器的上下直线移动，运样，控 制主板通过读取直线位移传感器的相对位移量，则可W直接实现对水位的测量；由于控制 主板获取的直线位移数据，而不是现有技术中的圆周转动数据，运样，则不需要进行转换计 算，则可W直接获取到水位的数值，大大提高测量的精度。
【附图说明】
[0017] 图1是本实用新型实施例提供的高精度水位仪的主视示意图一；
[0018] 图2是本实用新型实施例提供的高精度水位仪的主视示意图二；
[0019] 图3是本实用新型实施例提供的直线位移传感器输出信号序列的示意图；
[0020] 图4是本实用新型实施例提供的高精度水位仪的电路控制示意图。
【具体实施方式】
[0021] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施 例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0022] W下结合具体实施例对本实用新型的实现进行详细的描述。
[0023] 参照图1至图4示，为本实用新型提供的较佳实施例。
[0024] 本实施例提供的高精度水位仪，用于测量河道的水位W及水位变化等。
[0025] 水位仪包括基座101、导轨105、控制主板104W及直线位移传感器，其中，基座101 作为整个水位仪的支撑台，导轨105连接在基座101上，呈竖直布置，导轨105的下端连接 在基座101上，上端朝上竖直延伸布置；在导轨105上连接有移动块106,该移动块106可 W沿着导轨105上下移动，直线位移传感器连接在移动块106上，运样，随着移动块106沿 着导轨105上下移动，直线位移传感器也可W上下移动。
[0026] 本实施例中，导轨105上的移动块106还连接有测杆110,该测杆110呈竖直布置， 其上端连接在移动块106上，下端朝下延伸布置，且在测杆110的下端形成有测针111，运 样，当移动块106沿着导轨105上下移动时，整个测杆也随之上下移动，当测针111与水面 接触时，控制主板104控制移动块106朝上移动，当测针111脱离水面后，移动块106则又 朝下移动，如此反复进行。
[0027] 上述的移动块由控制主板控制上下移动，测杆的测针及直线位移传感器也分别电 性连接于控制主板，控制主板通过检测测针是否触水，进而控制移动块上下对应，并且，控 制主板通过读取直线位移传感器的相对位移量，进而实现对水位的测量。
[0028] 上述提供的水位仪中，通过控制主板控制移动块上下移动，实现测针的上下往复 触水，并且，移动块的移动，带动直线位移传感器的上下直线移动，运样，控制主板通过读取 直线位移传感器的相对位移量，则可W直接实现对水位的测量；由于控制主板获取的直线 位移数据，而不是现有技术中的圆周转动数据，运样，则不需要进行转换计算，则可W直接 获取到水位的数值，大大提高测量的精度。
[0029] 本实施例中，水位仪包括还包括竖杆108,竖杆108连接在基座101上，且呈竖直状 布置，运样，竖杆108及导轨105相邻平行布置，下端连接在基座101上，上端朝上竖直延伸 布置。
[0030] 直线位移传感器包括标尺光栅109W及读数头107,其中，竖杆108的侧壁上形成 有标尺面，该标尺面沿着竖杆108的长度方向延伸布置，标尺光栅109则形成在竖杆108 的标尺面上，且延着竖杆108的长度方向延伸布置，也就是沿着竖直方向延伸布置；读数头 107布置在竖杆108的标尺面的前侧，其与控制主板104电性连接，且连接在移动块106上， 随着移动块106的移动而上下移动，读数头107包括红外光电元件、方波整形器W及指示光 栅，其中，指示光栅与标尺光栅109之间正对布置，且两者之间存在间隙。
[0031] 另外，在标尺光栅109W及指示光栅中分别形成有零点窗，运样，当两个零点窗重 合时，将产生全量程范围内唯一一个零点脉冲信号RI。
[0032] 本实施例中，当移动块106沿着导轨105上下移动时，读数头107及测杆110也随 之上下移动，当测针111与水面接触时，控制主板104控制移动块106朝上移动，当测针111 脱离水面后，移动块106则又朝下移动，如此反复进行。
[0033] 根据几何光学原理，光直线传播的过程中，光在经过迭合的两块光栅时，如上述的 标尺光栅109W及指示光栅，遮光条纹或透光条纹的交点的连线组成一条透光的亮线，而 遮光条纹和透光条纹的交点的连线组成一条不透光的暗线，运些亮暗线被称为莫尔条纹， 莫尔条纹信号的宽度和=角函数特性则通过栅线夹角来调整。
[0034] W标尺光栅109轴向为X，垂直方向为y，则得莫尔条纹方程式：
[0035]
[0036] 式中：每一个k值对应一条条纹。
[0037] 莫尔条纹的斜率为：
[0038]
[0039] 莫尔条纹的间距为：
[0040]
[0041] 由上可见，标尺光栅109与指示光栅迭合时所形成的莫尔条纹是由条纹斜率为 tge、条纹间距为W的平行线簇所形成。
[0042] 当0角很小时，莫尔条纹大致与光栅栅线方向相垂直，并且W〉〉d，即莫尔条纹间 距对光栅栅距有放大作用，运对直径比栅距大得多的红外光电元件十分有好处。 阳043] 当读数头107沿标尺光栅109轴线相对移动时，红外光电元件产生Sin正弦和Cos 余弦信号，经方波整形器，输出相位差为90°的A、B二路电脉冲方波信号序列。读数头107 相对标尺光栅109移动一个栅距，就输出一个具有方向特征信号的方波脉冲，经过控制主 板104对脉冲信号的计算即可得出读数头107的相对位移量。在标尺光栅109和指示光栅 尺面上还各刻划有一个零点窗，当两窗完全重合时，将产生全量程范围内唯一一个零点脉 冲信号RI。WRI作为坐标原点，则直线位移传感器就成为一维坐标测量系统： W44]读数头107坐标X=栅距dXE(±方波脉冲数）
[0045]当读数头107沿正方向移动时，A方波脉冲超前B方波脉冲90°，当读数头107沿 反方向移动时，A方波脉冲落后B方波脉冲90°。采用一倍电子细分，即利用方波信号边沿 触发计数，可W在一个栅距内产生两个触发，将0. 02mm栅距的直线位移传感器分辨率提高 到0. 01mm。W上说明了增量型光栅数字编码器测量原理，用它直接测量水位变化既直观又 合适。
[0046] 在实际操作中，当水位仪每次开机时，读数头107向上移动后，转而向下移动。使 得标尺光栅109与指示光栅的零点窗重合，也就是寻找到零点RI后，水位仪即进入测针111 上下往复重复触水的跟踪工作方式，在测针11