1每次触水的瞬间拾取水位值，也就是，控制 主板104通过对读数头107的输出信号的计算，得到读数头107的上下移动的相对位移量， 进而得到实现对水位的测量。
[0047] 在水位仪中采用计量光栅技术，具有W下优点：
[0048] 1)、标尺光栅109与指示光栅都属于高精度光学器件，刻划精度可W达到 ±10ym/m，解决了水位仪高精度及抗强干扰的问题；
[0049]2)、标尺光栅109与指示光栅之间采用非接触式结构，大大延长期使用寿命；
[0050] 3)、莫尔条纹信号是由125个条栅线所形成的，其中个别栅线的刻划误差或其它 庇漏对整个莫尔条纹的位置和形状影响甚小：
[0051] 条纹位置标准差二栅线位置标准差.V?
[0052] 4)、坐标计算采用了脉冲的鉴相技术和相关分析技术，具有很强的抗机械抖动能 力；
[0053]5)、采用细分技术，提高分辨率，在相同的精度下，可得到较大的容错率。
[0054] 另外，在控制主板104中，具有调频及锁相环元件，运样，则可W大大缩短测杆110 的测针111入水反应时间，消除水的表面张力对测针111的影响及误报，运样，只要测针111 一触及水面，控制主板104则控制移动块106快速朝上移动，使得测针111脱离与水接触； 当测针111脱离与水接触时，控制主板104则控制移动块106快速朝下移动，直至测针111 与水接触，如此往复操作，不仅可W准确的测量水位，且可W减少测针111与水反应时间对 测量精度的影响。 阳化5] 本实施例中，标尺光栅109及指示光栅上分别刻有多个平行等距的0.01mm宽的遮 光条纹和透光条纹。当然，根据实际需要，遮光条纹及透光条纹的宽度也可W是其它数值， 并不仅限制于上述的0. 01mm。
[0056] 当水位仪正常工作时，指示光栅尺面和标尺光栅109保持平行在0. 02mm~0. 05mm 间隙，且标尺光栅109与指示光栅之间呈倾斜布置，两者之间保持一很小夹角0。
[0057] 本实施例中，控制主板104包括有触水触发器，该触水触发器与测杆110的测针 111电性连接，可W缩短测针111入水反应时间；控制主板104还具有通讯元件，用于与外 部设备进行通讯。 阳05引具体地，水位仪还具有键盘、显示器。控制主板104采用ARM7内核的STM32F103，系统工作频率提高到72MHz，其目的是尽量减少元件数量、硬件软件化和提高运行效率。控 制主板104负责通讯、键盘命令、显示、电机102控制、直线位移传感器读数头107位移量的 判别、坐标计算、水位值拾取和直线位移传感器故障诊断。为最大限度降低硬件开销，按照 硬件软件化原则，直线位移传感器脉冲计数采用了信号边沿硬件触发，软件滤波、判向和加 减运算。
[0059] 水位仪的精度除受直线位移传感器分辨率和脉冲信号运算处理好坏的影响外，还 受触水触发器的影响。在本水位仪设计中，触水触发器采用触水变频、锁相环鉴频的方法来 测取测针111触水信号，运种设计可有效抑制上述水体干扰而引起的误触发，避免出现水 位仪出现工作不正常的现象。
[0060] 本实施例提供的直线位移传感器为光栅编码器，当然，直线位移传感器也可W是 其他多种编码器，或者，其他可W实现直线位移检测的传感器等。
[0061] 本实施例中，导轨105布置在竖杆108的侧边，且移动块106连接在读数头107的 侧边，运样，当移动块106上下移动，驱动读数头107上下移动的过程中，避免移动块106对 读数头107与竖杆108之间造成影响。
[0062] 另外，在竖杆108的上端设有上限位开关，该上限位开关与控制主板104电性连 接，运样，当读数头107朝上移动时，当碰到该上限位开关时，则会朝下移动，也就是保证读 数头107朝上移动的极限位置。
[0063] 在竖杆108的下端设有数字式下限位开关，该数字式下限位开关电性连接控制主 板104,其可W对读数头107朝下移动的极限位置进行限制及定位。 W64] 本实施例中，导轨105穿过移动块106,运样，移动块106则可W沿着导轨105上下 移动。另外，为了进一步保证移动块106移动的导向，本实施例中，水位仪还包括导向结构， 用于对移动块106的移动进行导向。 阳0化]具体地，导向结构包括设置在基座101上的导向杆W及导向块，该导向杆呈竖直 布置，且该导向杆中设有导向槽，该导向槽沿着导向杆的长度方向延伸布置，也呈竖直布 置；移动块106的侧边朝外突出，形成上述的导向块，该导向块活动置于导向槽中，且当移 动块106上下移动时，导向块可W沿着导向槽上下移动，从而可W对移动块106的移动起到 导向的作用。
[0066] 本实施例中，水位仪还包括动力元件，该动力元件用于驱动移动块106沿着导轨 105上下移动，从而驱动读数头107的上下移动。动力元件与控制主板104电性连接，从而， 由控制主板104控制动力元件的运作，进而控制移动块106的移动。
[0067] 具体地，动力元件包括电机102W及皮带传动结构，皮带传动结构包括有同步轮 W及同步皮带112,其中，电机102与控制主板104连接，由控制主板104控制运作，电机 102的输出轴与皮带传动结构的同步轮连接，用于驱动同步轮转动，同步皮带112连接在同 步轮上，由同步轮驱动移动，移动块106与同步皮带112连接，运样，通过同步皮带112的移 动，驱动移动块106的上下移动。
[0068] 本实施例中，测杆110的上端连接在移动块106上，且测杆110穿过基座101，朝下 延伸，测针111置于基座101下方，运样，当移动块106上下移动时，测杆110也活动在基座 101中穿行，运样，利用基座101可W对测杆110进行导向的作用。
[0069] 在实际测量过程中，需要对水位仪进行固定位置，本实施例中，基座101上连接有 多个安装脚，该多个安装脚一端连接在基座101上，另一端朝基座101外延伸布置，运样，当 需要对水位仪进行固定安装时，则可W直接利用安装脚与外部结构连接，进而使得整个水 位仪固定。
[0070] 另外，控制主板104布置在基座101上，且在基座101上设置有面板103,该面板 103布置在控制主板104的外侧，且与控制主板104相对布置，运样，当用户需要对水位仪进 行控制操作时，通过在面板103上操作按键等，则可W实现对控制主板104的操作，既可W 保护控制主板104,操作也方便。
[0071] W上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用W限制本实用新型，凡在本 实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型 的保护范围之内。
【主权项】
1. 高精度水位仪，其特征在于，包括基座、导轨以及直线位移传感器，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。2. 如权利要求1所述的高精度水位仪，其特征在于，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以及读数头，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、方波整形器以及指示光栅，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。3. 如权利要求2所述的高精度水位仪，其特征在于，所述标尺光栅及指示光栅中分别 形成有零点窗。4. 如权利要求2所述的高精度水位仪，其特征在于，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。5. 如权利要求2所述的高精度水位仪，其特征在于，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控制主板电性连接。6. 如权利要求2至5任一项所述的高精度水位仪，其特征在于，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。7. 如权利要求2至5任一项所述的高精度水位仪，其特征在于，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。8. 如权利要求7所述的高精度水位仪，其特征在于，所述导向结构包括导向块以及设 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。9. 如权利要求1至5任一项所述的高精度水位仪，其特征在于，所述高精度水位仪包括 由所述控制元件控制运作的电机以及皮带传动结构，所述皮带传动结构包括同步轮以及同 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。10. 如权利要求1至5任一项所述的高精度水位仪，其特征在于，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。
【专利摘要】本实用新型涉及水位仪的技术领域，公开了高精度水位仪，包括基座、导轨以及直线位移传感器，导轨呈竖直状连接在基座上，导轨上活动连接有移动块，直线位移传感器连接于移动块；移动块上连接有测杆，测杆的下端具有用于往复触水的测针；直线位移传感器电性连接有用于控制移动块移动且通过读取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。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，直线位移传感器也上下直线移动，控制主板通过读取直线位移传感器的相对位移量，则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，这样，则不需要进行转换计算，则可以直接获取到水位的数值，大大提高测量的精度。
【IPC分类】G01F23/00
【公开号】CN204944604
【申请号】CN201520311728
【发明人】林俊, 王磊, 陈若舟, 邢方亮, 罗朝林
【申请人】珠江水利委员会珠江水利科学研究院
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年5月14日