专利名称：高分辨率水位测量设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于水库、水电站水位的大量程、高分辨率测量设备。属于测量与控制技术领域。
背景技术：
水库、水电站的水位测量主要有浮子式、压力式、吹气式和超声波式水位测量等几种方法，对于100M量程和1mm分辨率的水位测量，目前压力式和超声波式难已做到，而吹气式价格又昂贵且安装不方便，采用绝对型旋转编码器的浮子式传感器其数据输出采用并行方式，当传输距离远、地形复杂时，传输电缆敷设成本高。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的缺陷，提出一种用于水库、水电站水位的大量程、高分辨率水位测量设备。它采用串行数据输出的浮子式水位传感器和水位采集处理单元，实现大量程、高分辨率的水位测量。本发明的技术解决方案其结构是它包括水位传感器和水位数据采集处理单元两部分组成，水位传感器通过其光电编码器中的EIA485接口经避雷器与水位采集处理单元中的EIA485接口相接。水位传感器其原理是浮子以稳定的吃水线漂浮在水面上，当水位变化时，浮子也随之上升或下降，同浮子连接的测绳带动挂轮作旋转运动，并通过精密变速机构转动光电编码器IFM的输入轴，从而输出与水位对应的串行数字编码，该串行数字编码的读取和输出受到水位数据采集处理单元的控制。本发明的优点采用了串行数据输出的光电式绝对型旋转编码器，传输电缆敷设成本低，水位采集处理单元电路设计采用组合、时序逻辑电路工作方式，电路调试方便、可靠性高。
图1是本发明的原理方框图。
图2是串行数据/并行数据转换部分电路原理图。
图3是数据同步读出时钟产生部分电路原理图。
图1中的1″是EIA485接口、2″是移位电路、3′是数据锁存电路、4″是格雷码/二进制编码转换电路、5″是振荡电路、6″是时序电路、7″是传感器时钟电路、8″是EIA485接口、9″是避雷器、10″是+12V电源、11″是IFM光电编码器、12″是由浮子、重锤、挂轮组成的传动机构。
具体实施例方式
对照附图1，高分辨率水位测量设备包括水位传感器和水位数据采集处理单元两部分组成，水位传感器通过其光电编码器11″中的EIA485接口经避雷9″与水位采集处理单元中的EIA485接口1″、8″相接。
水位传感器由浮子、重锤、挂轮、测绳和光电编码器(IFM)组成，光电编码器11″是光电式绝对型旋转编码器，水位传感器安装固定在测井井口上，将两端系有浮子和重锤的测绳置于挂轮槽中，浮子和重锤之间配重平衡。
水位数据采集处理单元由串行数据/并行数据转换部分和数据同步读出时钟产生部分组成，串行数据/并行数据转换部分包括EIA485接口1″、移位电路2″、数据锁存电路3″、格雷码/二进制编码转换电路4″，数据同步读出时钟产生部分包括振荡电路5′、时序电路6′、传感器时钟电路7″、EIA485接口8″，它们间的连接关系是水位传感器的数据经过光电编码器11″中的EIA485接口，通过避雷器9″输出至EIA485接口1″，经移位电路2″移位和数据锁存电路3″锁存后，送格雷码/二进制编码转换电路4″输出，输出的是二进制编码；数据同步读出时钟由振荡电路5″，它经时序电路6″及传感器时钟电路7″后，再通过EIA485接口8″输出至光电编码器IFM。
对照附图2、3，水位数据采集处理单元由与非门IC1(型号74LS00)、移位寄存器IC2～IC5(型号74LS163A)、与非门IC6(型号74LS00)、双稳态电路IC7(型号74LS123)、EIA485接口IC8(型号EIA485)、EIA485接口IC9(型号EIA485)、移位寄存器IC10～IC13(型号74LS164)、锁存器IC14～IC17(型号74LS373)、异或门IC18～IC24(型号MC4070)等器件组成。
光电编码器11″的串行数据输出端与EIA485接口IC9的管脚6、7对应连接，EIA485接口IC9的管脚1与移位寄存器IC10的管脚1对应连接，移位寄存器IC10～IC13的管脚3～6、10～13与锁存器IC14的管脚3、4、7、8、13、17、18对应连接。
锁存器IC14～IC16(型号74LS373)的管脚2、5、6、9、12、15、16、19与异或门IC18～IC19(型号MC4070)的管脚1、5、8、12对应连接；异或门IC18～IC22的管脚3、4、10、11为水位二进制编码输入端，水位二进制编码输出端依次标记为S1、S2～S24。
振荡器由与非门IC1、4M晶振、电阻R15、R2、和电容C01、C02、C1、C2 组成，其中的与非门IC1的管脚8与移位寄存器IC2～IC5(型号74LS163A)、移位寄存器IC10～IC13(型号74LS164)的CP端对应连接，移位寄存器IC2的QCC端与移位寄存器IC3的S2端对应连接，移位寄存器IC3的管脚14输出至与非门IC6的管脚1，移位寄存器IC4的管脚1与与非门IC6的管脚5对应连接，移位寄存器IC5的管脚14与与非门IC6的管脚10对应连接，与非门IC6的管脚3输出至EIA485接口IC8的管脚4，EIA485接口IC8的管脚6、7作为水位传感器的数据读取脉冲输出端，与水位传感器中光电编码器(IFM)11″的“时钟+”、“时钟-”端对应连接。双稳态电路IC7的管脚1、4分别与EIA485接口IC8的管脚1、锁存器IC16的管脚11对应连接。
高分辨率水位测量设备的主要技术性能①测量范围0～100M②读数精度1mm③光电编码器的输入轴启动力矩10克厘米④光电编码器的工作电流30mA-60mA⑤水位采集处理单元输出码型二进制⑥传输距离1.2KM(水位传感器至水位采集处理单元，串行有线)⑦电源传感器3～48VDC，水位数据采集处理单元220VAC/50Hz⑧工作环境传感器-20℃～+60℃，95％RH(+40℃时)，
权利要求
1.高分辨率水位测量设备，其特征是它包括水位传感器和水位数据采集处理单元两部分组成，水位传感器通过其光电编码器(11″)中的EIA485接口经避雷器(9″)与水位采集处理单元中的EIA485接口(1″)、(8″)相接。
2.根据权利要求1所述的高分辨率水位测量设备，其特征是安装固定在测井井口上的水位传感器由传动机构(12″)和光电编码器(11″)组成，传动机构(12″)由浮子、重锤、挂轮组成，浮子和重锤的测绳置于挂轮槽中，浮子和重锤之间配重平衡。
3.根据权利要求1所述的高分辨率水位测量设备，其特征是水位数据采集处理单元由串行数据/并行数据转换部分和数据同步读出时钟产生部分组成，串行数据/并行数据转换部分包括EIA485接口(1″)、移位电路(2″)、数据锁存电路(3″)、格雷码/二进制编码转换电路(4″)，数据同步读出时钟产生部分包括振荡电路(5″)、时序电路(6″)、传感器时钟电路(7″)、EIA485接口(8′)，它们间的连接关系是水位传感器的数据经过光电编码器(11″)中的EIA485接口后，经过避雷器(9″)输出至EIA485接口(1″)，经移位电路(2″)移位和数据锁存电路(3″)锁存后，送格雷码/二进制编码转换电路(4″)输出，输出的是二进制编码；数据同步读出时钟由振荡电路(5″)，它经时序电路(6″)及传感器时钟电路(7″)后，再通过EIA485接口(8″)输出至光电编码器(11″)，+12V电源(10″)向光电编码器(11″)提供+12V电源。
4.根据权利要求1所述的高分辨率水位测量设备，其特征是数据同步读出时钟产生部分由与非门(IC1)、移位寄存器(IC2～IC5)、与非门(IC6)、双稳态电路(IC7)、EIA485接口(IC8)等器件组成，串行数据/并行数据转换部分由EIA485接口(IC9)、移位寄存器(IC10～IC13)、锁存器(IC14～IC17)、异或门(IC18～IC24)组成，光电编码器(11″)的串行数据输出端与EIA485接口(IC9)的管脚(6、7)对应连接，EIA485接口(IC9)的管脚(1)与移位寄存器(IC10)的管脚(1)对应连接”，移位寄存器(IC10～IC13)的管脚(3～6、10～13)与锁存器(IC14)的管脚(3、4、7、8、13、17、18)对应连接，锁存器(IC14～IC16)的管脚(2、5、6、9、12、15、16、19)与异或门(IC18～IC19)的管脚(1、5、8、12)对应连接；异或门(IC18～IC22)的管脚(3、4、10、11)为水位二进制编码输入端，水位二进制编码输出端依次标记为(S1、S2～S24)，振荡器由与非门(IC1)、4M晶振、电阻(R15、R2)、和电容(C01、C02、C1、C2)组成，其中的与非门(IC1)的管脚(8)与移位寄存器(IC2～IC5)、移位寄存器(IC10～IC13)的(CP)端对应连接，移位寄存(IC2)的(QCC)端与移位寄存器(IC3)的(S2)端对应连接，移位寄存器(IC3)的管脚(14)输出至与非门(IC6)的管脚(1)，移位寄存器(IC4)的管脚(1)与与非门(IC6)的管脚(5)对应连接，移位寄存器(IC5)的管脚(14)与与非门(IC6)的管脚(10)对应连接，与非门(IC6)的管脚(3)输出至EIA485接口(IC8)的管脚(4)，EIA485接(IC8)的管脚(6、7)作为水位传感器的数据读取脉冲输出端，与水位传感器中光电编码器(11″)的“时钟+”、“时钟-”端对应连接，双稳态电路(IC7)的管脚(1、4)分别与EIA485接口(IC8)的管脚(1)、锁存器(IC16)的管脚(11)对应连接。
全文摘要
本发明涉及的是一种用于水库、水电站水位的大量程、高分辨率测量设备。它采用串行数据输出的浮子式水位传感器和水位采集处理单元，实现大量程、高分辨率的水位测量。本发明的技术解决方案其结构是它包括水位传感器和水位数据采集处理单元两部分组成，水位传感器通过其光电编码器中的EIA485接口经避雷器与水位采集处理单元中的EIA485接口相接。本发明的优点采用了串行数据输出的光电式绝对型旋转编码器，传输电缆敷设成本低，水位采集处理单元电路设计采用组合、时序逻辑电路工作方式，电路调试方便、可靠性高。
文档编号G01F23/30GK1560573SQ200410014118
公开日2005年1月5日 申请日期2004年2月23日 优先权日2004年2月23日
发明者徐立中, 宋景源 申请人:河海大学