水位检测方法和装置与流程

本发明属于水位检测技术领域，具体地说，是涉及一种水位检测方法和装置。

背景技术：

例如商用太阳能热水器等设备的水箱内水位的检测，常用于水箱安装的高度较高或水箱封闭等因素而存在水位测量困难的问题。当用户无法准确获知水箱内水位的高度和存水状态时，会导致水箱内的水不够用或出现干烧状况，这样不仅用户体验不好，也会在干烧状况出现时造成水箱的损坏。

为了能够获知水箱内水位的状况，现有技术中的一种解决方案是，在水箱内增加一个干簧管，也即，在水箱内放置一根竖直的pcb管子，然后在管子上面套一个浮子，当水箱内水位上升或者下降时，浮子相对pcb管子的位置也会随之改变，当浮子与pcb管子之间是通过磁感应来联系后，pcb管子就能够根据浮子的变化能够获知水位的高度变化，然后通过将高度信息发送给主控板供参考、提醒或报警等。

这种水位测量方式存在的缺点是：由于pcb管子置于水箱中，为避免水加热后的高温对测量结果造成影响，pcb管子一般需采用硬质陶瓷材料，这使得水位检测对材质的要求较高，而且给水箱的运输和安装过程造成不便。

技术实现要素：

本申请提供了一种水位检测方法和装置，解决现有的对水箱内水位检测技术中对检测材质要求高技术问题。

为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案予以实现：

提出一种水位检测方法，包括：获取感应线圈电路中产生的感应电动势；所述感应电动势为所述感应线圈电路检测置于水箱内的磁性浮球产生的磁感应线产生的；基于所述感应电动势判断水箱内水位的高度；其中，所述磁性浮球随所述水箱内水位浮动，在所述水箱水位变化而改变高度时，使得通过所述感应线圈电路的磁通量发生变化，在所述感应线圈电路中产生所述感应电动势。

进一步的，在获取感应线圈电路中产生的感应电动势之后，所述方法还包括：基于所述感应电动势为所述感应线圈电路的磁感应强度、感应线圈宽度和所述磁性浮球随水位浮动的浮动速度的乘积的关系，得到所述磁性浮球的浮动速度v；则基于所述感应电动势判断水箱内水位的高度，具体为：基于得到所述水箱内水位的高度；其中，t为时间。

进一步的，在获取感应线圈电路中产生的感应电动势之后，所述方法还包括：基于所述感应电动势与磁通量变化率的关系得到通过所述感应线圈电路的磁通量变化率；则基于所述感应电动势判断水箱内水位的高度，具体为：查询磁通量变化率与水位高度关系表，得到所述水箱内水位的高度。

进一步的，在获取感应线圈电路中产生的感应电动势之后，所述方法还包括：基于所述磁通量的变化判断在所述感应线圈电路中产生的磁感应电流的方向；基于所述磁感应电流的方向判断所述磁性浮球的浮动方向；基于所述浮动方向判断所述水箱内水位的变化方向。

进一步的，在判断所述水箱内水位的变化方向之后，所述方法还包括：基于所述水箱内水位的高度和所述水箱内水位的变化方向，判断所述水箱内的水位是否达到警戒值；其中，所述警戒值包括低位警戒值和高位警戒值；若是，发出水位警戒报警信息。

提出一种水位检测装置，包括水箱、感应线圈电路、磁性浮球和水位检测模块；所述磁性浮球置于所述水箱内并随所述水箱内的水位浮动，用于产生磁感应线；所述感应线圈电路置于所述水箱壁外侧，用于检测所述磁性浮球产生的磁感应线，在所述磁性浮球随水位变化改变高度时，基于通过的磁通量的变化产生感应电动势；所述水位检测模块，用于获取并基于所述感应电动势判断所述水箱内水位的高度。

进一步的，所述水位检测模块包括电流计、感应电动势计算单元、磁性浮球运动速度计算单元和水位高度计算单元；所述电流计，用于检测所述感应线圈电路中产生的感应电流的检测值i；所述感应电动势计算单元，用于基于e=ir计算所述感应电动势；其中r为所述感应线圈电路的等效电阻；所述磁性浮球运动速度计算单元，用于基于所述感应电动势为所述感应线圈电路的磁感应强度、感应线圈宽度和所述磁性浮球随水位浮动的浮动速度的乘积的关系，得到所述磁性浮球的浮动速度v；所述水位高度计算单元，用于基于得到所述水箱内水位的高度；其中，t为时间。

进一步的，所述水位检测模块还包括磁通量变化率计算单元、磁通量变化率与水位高度关系表、存储单元和水位高度确定单元；所述存储单元用于存储所述磁通量变化率与水位高度关系表；所述磁通量变化率计算单元，用于基于所述感应电动势与磁通量变化率的关系得到通过所述感应线圈电路的磁通量变化率；所述水位高度确定单元，用于查询所述磁通量变化率与水位高度关系表，得到所述水箱内水位的高度。

进一步的，所述装置还包括磁感应电流方向确定模块和磁性浮球浮动方向确定模块；所述磁感应电流方向确定模块，用于基于所述磁通量的变化判断在所述感应线圈电路中产生的磁感应电流的方向；所述磁性浮球浮动方向确定模块，用于基于所述磁感应电流的方向判断所述磁性浮球的浮动方向；以及基于所述浮动方向判断所述水箱内水位的变化方向。

进一步的，所述装置还包括水位警戒判断模块和报警模块；所述水位警戒判断模块，用于从所述水位检测模块和所述磁性浮球浮动方向确定模块获取所述水箱内水位的高度和所述水箱内水位的变化方向，并基于所述水箱内水位的高度和所述水箱内水位的变化方向，判断所述水箱内的水位是否达到警戒值；其中，所述警戒值包括低位警戒值和高位警戒值；若是，所述报警模块发出水位警戒报警信息。

与现有技术相比，本申请的优点和积极效果是：本申请提出的水位检测方法和装置中，在水箱内部放置一个磁性浮球，该磁性浮球浮在水面上产生磁感应线，而在水箱壁外侧设置一个感应线圈电路用来感应该磁性浮球产生的磁感应线，在磁性浮球随水位上下浮动过程中，相对感应线圈的磁通量发生变化，从而在感应线圈电路中产生感应电流，根据感应电流能够得知感应电动势，而根据感应电动势的不同能够判断磁性浮球的高度，也就判断出了水箱内水位的高度；在判断水位高度时，通过磁通量变化可以判断感应线圈电路中的磁感应电流方向，磁感应电流方向不同代表水位上升或下降的方向不同，因此，能够根据磁感应电流方向判断水位是上升还是下降，再结合水位的高度，可以判断水箱内水位是下降到了警戒值还是上升到了警戒值，从而可以报警给用户，使得用户获知水箱内水位的状态，能够做到及时上水或者停止上水等。可见，本申请中提出的水位检测方法和装置，只需在水箱内放置一个磁性浮球，其他水位检测装置都安装在水箱外侧，实现不直接接触水箱中热水的情况下进行检测，降低了对检测装置材质要求，解决现有对水箱内水位检测技术中对检测材质要求高技术问题，并且，由于水位的实时变化能够根据感应线圈电路接收的磁通量的变化实时的反应出来，使得对水位高度的测量是一个连贯并准确的过程，提升了用户的体验。

结合附图阅读本申请实施方式的详细描述后，本申请的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1为本申请提出的水位检测装置的装置架构图；

图2为本申请提出的水位检测模块的架构图；

图3为本申请提出的又一水位检测装置的装置架构图；

图4为本申请提出的水位检测方法的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细地说明。

本申请提出一种水位检测装置，如图1所示，包括水箱11、感应线圈电路12、磁性浮球13和水位检测模块（图中未示出）；磁性浮球13置于水箱11内并随水箱内的水位浮动，用于产生磁感应线；感应线圈电路12置于水箱壁外侧，包括有感应线圈，用于检测磁性浮球13产生的磁感应线，在磁性浮球13随水位变化改变高度时，基于通过的磁通量的变化产生感应电动势；水位检测模块与感应线圈电路的输出连接，用于获取并基于感应电动势判断水箱内水位的高度。

如图2所示，上述水位检测模块包括电流计21、感应电动势计算单元22、磁性浮球运动速度计算单元23和水位高度计算单元24；电流计21用于检测感应线圈电路12中产生的感应电流的检测值i；感应电动势计算单元22用于基于e=ir计算感应电动势，其中r为感应线圈电路的等效电阻；磁性浮球运动速度计算单元23用于基于感应电动势e为感应线圈电路的磁感应强度b、感应线圈宽度l和磁性浮球随水位浮动的浮动速度v的乘积的关系，得到磁性浮球的浮动速度v，也即e=blv；水位高度计算单元24用于基于得到水箱内水位的高度，其中t为时间，为积分。

图1中所示的感应线圈电路中，感应线圈为等宽的矩形，其宽度为一个恒定值l，但本申请实施例不限定感应线圈的形状，感应线圈可以为不规则形状，例如如图3所示的梯形，此时线圈宽度l为一个实时变化的值，使得磁性浮球运动速度计算单元计算磁性浮球的浮动速度v存在难度，这种情况下可以采取磁通量的变化率来计算水位高度，因为宽度的实时变化，反应在磁通量的变化率上是不相同的，基于上述，该水位检测模块还包括磁通量变化率计算单元25、磁通量变化率与水位高度关系表26、存储单元27和水位高度确定单元28；该磁通量变化率与水位高度关系表26为根据实验测试事先获知的关系内容，存储于存储单元27中。磁通量变化率计算单元25用于基于感应电动势与磁通量变化率的关系e=dnφ/dt得到通过感应线圈电路的磁通量变化率；水位高度确定单元28则用于查询磁通量变化率与水位高度关系表，根据磁通量变化率计算单元25计算得到的磁通量变化率得到水箱内水位的高度。

本申请提出的水位检测装置还包括磁感应电流方向确定模块29和磁性浮球浮动方向确定模块30；二者用于在水位检测模块得到水箱内水位的高度时，确定磁性浮球的浮动方向，也即确定磁性浮球是上升还是下降，从而能够判断水箱内水位是增加还是减少。

具体的，磁感应电流方向确定模块29用于基于磁通量的变化判断在感应线圈电路中产生的磁感应电流的方向；磁性浮球浮动方向确定模块30则用于基于磁感应电流的方向判断磁性浮球的浮动方向；以及基于浮动方向判断水箱内水位的变化方向。

为使用户能够及时获知水位状况，本申请提出的水位检测装置还包括水位警戒判断模块31和报警模块32；水位警戒判断模块31用于从水位检测模块和磁性浮球浮动方向确定模块获取水箱内水位的高度和水箱内水位的变化方向，并基于水箱内水位的高度和水箱内水位的变化方向，判断水箱内的水位是否达到警戒值；其中，警戒值包括低位警戒值和高位警戒值；若是，报警模块32发出水位警戒报警信息。

基于上述提出的水位检测装置，本申请还提出一种水位检测方法。下面结合图1、图2和图3提出的水位检测装置，对水位检测方法做出详细说明。

本申请提出的水位检测方法，如图4所示，包括如下步骤：

步骤s:41：获取感应线圈电路中产生的感应电动势；其中，感应电动势为感应线圈电路检测置于水箱内的磁性浮球产生的磁感应线产生的。

如上所述，磁性浮球漂浮于水箱内的水面上，其产生的磁感应线穿过水箱壁外的感应线圈电路；磁性浮球的浮动变化能够反应水箱内水位的变化，在水箱内水位变化时，磁性浮球产生的磁感应线穿过相对水箱壁外的感应线圈的磁通量会发生变化，或者增加或者减少，磁通量的变化使得感应线圈电路中产生磁感应电流以及感应电动势。

步骤s42：基于感应电动势判断水箱内水位的高度。

如前所述，磁性浮球随水箱内水位浮动，在水箱水位变化而改变高度时，使得通过感应线圈电路的磁通量发生变化，在感应线圈电路中产生感应电动势，因此感应电动势的变化反应了水箱内水位高度的变化，在获知感应线圈电路中产生的感应电动势后即可确定水箱内的水位高度。

具体的，以图1所示的矩形感应线圈情况为例，在获取感应线圈电路中产生的感应电动势之后，基于感应电动势为感应线圈电路的磁感应强度b、感应线圈宽度l和磁性浮球随水位浮动的浮动速度v的乘积的关系e=blv，得到磁性浮球的浮动速度v；则基于感应电动势判断水箱内水位的高度，具体为：基于得到水箱内水位的高度；其中，t为时间，为积分。

或者，以图3所示的矩形感应线圈情况为例，在获取感应线圈电路中产生的感应电动势之后，基于感应电动势与磁通量变化率的关系e=dnφ/dt得到通过感应线圈电路的磁通量变化率；则基于感应电动势判断水箱内水位的高度，具体为：查询磁通量变化率与水位高度关系表，得到水箱内水位的高度；该磁通量变化率与水位高度关系表为根据实验测试事先获知的关系内容，存储于存储单元中以便查询使用。

在确定水箱内水位高度之后，本申请提出的水位检测方法进一步还可以获知水位的变化方向，也即，判断水位是上升还是下降。具体的在步骤s41之后，执行步骤s43：基于磁通量的变化关系判断在感应线圈电路中产生的磁感应电流的方向；步骤s44：基于磁感应电流的方向判断磁性浮球的浮动方向，并基于浮动方向判断水箱内水位的变化方向。关于磁性浮球的浮动方向判断，假设磁性浮球上升时候磁通量减少，则对应设定磁感应电流方向为正，而方磁性浮球下降时磁通量增加，则对应设定磁感应电流方向为负，因此只需要定义一个方向，通过磁感应电流的正负方向即可判断磁性浮球是上升还是下降，也即能判断出水箱内水位是上升还是下降。

在判断水箱内水位的变化方向之后，方法还包括：

步骤s45：基于水箱内水位的高度和水箱内水位的变化方向，判断水箱内的水位是否达到警戒值；其中，警戒值包括低位警戒值和高位警戒值；若是，

步骤s46：发出水位警戒报警信息。针对低位警戒值和高位警戒值，区分报警方式即可让用户了解到水箱内是应该上水还是停止上水，有效避免水箱干烧造成的损伤。

上述，本申请提出的水位检测方法和装置中，在水箱内部放置一个磁性浮球，该磁性浮球浮在水面上产生磁感应线，而在水箱壁外侧设置一个感应线圈电路用来感应该磁性浮球产生的磁感应线，在磁性浮球随水位上下浮动过程中，相对感应线圈的磁通量发生变化，从而在感应线圈电路中产生感应电流，根据感应电流能够得知感应电动势，而根据感应电动势的不同能够判断磁性浮球的高度，也就判断出了水箱内水位的高度；在判断水位高度时，通过磁通量变化可以判断感应线圈电路中的磁感应电流方向，磁感应电流方向不同代表水位上升或下降的方向不同，因此，能够根据磁感应电流方向判断水位是上升还是下降，再结合水位的高度，可以判断水箱内水位是下降到了警戒值还是上升到了警戒值，从而可以报警给用户，使得用户获知水箱内水位的状态，能够做到及时上水或者停止上水等。可见，本申请中提出的水位检测方法和装置，只需在水箱内放置一个磁性浮球，其他水位检测装置都安装在水箱外侧，实现不直接接触水箱中热水的情况下进行检测，降低了对检测装置材质要求，解决现有对水箱内水位检测技术中对检测材质要求高技术问题，并且，由于水位的实时变化能够根据感应线圈电路接收的磁通量的变化实时的反应出来，使得对水位高度的测量是一个连贯并准确的过程，提升了用户的体验。

应该指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。