一种超声波水位测距装置的制作方法

1.本发明涉及一种超声波水位测距装置，具体涉及一种适用于测量建筑物内集水井或地下水水位的超声波水位测距装置。


背景技术：

2.目前常用的水位测量存在两种方式，一种方式是采用浮子继电器或浮子带动电位器等输出电信号的方式，存在因机械及电气损耗引起的测量误差。另一种方式是利用超声波的反射进行水位测量。
3.超声波的反射原理是与光的反射原理一致，超声波从一个介质传播到另一个介质时，两者之间的界面上会发生反射。根据声波传播原理，声波传播过程只是能量的传递过程，而不发生质量的传递。如果反射界面受到的外界扰动量比较小，则声波的传递满足经典的波动方程，是线性波。如果反射界面受到的外界扰动很大，则不满足线性的声波方程，会出现波的色散和产生激波，从而引起测量误差甚至导致无效测量。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种超声波水位测距装置。
5.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种超声波水位测距装置，包括超声波测距模块安装板、超声波测距模块以及砼底板，超声波测距模块安装板和砼底板之间设有导向绳索，超声波测距模块安装于超声波测距模块安装板的底部，导向绳索上设有能够上下浮动的与所述超声波测距模块适配的反射板。
6.本实用新型通过导向绳索限制反射板的水平漂移和倾斜，减少外界扰动对超声波水位测量的影响。当水位变化时，反射板沿导向绳索上下浮动。
7.可选的，反射板上设有与所述导向绳索对应的导引通孔，导引通孔内设有导向管，所述导向管与导引通孔连接且与反射板呈垂直设置。
8.与反射板呈垂直设置的导向管以一定的长度套设在导向绳索的外侧，有助于使反射板始终处于水平位置，避免反射板水平漂移或者倾斜。
9.可选的，导向管的两端与反射板表面之间的距离均大于等于4cm。
10.导向管的两端高出反射板的表面，可以阻止水面杂质堵塞导向管的内孔，从而保证反射板能随水位变化沿导向绳索浮动。
11.可选的，导向绳索上设置有用于调节导向绳索松紧度的花兰螺丝。
12.通过旋转花兰螺丝能够调节导向绳索的松紧度，使导向绳索保持张紧状态。
13.可选的，导向绳索通过挂钩式膨胀螺栓与砼底板连接。
14.可选的，反射板为圆盘状结构。
15.可选的，反射板为叠层结构，包括基板层和层叠于基板层上方的环氧树脂板层；基板层的材料为闭孔型聚苯乙烯泡沫。
16.反射板的材料选取上采用轻质设计，从而使反射板能漂浮在水面。
17.可选的，超声波测距模块为jy-dam500超声波测距模块。
18.可选的，导引通孔的数量为一个，导引通孔位于反射板的圆心处。
19.在地下水水位测量时，由于水面扰动较小，通过一根导引绳索就可以限制反射盘的水平漂移和倾斜。
20.可选的，导引通孔的数量为三个以上，导引通孔沿反射板的圆周方向呈均匀分布。
21.在集水井排水过程中进行水位测量时，由于水面扰动较大，可以选择三个以上的导引绳索对反射盘的水平漂移和倾斜进行限制。导引通孔沿反射板的圆周方向呈均匀分布，使导引管的重量均匀分布反射板上，从而保证反射板的平面呈水平设置。
22.有益效果：
23.(1)本实用新型提供了一种超声波水位测距装置，适用于测量建筑物内集水井或地下水水位的测量，该装置能够克服外界扰动对超声波测距的测量影响，减少测量误差；
24.(2)与以往水位测量普遍采用浮子继电器或浮子带动电位器等输出电信号方式相比，本实用新型利用超声波测距原理测量水位，超声波测距模块与反射板之间相互独立，无机械和电气联系，降低了装置整体的机械故障率，减少了因机械及电气损耗引起的测量误差，增大了设备的使用寿命；
25.(3)本实用新型提供了一种超声波水位测距装置，结构简单合理，有助于节省成本。
附图说明
26.下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
27.图1为本实用新型的实施例1的一种超声波水位测距装置的整体结构示意图；
28.图2为图1所示的一种超声波水位测距装置的a-a视角剖视图；
29.图3为图1所示的一种超声波水位测距装置的超声波测距模块安装板的仰视示意图；
30.图4为图1所示的一种超声波水位测距装置的超声波测距模块安装板的俯视示意图；
31.图5为本实用新型的实施例2的一种超声波水位测距装置在观测水井内的安装示意图；
32.图6为图5所示的一种超声波水位测距装置的b-b视角剖视图。
具体实施方式
33.下面结合附图对本实用新型进行详细描述。
34.本实用新型的附图标记如下所示：超声波测距模块1，反射板2、导引通孔3、基板层4、环氧树脂板层5、混合漆层6，超声波测距模块安装板7、砼底板8、收发窗口9、导向绳索10、导向管11、花兰螺丝12、挂钩式膨胀螺栓13、卡扣14、吊点15、垂线点16、启动水位线17、停止水位线18、观测水井19、预制砼管20。
35.实施例1
36.在本实施例中，本实用新型提供的一种超声波水位测距装置适用于测量集水井排水过程中的水位。图1给出了本实用新型的实施例1的一种超声波水位测距装置的整体结构示意图。图2给出了图1所示的一种超声波水位测距装置的a-a视角剖视图。
37.图3给出了图1所示的一种超声波水位测距装置的超声波测距模块安装板的仰视视示意图。图4给出了图1所示的一种超声波水位测距装置的超声波测距模块安装板的俯视视示意图。
38.在本实施例中，如图3和图4所示，超声波测距模块1通过螺丝固定在2mm
×
140mm
×
360mm的超声波测距模块安装板7的底部，超声波测距模块安装板7的顶部通过卡扣14和螺丝固定在集水井观察孔的栅栏(图中未示出)上。
39.为了能够获得准确的超声测距数据，反射板2应设置于超声波测距模块1下方，超声波测距模块1的收发窗口9对准反射板2中央，垂直偏差小于10
°
。此外，为了降低水面扰动量、提高超声波的反射效率，反射板2应该采用轻质圆盘设计以便能漂浮在水面之上，表面覆盖有反射涂层，圆盘直径大于其周边普通水浪的波长。在本实施例中，如图1所示，反射板2为直径22.5cm的圆盘层叠结构，依次层叠有基板层4、环氧树脂板层5以及混合漆层6。优选的，基板层4的材料为闭孔型聚苯乙烯泡沫，厚度为30mm。闭孔型聚苯乙烯泡沫基板层4敷以2mm环氧树脂板粘合，环氧树脂板层5表面经打毛除理后被均匀涂制混合漆，形成一层厚1.5mm的混合漆层6。优选的，该混合漆以酯胶清漆为基础，加入20％的二氧化硅均匀搅拌制成。二氧化硅具有良好的声阻抗性能、低密度、适合水面工况、与疏水性材料结合、工艺简单、成本较低的优点。
40.由于集水井排水过程中水位变化较快，为了避免快速变化的液面使反射板2发生水平位移或者倾斜即减小外界扰动，如图1所示，本装置通过三根导向绳索10穿过反射板2使其只能沿竖直方向浮动，从而使反射板2始终正对超声波测距模块1的收发窗口9。
41.在本实施例中，如图2所示，反射板2的表面开设有三个直径为φ5mm的导引通孔3，三个导引通孔3沿反射板2的圆周方向呈均匀分布，导引通孔3之间相距150mm。导向绳索10的一端与超声波测距模块安装板7的底面连接，导向绳索10的另一端穿过导引通孔3与砼底板8连接，并且三个导向绳索10均呈竖直设置。
42.导向绳索10的安装过程如下：首先在超声波测距模块安装板7上设置与反射板2上导引通孔3位置对应的吊点15，从吊点15处悬挂铅锤分别确定集水井底部的砼底板8上的垂线点16，并在垂线点16处安装直径8mm的挂钩式膨胀螺栓13，在挂钩式膨胀螺栓13安装过程保证吊点15与挂钩式膨胀螺栓13之间的垂直偏差小于10
°
。其中，集水井底部的砼底板8通过混凝土浇筑成型的。导向绳索10应选用高强度钢丝，优选为直径0.5mm不锈钢钢丝绳。最后再将导向绳索10的两端分别与吊点15和挂钩式膨胀螺栓13连接。
43.在本实施例中，如图1所示，导向绳索10靠近吊点15的上部设置有用于调节导向绳索10松紧度的花兰螺丝12，通过旋转花兰螺丝12能够调节导向绳索10的松紧度，使导向绳索10保持张紧状态。
44.在本实施例中，如图1所示，本装置还包括三根套设在导向绳索10外部的铜制的导向管11，导向管11呈中空管状，内径为φ4mm。导向管11的外径与导向通孔适配。导向管11通过粘合剂固定在导引通孔3处且与反射板2的表面垂直设置。导向绳索10与导向管11间隙配合，以便导向绳索10能在导向管11内滑动。导向管11的一端穿过导引通孔3并延伸至反射板
2下方，并且导向管11的两端均高出反射板2表面4cm，一方面，有助于使反射板2始终处于水平位置，避免反射板2水平漂移或者倾斜，另一方面，可以阻止水面杂质堵塞导向管11的内孔，从而保证反射板2能随水位变化沿导向绳索10浮动。
45.在本实施例中，超声波测距模块1采用市售的由北京聚英翱翔电子有限公司出品的jy-dam500超声波测距模块1。jy-dam500超声波测距模块1的主要技术参数如下所示，有效测量距离3～450cm，测量精度1cm，感应角度≤30
°
，分辨率为5mm，采样频率为10hz，数据接口为rs485，重量160g。jy-dam500超声波测距模块1符合rs-485协议串行通讯标准，通用性好，易与plc、计算机等设备建立通信连接，以实现远程监控和操作。反射板2的垂直运动反映了被测水位的实际变化量。在本实施例中，超声波测距模块1能够通过rs485接口与plc s7-200建立通信连接，利用plc s7-200的运算功能，输出相应的变化量数值或者按照预设值控制继电器动作，达到自动化运行的要求。plc s7-200与上位机建立通信连接，plc s7-200根据上位机的指示及时把这种变化量以串行通讯方式传送出去，供上位机读取并作出判断。
46.为了配合自动控制和检测，人为设置启动水位线17和停止水位线18。在本实施例中，在建筑物内集水井里按照井中安全水位线原则，制定自动排水泵的启动水位线17和停止水位线18。
47.实施例2
48.本装置也适用于地下水位的观测，能够直观地反应某一平面地下水的变化情况。图5给出了本实用新型的实施例2的一种超声波水位测距装置在观测水井内的安装示意图。图6给出了图5所示的一种超声波水位测距装置的b-b视角剖视图。其中与实施例1相同或者相应的零部件采用与实施例1相应的附图标记。为了简便起见，下文仅描述实施例2与实施例1的区别点。
49.在现有技术中，为了观测地下水，观测者通常会在观测点修建直径大于40cm的观测水井19，观测水井19底部浇筑有砼底板8。为了加固观测水井，观测水井底部设置有预制砼管20，预制砼管20的外壁设置有便于地下水自由流通的通孔，从而使预制砼管20内的水位与地下水水位一致。
50.在本实施例中，超声波测距模块安装板7安装于预制砼管20的上方。与集水井排水过程中水位快速变化的情况不同，地下水位的变化缓慢。因此，在本实施例中，如图5和图6所示，本装置仅采用一根导向绳索10索穿过反射板2，用于阻止反射板2发生水平漂移。垂直连接于反射板2的导向管11使反射板2始终处于水平位置，避免反射板2水平漂移或者倾斜，同时阻止水面杂质堵塞导向管11的内孔，从而保证反射板2能随水位变化沿导向绳索10浮动。在本实施例中，启动水位线17和停止水位线18的数值依据当地常年水位变化制定。
51.本发明提供了一种超声波水位测距装置的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。