专利名称：工业自动监测控制仪的制作方法
技术领域：
工业自动监测控制仪，涉及工厂、矿山生产自动化监测及工程地质、灾害地质、环境保护领域的多参数自动监测和控制。
现有利用硬件直接进行工业自动监测的仪器为中国专利号“87103007”，名称“全自动岩、土体位移监测的野外采样、编码及电台控制机”。
上述专利的缺点是只能与中心控制机配合使用，当需要采集数据时，要由中心控制机发出指令，才能采集数据，作A／D转换，二进制编码。按有线、无线方式送中心控制机处理数据，它自身没有独立处理数据、进行人机对话的功能。其次，原专利只能对0～5伏讯号进行测量，对普遍存在的弱讯号(例如工厂、矿山电表讯号一般只有0.3～0.5V)则不能进行数据采集和测试，不适宜用于工业自动测量。
第三个不足之处是，原专利温度漂移较大，随着一年四季温度变化，要多次到现场校正仪器，影响了该设备的普及推广。
第四个缺点是原专利提供的探头价格贵、测程小，而且只能进行相对测量。而大多数工程地质场合需要绝对变形测量(例如水坝的绝对沉降测量)，原专利是无能为力的。
第五个缺点是原专利只能进行监测，不能实施控制。
本实用新型的目的，在于克服上述不足，提供一种既能与中心机配合使用、又能直接与计算机接口、温度性能稳定、进行独立工作、自动控制开机、且测程范围大的工业自动监测控制仪。并且该工业自动监测控制仪能自动输出控制电位。
图1为本实用新型工业自动监测控制仪原理框图。
图2为图1中讯号放大器②电路原理图。
图3为图1中A／D转换器③电路原理图。
图4为图1中串行二进制转换电路④原理图。
图5为图1中计算机接口⑤电路原理图。
图6为图1中整机供电电子开关⑥电路原理图。
图7为图1中电源电路⑦原理图。
图8为图1中开机控制电路⑧原理图。
图9为图1中探头①结构图。
图10为图9中位移传感器结构图。
图11为探头安置示意图。
图12为图1中控制判别和控制输出电路10原理图。
以下结合附图详细说明本实用新型图1为本实用新型工业自动监测控制仪原理框图。包括探头①，探头布于测试点，各探头信号直接或经信号放大器②送入A／D转换器③，A／D转换器③把直流模拟信号变成二进制并行码，串行二进制转换电路④从A／D转换器上依次取样，并送入数据总线，变成二进制串行码，计算机接口电路⑤将串行码信号“1”、“0”、“ENTER”通过BG1、BG2光耦管分别送计算机。也可由无线电话机接口⑨把“1”、“0”、“ENTER”交流串行脉动码送无线电话机，发射到中心控制机，整机供电电子开关⑥由开机、控制、报警电路⑧控制，电源电路⑦担负全机的供电电源。对于需要进行工业自动控制的设备，当讯号小于或大于某一设定值时，控制判别电路将自动输出高位、实施控制。
下面分别叙述各部分结构及原理。
讯号放大器②见图2为完成极弱讯号的监测，本机增设了一只放大器，供弱讯号放大用，参见图2，包括集成块LM324、电阻R1、R2。
放大倍数取决于R1与R2的比值，探头信号输入接LM324的3，12脚；由1，14脚送集成块0809输入端A、B。
A／D转换器③见图3，包括集成块0809，三极管T4、T5，舌簧断电器J1、J2，稳压管D1。
现有技术的A／D转换器包括集成块0809，其基准电压为5V，其缺点是不能对小讯号进行转换，因而量程小，本实用新型加设了0.7V的基准电压，从而达到了测低电位的目的，拓宽了应用范围。电路原理如下0809的A、B、C的高低电位控制0809各探头轮流采样，当C为低位时，T5(9014B)启动舌簧继电器J2吸合，使REF(＋)为5V电位，对大讯号进行采样，当C为高位时，T4(9014A)导通，启动继电器J1吸合，REF(＋)为0.7V讯号，适于对小讯号采样，扩大了量程。
串行二进制转换电路④见图4，包括40106集成块、4051集成。在串行二进制转换电路中，对“1”编码频率为2900Hz，“0”编码频率为1070Hz，“ENTER”编码频率为1900Hz，集成块40106的(1)(6)(12)端接负温热敏电阻Rt(200Ω～510Ω)，仪器频率稳定性高于1％，不需经常到现场调试设备，提高了仪器稳定性。4051的各输入端按序与0809集成块各输出端一一相接，当6脚为0位时，将按照A、B、C规定的时序，采集0809输出二进制码讯号，并送到串行数据总线中输出。
计算机接口⑤见图5，包括集成块4081，光耦管GD1、GD2(4014三极管)，三极管T1、T2、T3。数据总线产生的串行二进制码讯号，其低位部分(0讯号)经三极管T3反相，变成高位，送入4081上组二与门的一个输入头13；高位部分(1讯号)，直接送入4081下组二与门的一个输入头1，同时时钟脉冲送入上述二个与门电路的另一个输入端2，13。当数据总线上“1”讯号到来时，从下组与门电路输出端3输出一个高位脉冲，经T1(9014)三极管去驱动光耦管GD2，经计算机接口在计算机上写入1；当数据总线上“0”讯号到来时，从上组与门电路输出端11，输出一个高位脉冲，经三极管T2驱动光耦管GD1工作，让计算机写入“0”，从而离开中心机，直接与计算机接口。
整机供电电子开关⑥见图6，包括集成块4017、三极管T5、光耦管GD3、GD4、GD5，当4017高位到时，三极管T6导通，各光耦管GD3、GD4、GD5导通，固态继电器使仪器电源、电台电源、收发电台转换均开始接通。
电源电路⑦见图7，包括变压器B、整流器ZL1、ZL2，滤波器LM117，7805，电容C1、C2、C3，电位器R。
现有技术只能向探头提供5V电源，且与仪器内部电源共地，不适宜电桥类探头使用。本实用新型增设了专门的探头电源其范围可以从2V到20V。整流器ZL1将交流电整流后送7805滤波输出5V直流电，供仪器用。整流器ZL2将交流电整流后经LM117、C1、C2滤波输出2～20V直流电，供探头用电，电位器R作调整输出电压用。
自动开机控制电路⑧见图8，包括集成块5369、4040二只、4075及K按键。
现有技术只能在中心控制机讯号触发下，才能启动，本实用新型除了在中心控制机触发时能工作处，还能自动定时开机、自动采集数据，数据采集完后自动关机。5369的①端输出40HZ／s的方波，根据需要，选择任一脚接通时间总线，并送至4075三或门电路的输入端3，当时间讯号高位到时，4075的6脚输出高位电位，开机电路向整机供电，仪器开始工作。
为增加工作的灵活性，便于工作人员调运数据，在4075(14)端头接入按键K，K另一端接时间总线。当需调运数据时，按下K键，4075集成块6脚输出一个高位脉冲迫使开机电路向整机供电，仪器开始自动工作。
控制判别和控制输出电路10见图12。包括LM324放大器构成的比较器K1、K2、K3、K4，分压电阻R1、R2，或门电路4073二只。调节R2电位器可控制基准比较电压V0大小。对于K1、K2比较器，当各探头输入讯号V1小于V01、V02时其输出VOUT1、VOUT2为低电位，当各探头输入讯号大于基准比较电压V01，V02时输出VOUT1，VOUT2为高电位，图12中Ⅰ端输出，该电位将启动中间继电器工作，迫使现场设备运转，(例如降温、降压、降液位、增加碱性水……等)直到探头输入的V1重新小于V0时，比较器输出电位反跳回零位，各现场设备停止运转，从而达到自动控制的目的。
对于K3、K4而言情况恰好相反，只有当输入讯号Vi小于比较电位V0时，比较器才输出高电位，图中②Ⅱ端输出，去驱动控制设备自动工作。
K1、K2、K3、K4比较器输出讯号，各选入一只二或门(4073)输入端。可构成窗口比较器，当输入电位Vi位于V01、V02基准电位之间时(V01＜V1＜V02)或门输出高电位，当V02＜V1或V01＞Vi时输出低电位，图中Ⅲ端输出。
上述三种情况，适合各种工业条件的控制要求，这是本实用新型的又一特点。
而现有技术不具备自动输出控制电位能力。
本实用新型中探头1见图9，包括上盖21，园柱体外壳22、浮子23、重锤24及位移传感器25。位移传感器结构见图10，包括后盖31、海绵32、外壳33、多圈或袖珍电位器34、前盖35、中轴36。
现有技术的探头采用大型精密线绕电位器，这种探头只能作到500mm测程，若要达到1m以上测程，则外壳做得很大，这不利于安装于测试现场，本实用新型采用了三圈精密电位器或微型电位器作探头中的位移传感器，测程扩大了三倍，达到1.5m测程，体积减小，价格降低。但该电位器存在机械强度低的缺点，为克服这一缺点，设置了一根粗大的中轴，图10中，中轴36较粗大，中轴36穿在前盖35的长孔中定位使中轴不能左右晃动，只能转动，承受外部浮子、转盘、重锤等全部力量，多圈电位器34的中心调节轴穿在中轴36的中孔中，只随着中轴36转动。当水管中水位上升，浮子23受浮力上升、重锤24下降，浮子线与重锤线带动位移传感器25转动，电位器的轴随着转动，电位器输出电位发生变化，即可测出水位的升降数值。
现有技术作变形监测，多监测两点之间的相对变形的沉降、隆起值，而实际工作常需测绝对变形值，本实用新型工业自动监测控制仪对探头的安置方法作了改进，使可以测大面积绝对沉降、隆起变形参数。
图11为本实用新型探头①安置示意图。在被监测地段沿等高线布置一系列的水位沉降探头，各探头用水管连通且不漏水，在被监测地段外围，被认为是稳定的地点(与各探头相同高度位置)安置一水盆，水盆用水管与各探头连通，水盆上置一水管笼头，常年向水盆中滴水，使水盆水始终保持一常规位置，这样，各位移监测探头内水位亦为一常规位置，当某地段发生沉降或隆起时，探头随之下沉或上升，但水位始终保持一常数，水位距传感器之间的距离发生变化，形成电位变化，从而可测出各点的绝对变化量。
权利要求1.工业自动监测控制仪，其特征包括探头①讯号放大器②，包括集成块LM324A/D转换器③，包括集成块0809、三极管T4(9014A)、T5(9014B)、继电器J1J2、稳压管D1串行二进制转换电路④，包括40106、4051集成块计算机接口⑤，包括集成块4081、光耦管GD1(4014三极管)、GD2(4014三极管)、三极管T1、T2、T3整机供电电子开关⑥，包括集成块4017、三极管T5、光耦管GD3、GD4、GD5电源电路⑦，包括变压器B、整流器ZL1、ZL2、滤波器(LM117)电容C1、C2、C3、滤波器7805。开机控制电路⑧，包括集成块5369、4040(2只)、4075及K键；电台接口⑨
2.根据权利要求1的工业自动监测控制仪，其特征为还包括控制判别和控制输出电路1，包括集成块LM324放大器作比较器K1、K2、K3、K4，分压电阻R1、R2或门电路4073(2只)。
3.根据权利要求1或2的工业自动监测控制仪，其特征为探头1包括上盖21、园柱体外壳22、浮子23、重锤24及位移传感器25，位移传感包括后盖31、海绵32、外壳33、多圈或袖珍电位器34、前盖35、中轴36。
专利摘要工业自动监测控制仪，包括探头①、讯号放大器②、A/D转换器③、串行二进制转换电路④、计算机接口⑤、整机供电电子开关⑥、电源电路⑦、开机控制电路⑧、电台接口⑨。既能与中心机配合使用，又能直接与计算机接口，进行独立测试，单独工作。能自动控制开机、测程大。广泛用于工厂、矿山生产自动化监测及工程地质、灾害地质、环境保护领域的多种参数自动监测和控制。
文档编号G01N27/00GK2178896SQ9323960
公开日1994年10月5日 申请日期1993年11月23日 优先权日1993年11月23日
发明者杨杰 申请人:杨杰