專利名稱：一種非接觸式超聲波江河水位計的制作方法
技術領域：
一種非接觸式超聲波江河水位計技術領域[0001]本實用新型屬于水文、氣象行業的測量技術領域，涉及一種江河水位自動測量的 裝置，尤其涉及一種非接觸式超聲波水位測量裝置。
背景技術：
[0002]目前，已有的江河水位計主要用于連續測量江河水位，為江河水位的統計提供數 據支持，主要有浮子式、投入式、電子式等。此類水位計都是接觸式固定測量儀表，缺點是測 量精度不高、可靠性差，會出現浮子卡死不動或水垢和雜質堵塞傳感器導致較大誤差；由于 需要將傳感器投入被測水中，導致安裝和調試不便，使用中維護工作量大；長期受到水的侵 蝕，傳感器探頭壽命較大；測量范圍受限于傳感器頭和傳感器機盒間的信號線長度，安裝靈 活性差。發明內容[0003]本使用新型的目的在于針對現有技術中水位計測量方式存在的測量可靠性差、安 裝調試不變、不易維護、壽命短以及測量范圍具有局限性的問題，提供了一種非接觸式超聲 波江河水位計。它在測量水位時，與被測介質不接觸，特別適合粘稠、腐蝕性、渾濁等各種場 合，同時具有工作可靠、安裝簡便、使用周期長、無需市電供應、可在野外長期工作等優勢。[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型通過下述技術方案得以解決[0005]一種非接觸式超聲波江河水位計，包括水位檢測裝置和信號處理控制系統，水位 檢測裝置和信號處理控制系統連接，水位檢測裝置為超聲波換能器。因為水位檢測裝置為 超聲波換能器，不需要投入到被測的水中，所以其安裝調試非常方便，而且量程大，測量范 圍為O. 6-12m ;通過計算發出超聲波到接收到超聲波回波的時間差來計算超聲波換能器與 被測水面之間的距離，進而計算出被測江河的水位數據。[0006]作為優選，超聲波換能器內安裝有壓電陶瓷晶片。接收到的超聲波回波通過超聲 波換能器的壓電陶瓷晶片將機械震動變為電信號。[0007]作為優選，信號處理控制系統包括主控制器、脈沖升壓變壓器和比較器，主控制器 與脈沖升壓變壓器的輸入端連接，脈沖升壓變壓器的輸出端與超聲波換能器的信號輸入端 連接，超聲波換能器的信號輸出端與比較器的輸入端連接，比較器的輸出端與主控制器連 接，脈沖升壓變壓器為高頻脈沖升壓變壓器。主控制器發出脈寬調制信號，經過脈沖升壓變 壓器升壓，然后加載到超聲波換能器上，使加載的電壓達到超聲波換能器的工作電壓，在比 較器中將信號與對比信號進行比較，刪除較弱的信號，保留有用的信號，并將信號傳輸到主 控制器進行計算處理。[0008]作為優選，超聲波換能器和比較器之間還連接有限幅濾波器和運算放大器，超聲 波換能器的信號輸出端與限幅濾波器連接，限幅濾波器與運算放大器連接，運算放大器與 比較器的輸入端連接。經過超聲波換能器的壓電陶瓷晶片轉換的電信號經過限幅濾波器濾 除雜波和諧波，保留有效的回波信號，通過兩級放大器對信號進行放大，然后在比較電路中將信號與對比信號進行比較。[0009]作為優選，主控制器上外接有溫度傳感器。因為超聲波傳播速度受環境的溫度影 響較大，因此設置了溫度補償電路，主要由溫度傳感器構成。溫度補償電路的輸出端與主控 器連接，計算處理中通過溫度補償電路提供溫度補償數據，使測量精度得到提高。[0010]作為優選，主控制器上連接有蓄電池，蓄電池連接有太陽能儲能板。由于江河水位 測量一般都位于野外，遠離城區的環境中，通常接入市電也不方便。因此利用可反復充電的 蓄電池做電源，太陽能儲能板作為實時充電設備，對蓄電池進行充電。[0011]作為優選，主控制器上連接有RS232或RS485通信接口，主控制器通過RS232或 RS485通信接口與終端連接。主控制器將補償后的水位數據，經由其相應的協議數據封裝 后，通過RS232或RS485通信接口輸出協議數據，用戶通過終端的處理便可以方便快捷的獲 取當前水位值。[0012]本實用新型是一種非接觸式超聲波江河水位計，因為不需要將水位檢測裝置投入 到被測江河中，使得其免受江河水的腐蝕和侵蝕，提高了其使用壽命，也增強了其可靠性， 而且設置了溫度補償電路，計算處理中通過溫度補償電路提供溫度補償數據，使測量精度 得到提高。本實用新型在水文、氣象行業的測量技術領域中有良好的應用前景。
[0013]圖1為本實用新型所述的一種非接觸式超聲波江河水位計的結構示意圖。
具體實施方式
[0014]
以下結合附圖1與實施例對本實用新型作進一步詳細描述。實施例[0015]一種非接觸式超聲波江河水位計，如圖1所示，包括水位檢測裝置和信號處理控 制系統，水位檢測裝置和信號處理控制系統連接，水位檢測裝置為超聲波換能器I。超聲波 換能器I內安裝有壓電陶瓷晶片。[0016]信號處理控制系統包括主控制器3、脈沖升壓變壓器2和比較器7，主控制器3與 脈沖升壓變壓器2的輸入端連接，脈沖升壓變壓器2的輸出端與超聲波換能器I的信號輸 入端連接，超聲波換能器I的信號輸出端與比較器7的輸入端連接，比較器7的輸出端與主 控制器3連接，脈沖升壓變壓器2為高頻脈沖升壓變壓器。[0017]超聲波換能器I和比較器7之間還連接有限幅濾波器9和運算放大器8，超聲波換 能器I的信號輸出端與限幅濾波器9連接，限幅濾波器9與運算放大器8連接，運算放大器 8與比較器7的輸入端連接。[0018]主控制器3上外接有溫度傳感器5。[0019]主控制器3上連接有蓄電池6和RS232通信接口 4，蓄電池6連接有太陽能儲能 板，主控制器3通過RS232通信接口 4與終端連接。[0020]工作時，主控制器3發出脈寬調制信號，經過脈沖升壓變壓器2升壓，然后加載到 超聲波換能器上，使加載的電壓達到超聲波換能器的工作電壓，通過超聲波換能器I內的 壓電陶瓷晶片將電信號轉變為機械振動的超聲波，發射出去的超聲波碰到被測量的江河水表面發生反射，反射的回波傳輸到超聲波換能器I的壓電陶瓷晶片上被其吸收，并轉換成 電信號，通過限濾波電路9濾掉噪音以及諧波，保留有用信號。因為回波轉換后的電信號 非常微弱，因此要通過運算放大器8對回波電信號進行兩級放大，首先傳輸到前級放大電 路進行初步放大，然后傳輸到后級放大電路進行再次放大，放大后的信號傳輸到比較器7， 與對比電壓信號進行比較，比較當前信號與對比信號的幅度，濾除幅度小于對比信號的當 前信號，篩選出幅度大于對比信號的信號傳輸到主控制器3，通過主控制器3的相應算法運 算，得出水位數據。[0021]其中，由于超聲波的傳輸速度受環境溫度影響較大，因此在超聲波江河水位計中 設置了溫度補償電路，主要由溫度傳感器5構成。溫度補償電路的輸出端與主控制器3連 接，計算處理中通過溫度補償電路提供的溫度，計算溫度補償系數，對超聲波的聲速進行溫 度補償，使測量精度得到提高。[0022]主控制器3將補償后的水位數據，經由其相應的協議數據封裝后，通過RS232通信 接口 4輸出協議數據，用戶通過終端的處理便可以方便快捷的獲取當前水位值。[0023]由于江河水位測量一般都位于野外，遠離城區的環境中，通常接入市電也不方便。 因此利用可反復充電的蓄電池6做電源，太陽能儲能板作為實時充電設備，對蓄電池6進行 充電。[0024]總之，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型申請專利范圍所 作的均等變化與修飾，皆應屬本實用新型專利的涵蓋范圍。
權利要求1.一種非接觸式超聲波江河水位計，包括水位檢測裝置和信號處理控制系統，水位檢測裝置和信號處理控制系統連接，其特征在于水位檢測裝置為超聲波換能器(1)。
2.根據權利要求1所述的一種非接觸式超聲波江河水位計，其特征在于超聲波換能器(I)內安裝有壓電陶瓷晶片。
3.根據權利要求1所述的一種非接觸式超聲波江河水位計，其特征在于信號處理控制系統包括主控制器(3 )、脈沖升壓變壓器(2 )和比較器(7 )，主控制器(3 )與脈沖升壓變壓器(2)的輸入端連接，脈沖升壓變壓器(2)的輸出端與超聲波換能器(1)的信號輸入端連接，超聲波換能器(1)的信號輸出端與比較器(7)的輸入端連接，比較器(7)的輸出端與主控制器(3)連接，脈沖升壓變壓器(2)為高頻脈沖升壓變壓器。
4.根據權利要求3所述的一種非接觸式超聲波江河水位計，其特征在于超聲波換能器(I)和比較器(7)之間還連接有限幅濾波器(9)和運算放大器(8)，超聲波換能器(I)的信號輸出端與限幅濾波器(9)連接，限幅濾波器(9)與運算放大器(8)連接，運算放大器(8)與比較器(7)的輸入端連接。
5.根據權利要求3或4所述的一種非接觸式超聲波江河水位計，其特征在于主控制器(3 )上外接有溫度傳感器(5 )。
6.根據權利要求1所述的一種非接觸式超聲波江河水位計，其特征在于主控制器(3)上連接有蓄電池(6 )，蓄電池(6 )連接有太陽能儲能板。
7.根據權利要求1所述的一種非接觸式超聲波江河水位計，其特征在于主控制器(3)上連接有RS232或RS485通信接口( 4 )，主控制器(3 )通過RS232或RS485通信接口( 4 )與終端連接。
專利摘要本實用新型屬于水文、氣象行業的測量技術領域，涉及一種江河水位自動測量的裝置，尤其涉及一種非接觸式超聲波江河水位計，包括水位檢測裝置和信號處理控制系統，水位檢測裝置和信號處理控制系統連接，水位檢測裝置為超聲波換能器，超聲波換能器內安裝有壓電陶瓷晶片，信號處理控制系統包括主控制器、脈沖升壓變壓器和比較器，超聲波換能器和比較器之間還連接有限幅濾波器和運算放大器。本實用新型在測量水位時，與被測介質不接觸，特別適合粘稠、腐蝕性、渾濁等各種場合，同時具有工作可靠、安裝簡便、使用周期長、無需市電供應、可在野外長期工作等優勢，在水文、氣象行業的蒸發測量技術領域中將具有良好的應用前景。
文檔編號G01F23/296GK202885915SQ20122027838
公開日2013年4月17日 申請日期2012年6月14日 優先權日2012年6月14日
發明者錢克寵, 胡兆榮, 言薇, 許偉強, 陳廣, 何青 申請人:浙江省水文局