高精度水位儀的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及水位儀的技術領域，尤其涉及高精度水位儀。
【背景技術】
[0002] 水位儀是三工物理模型試驗中必備的測量儀器，按儀器感知水面的方式，可以分 為淹沒式、振動觸水式和非觸水式三種類型。
[0003] 非觸水式水位儀在性價比方面尚未滿足實用要求，淹沒式在實際操作，經常受各 種漂移的影響，其測量精度難以滿足要求，因此，目前普遍采用振動觸水式。
[0004] 采用振動觸水式的水位儀，必須用線位移一電量變換器，而旋轉角位移型變換器， 如同步電機或碼盤水位儀則必需一套高精度線一角位移機械轉換裝置如絲桿等，這樣，對 于水位儀而言，這樣的結構直接影響到水位儀水位轉換線性度、跟蹤速度、機械壽命和儀器 結構等方面的綜合指標，并且，對于水位儀而言，其測量水位變化的精度也較低，難以滿足 實際需求。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供高精度水位儀，旨在解決現有技術中的水位儀存在測量水 位變化精度低的問題。
[0006] 本發明是這樣實現的，高精度水位儀，包括基座、導軌以及直線位移傳感器，所述 導軌呈豎直狀連接在所述基座上，所述導軌上活動連接有沿所述導軌上下移動的移動塊， 所述直線位移傳感器連接于所述移動塊；所述移動塊上連接有朝下豎直延伸布置的測桿， 所述測桿的下端具有用于往復觸水的測針；所述直線位移傳感器電性連接有用于控制所述 移動塊移動且通過讀取所述直線位移傳感器相對位移數據進而實現水位測量的控制主板， 所述控制主板與所述測針電性連接。
[0007] 進一步的，所述水位儀包括豎桿，所述豎桿呈豎直狀連接在所述基座上，所述豎桿 的側壁上形成有標尺面；所述直線位移傳感器包括形成在所述標尺面上的標尺光柵以及讀 數頭，所述讀數頭連接于所述移動塊，且設于所述標尺面的前側，所述讀數頭包括紅外光電 元件、方波整形器以及指示光柵，所述指示光柵與所述標尺光柵相對布置，且兩者之間具有 間隙；所述讀數頭電性連接于所述控制主板，且所述控制主板通過讀取所述讀數頭的相對 位移數據進而實現水位測量。
[0008] 進一步的，所述標尺光柵及指示光柵中分別形成有零點窗。
[0009] 進一步的，所述控制主板中具有用于縮短所述測針入水反應時間的調頻及鎖相環 元件。
[0010] 進一步的，所述控制主板包括有觸水觸發器，所述觸水觸發器分別與所述測針及 控制主板電性連接。
[0011] 進一步的，所述豎桿的上端設有用于限制所述讀數頭朝向移動極限位置的上限位 開關，所述豎桿的下端設有用于限制所述讀數頭朝下移動極限位置的數字式下限位開關， 所述上限位開關及數字式下限位開關分別電性連接于所述控制主板。
[0012] 進一步的，所述導軌穿過所述移動塊，且所述高精度水位儀包括有用于對導向所 述移動塊的移動的導向結構。
[0013] 進一步的，所述導向結構包括導向塊以及設置在所述基座上的導向桿，所述導向 桿呈豎直布置，且所述導向桿中設有導向槽，所述導向槽沿所述導向桿的長度方向延伸布 置；所述移動塊的側邊朝外突出，形成所述導向塊，所述導向塊活動置于所述導向槽中。
[0014] 進一步的，所述高精度水位儀包括由所述控制元件控制運作的電機以及皮帶傳動 結構，所述皮帶傳動結構包括同步輪以及同步皮帶，所述電機的輸出軸連接于所述同步輪， 所述移動塊連接于所述同步皮帶。
[0015] 進一步的，所述測桿的上端連接于所述移動塊，所述測桿的下端朝下延伸布置，且 活動穿過所述基座，所述測針位于所述基座的下方。
[0016] 與現有技術相比，上述提供的水位儀中，通過控制主板控制移動塊上下移動，實現 測針的上下往復觸水，并且，移動塊的移動，帶動直線位移傳感器的上下直線移動，這樣，控 制主板通過讀取直線位移傳感器的相對位移量，則可以直接實現對水位的測量；由于控制 主板獲取的直線位移數據，而不是現有技術中的圓周轉動數據，這樣，則不需要進行轉換計 算，則可以直接獲取到水位的數值，大大提高測量的精度。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發明實施例提供的尚精度水位儀的主視不意圖一；
[0018] 圖2是本發明實施例提供的尚精度水位儀的主視不意圖_.；
[0019] 圖3是本發明實施例提供的直線位移傳感器輸出信號序列的示意圖；
[0020] 圖4是本發明實施例提供的高精度水位儀的電路控制示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[0022] 以下結合具體實施例對本發明的實現進行詳細的描述。
[0023] 參照圖1至圖4示，為本發明提供的較佳實施例。
[0024] 本實施例提供的高精度水位儀，用于測量河道的水位以及水位變化等。
[0025] 水位儀包括基座101、導軌105、控制主板104以及直線位移傳感器，其中，基座101 作為整個水位儀的支撐臺，導軌105連接在基座101上，呈豎直布置，導軌105的下端連接 在基座101上，上端朝上豎直延伸布置；在導軌105上連接有移動塊106,該移動塊106可 以沿著導軌105上下移動，直線位移傳感器連接在移動塊106上，這樣，隨著移動塊106沿 著導軌105上下移動，直線位移傳感器也可以上下移動。
[0026] 本實施例中，導軌105上的移動塊106還連接有測桿110,該測桿110呈豎直布置， 其上端連接在移動塊106上，下端朝下延伸布置，且在測桿110的下端形成有測針111，這 樣，當移動塊106沿著導軌105上下移動時，整個測桿也隨之上下移動，當測針111與水面 接觸時，控制主板104控制移動塊106朝上移動，當測針111脫離水面后，移動塊106則又 朝下移動，如此反復進行。
[0027] 上述的移動塊由控制主板控制上下移動，測桿的測針及直線位移傳感器也分別電 性連接于控制主板，控制主板通過檢測測針是否觸水，進而控制移動塊上下對應，并且，控 制主板通過讀取直線位移傳感器的相對位移量，進而實現對水位的測量。
[0028] 上述提供的水位儀中，通過控制主板控制移動塊上下移動，實現測針的上下往復 觸水，并且，移動塊的移動，帶動直線位移傳感器的上下直線移動，這樣，控制主板通過讀取 直線位移傳感器的相對位移量，則可以直接實現對水位的測量；由于控制主板獲取的直線 位移數據，而不是現有技術中的圓周轉動數據，這樣，則不需要進行轉換計算，則可以直接 獲取到水位的數值，大大提高測量的精度。
[0029] 本實施例中，水位儀包括還包括豎桿108,豎桿108連接在基座101上，且呈豎直狀 布置，這樣，豎桿108及導軌105相鄰平行布置，下端連接在基座101上，上端朝上豎直延伸 布置。
[0030] 直線位移傳感器包括標尺光柵109以及讀數頭107,其中，豎桿108的側壁上形成 有標尺面，該標尺面沿著豎桿108的長度方向延伸布置，標尺光柵109則形成在豎桿108 的標尺面上，且延著豎桿108的長度方向延伸布置，也就是沿著豎直方向延伸布置；讀數頭 107布置在豎桿108的標尺面的前側，其與控制主板104電性連接，且連接在移動塊106上， 隨著移動塊106的移動而上下移動，讀數頭107包括紅外光電元件、方波整形器以及指示光 柵，其中，指示光柵與標尺光柵109之間正對布置，且兩者之間存在間隙。
[0031] 另外，在標尺光柵109以及指示光柵中分別形成有零點窗，這樣，當兩個零點窗重 合時，將產生全量程范圍內唯一一個零點脈沖信號RI。
[0032] 本實施例中，當移動塊106沿著導軌105上下移動時，讀數頭107及測桿110也隨 之上下移動，當測針111與水面接觸時，控制主板104控制移動塊106朝上移動，當測針111 脫離水面后，移動塊106則又朝下移動，如此反復進行。
[0033] 根據幾何光學原理，光直線傳播的過程中，光在經過迭合的兩塊光柵時，如上述的 標尺光柵109以及指示光柵，遮光條紋或透光條紋的交點的連線組成一條透光的亮線，而 遮光條紋和透光條紋的交點的連線組成一條不透光的暗線，這些亮暗線被稱為莫爾條紋， 莫爾條紋信號的寬度和三角函數特性則通過柵線夾角來調整。
[0034] 以標尺光柵109軸向為X，垂直方向為y，則得莫爾條紋方程式：
[0041] 由上可見，標尺光柵109與指示光柵迭合時所形成的莫爾條紋是由條紋斜率為 tg ε、條紋間距為W的平行線簇所形成。
[0042] 當Θ角很小時，莫爾條紋大致與光柵柵線方向相垂直，并且W?d，即莫爾條紋間 距對光柵柵距有放大作用，這對直徑比柵距大得多的紅外光電元件十分有好處。
[0043] 當讀數頭107沿標尺光柵109軸線相對移動時，紅外光電元件產生Sin正弦和Cos 余弦信號，經方波整形器，輸出相位差為90°的A、B二路電脈沖方波信號序列。讀數頭107 相對標尺光柵109移動一個柵距，就輸出一個具有方向特征信號的方波脈沖，經過控制主 板104對脈沖信號的計算即可得出讀數頭107的相對位移量。在標尺光柵109和指示光柵 尺面上還各刻劃有一個零點窗，當兩窗完全重合時，將產生全量程范圍內唯一一個零點脈 沖信號RI。以RI作為坐標原點，則直線位移傳感器就成為一維坐標測量系統：
[0044] 讀數頭107坐標X =柵距dX Σ (土方波脈沖數）
[0045] 當讀數頭107沿正方向移動時，A方波脈沖超前B方波脈沖90°，當讀數頭107沿 反方向移動時，A方波脈沖落后B方波脈沖90°。采用一倍電子細分，即利用方波信號邊沿 觸發計數，可以在一個柵距內產生兩個觸發，將0. 02mm柵距的直線位移傳感器分辨率提高 到0. 01mm。以上說明了增量型光柵數字編碼器測量原理，用它直接測量水位變化既直觀又 合適。
[0046] 在實際操作中，當水位儀每次開機時，讀數頭107向上移動后，轉而向下移動。使 得標尺光柵109與指示光柵的零點窗重合，也就是尋找到零點RI后，水位儀即進入測針111 上下往復重復觸水的跟蹤工作方式，在測針111每次觸水的瞬間拾取水位值，也就是，控制 主板104通過對讀數頭107的輸出信號的計算，得到讀數頭107的上下移動的相對位移量， 進而得