一種絕對式水位計的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種絕對式水位計，包括：控制器、編碼器、防滑輪、調平支架、重錘、加熱浮子和測繩，其中，所述控制器設置在防水鋁殼內部，所述控制器與所述編碼器相連接，所述編碼器設置在所述調平支架上，所述防滑輪固定在所述編碼器的旋轉軸上，所述測繩掛設在所述防滑輪內部的防滑槽內，所述重錘與所述加熱浮子分別連接在所述測繩兩端。
【專利說明】
一種絕對式水位計
技術領域
[0001 ]本發明涉及水位測量領域，具體而言，涉及一種絕對式水位計。
【背景技術】
[0002]水位計是自動測定并記錄河流、湖泊和灌渠等水體的水位的儀器。按傳感器原理分絕對式、跟蹤式、壓力式和反射式等，其中，浮子水位計由于在水位變差大、浪涌嚴重等環境下，具有良好的測量精度和工作穩定性，被廣泛應用于水文站、水庫站、閘壩站、遙測站、水電站。目前市面上的浮子水位計大多采用增量式編碼器，由于增量式編碼器不具備斷電記憶功能，一旦斷電，需要工作人員到現場重新校對水位，無形的增加了現場人員的工作量。另外數據通訊通道單一也是普遍存在的問題，絕大多數水位計采用單個通道數據發送方式，一旦通訊線路出現故障，遠程控制則因水位數據更新不及時而做出錯誤判斷，造成巨大經濟損失，甚至造成生產安全事故，影響下游地區生產、生活安全。數據接口采用傳統通訊協議也是一個不可忽視的問題，現有的水位計采用的通訊接口一般為RS232、RS485、模擬量、音頻等傳統數據接口，這些接口均屬于早期產品，傳輸距離近、通訊速度慢、線路需要重復鋪設、無法快速組建網絡。綜上所述，目前的市場上的水位計產品，已無法滿足新形勢下的自動化測量要求。
【發明內容】
[0003]本發明提供一種絕對式水位計，用以克服現有技術中存在的至少一個問題。
[0004]為達到上述目的，本發明提供了一種絕對式水位計，包括:控制器、編碼器、防滑輪、調平支架、重錘、加熱浮子和測繩，其中:
[0005]所述控制器設置在防水鋁殼內部，所述控制器與所述編碼器相連接，所述編碼器設置在所述調平支架上，所述防滑輪固定在所述編碼器的旋轉軸上，所述測繩掛設在所述防滑輪內部的防滑槽內，所述重錘與所述加熱浮子分別連接在所述測繩兩端。
[0006]進一步地，所述控制器包括處理器、通信接口、編碼器接口、電源模塊以及顯示屏和鍵盤，其中，所述通信接口與所述處理器相連接，用于將數據發送至數據接收端;所述編碼器接口連接在所述處理器與編碼器之間；所述電源模塊與所述處理器相連接，用于為控制器提供穩定的電源;所述顯示屏和鍵盤與所述處理器相連接。
[0007]進一步地，所述通信接口包括以太網接口和/或RS-485接口。
[0008]進一步地，所述調平支架包括支架、調平螺絲和固定螺絲，所述調平螺絲設置在所述支架的底面，通過調節所述調平螺絲在所述支架底面的伸縮長度使所述支架底面處于水平狀態并固定所述支架，所述固定螺絲穿過所述調平螺絲頂部中心的孔洞將所述支架固定在安裝平面上。
[0009]進一步地，所述加熱浮子包括組合片、伴熱帶安裝支架、固定螺絲、伴熱帶以及加熱電纜，所述伴熱帶安裝支架為內部部分挖空的圓形結構，所述圓形結構保留有通過圓形的十字架，所述組合片設置在所述圓形結構上并通過固定螺絲固定，所述組合片及所述圓形結構的底面上設置有伴熱帶擺放槽，所述伴熱帶設置在所述伴熱帶擺放槽內并纏繞在所述組合片及所述圓形結構底面，所述加熱電纜與所述伴熱帶相連接。
[0010]本發明具有以下有益效果:
[0011]絕對式水位計的使用非常簡便。控制器帶有一個漢字液晶屏和一個六鍵鍵盤。用戶可以通過液晶屏和鍵盤輕松的對絕對式水位計的工作參數、測量參數和實時數據查看和修改。
[0012]編碼器選用德國MEYLE公司生產的絕對式多圈旋轉角度編碼器，型號為BAMS58，總圈數212(4096)，單圈精度360°/212(12位)。絕對式多圈旋轉角度編碼器，因其每一個位置絕對唯一、抗干擾能力強、無需掉電記憶，有效地解決了增量式編碼器斷電后，數據丟失的問題，數據的準確可靠性大大提高。
[0013]調平支架的原理是根據不共線的3點確定一個平面，而且是唯一的一個平面。由上圖可見，在調平支架的底面設置了3個調平螺絲，當該平面不處于水平狀態時，調節3點的螺絲伸出底面的長度即可調平。這種設計的好處是簡單，現場易操作，易實現，可固定。
[0014]加熱浮子的工作原理是利用伴熱帶的通電發熱的特性，在浮子底部纏繞一層伴熱帶，使用時接通電源即可。伴熱帶相較于其他加熱材料的好處是具有良好的防水性、可以自動限制加熱的溫度、可以任意裁剪長度、快速起動、溫度均勻、安裝簡便、維護簡單、長時間運行、運行及維護費用低、安全可靠、不污染環境、使用壽命長等特點。加熱浮子的主體材料采用高密度聚乙烯材料，該材料具有阻燃性、高強度、耐腐蝕、硬度和強度較高，適合長期在水中漂浮使用。同時，加熱浮子自重較重也解決了由水面波動造成的測量值頻繁變化的問題。
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1為本發明一個實施例的絕對式水位計示意圖；
[0017]圖2為本發明一個實施例的控制器模塊示意圖；
[0018]圖3為本發明一個實施例的調平支架底面俯視圖；
[0019]圖4為本發明一個實施例的調平支架底面側視圖；
[0020]圖5為本發明一個實施例的加熱浮子整體結構示意圖；
[0021 ]圖6為本發明一個實施例的加熱浮子側面剖面圖；
[0022]圖7為本發明一個實施例的伴熱帶保護支架俯視圖；
[0023]圖8為本發明一個實施例的用于絕對式水位計的防滑輪結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0025]圖1為本發明一個實施例的絕對式水位計示意圖；圖中，101為調平支架，102為防滑測繩，103為重錘，104為加熱浮子，105為加熱電纜，106為安裝井口，107為防滑輪;絕對式水位計為用于水位的實時測量、顯示以及傳輸的自動化儀器，包括控制器、編碼器、防滑輪、調平支架、重錘、加熱浮子、測繩和防水鋁殼。其中控制器安裝在防水鋁盒盒體內部;編碼器安裝在調平支架上;防滑輪固定在編碼器的旋轉軸上;重錘與加熱浮子連接在測繩兩端;測繩掛在防滑輪內部的防滑槽內。
[0026]以下分別對絕對式水位計的各組成部分進行詳細說明。
[0027](I)控制器
[0028]控制器完成絕對式水位計數據的讀取、處理和發送功能，是絕對式水位計的核心組成。圖2為本發明一個實施例的控制器模塊示意圖；如圖所示，控制器包含CPU201、編碼器接口 206、電源模塊205、顯示&鍵盤模塊203、以太網接口 202、RS485接口 204。上圖中編碼器接口用于讀取編碼器的數據。CPU選用意法半導體公司的STM32F107作為處理器。顯示&鍵盤模塊用于查看數據和工作狀態，鍵盤配合顯示屏可以修改控制器的相應參數。電源模塊為采集控制器提供電源。以太網接口使絕對式水位計具有網絡通訊能力，支持TCP和UDP協議。RS485接口用于RS485總線通訊。
[0029](2)防滑輪與測繩
[0030]圖8為本發明一個實施例的用于絕對式水位計的防滑輪結構示意圖。如圖所示，在絕對式水位計的測量繩I上等間隔的設有繩結2，在盤繩槽輪3的繩槽4內設有第一嚙合輪5和第二嚙合輪6，測量繩I位于盤繩槽輪3的上半圓周繩槽4內的繩結2夾在第一嚙合輪5和第二嚙合輪6之間。盤繩槽輪3在轉動過程中，測量繩I上的繩結2會很容易的經嚙合輪的外圓周而滑人第一嚙合輪5和第二嚙合輪6之間，所以測量繩I與盤繩槽輪3之間不會出現打滑現象;在測量繩I受外力或經長期使用而發生彈性變形時，繩結2還是會準確的夾在兩個嚙合輪之間。它不會影響水位計的正常工作，而且杜絕了測量繩I與盤繩槽輪3因打滑而產生的測量誤差。盤繩槽輪的繩槽內表面設置有不同規格的尖刺或突起，用以。
[0031 ]進一步地，盤繩槽輪由前側輪、后側輪、芯輪組成;芯輪夾在前側輪和后側輪之間，并由螺釘將它們連接在一起。
[0032]進一步地，盤繩槽輪的繩槽的寬度C分別與嚙合輪的前輪與后輪之間的間隙D相等，且大于測量繩的寬度E，并小于繩結的寬度F。
[0033](3)調平支架
[0034]調平支架作用是保證在設備使用時測繩垂直于水面，保證測量精度。圖3為本發明一個實施例的調平支架底面俯視圖，圖中301為支架，302為調平螺絲，303為編碼器安裝位置;圖4為本發明一個實施例的調平支架底面側視圖；調平支架包括支架、調平螺絲、固定螺絲。
[0035]調平螺絲的作用是調節螺絲在底面的伸縮長度使調平支架底面處于水平狀態并固定支架。調平螺絲使用M8不銹鋼六角螺絲，在頂部中心處垂直打通一個直徑是4mm的洞，使固定螺絲可以穿過調平螺絲，將支架固定在安裝平面上。調平螺絲使用M4不銹鋼自攻螺絲。
[0036](4)加熱浮子
[0037]圖5為本發明一個實施例的加熱浮子整體結構示意圖；圖6為本發明一個實施例的加熱浮子側面剖面圖；圖7為本發明一個實施例的伴熱帶保護支架俯視圖，圖中，601為固定螺絲，602為組合片，603為伴熱帶擺放槽，604為伴熱帶安裝支架，伴熱帶保護支架。加熱浮子的作用是在冬季水面結冰時，使浮子周圍的水不結冰，保證浮子可以跟隨水位的變化而上下移動。如圖所示，加熱浮子由組合片、伴熱帶安裝支架、特制固定螺絲、伴熱帶以及加熱電纜組成。
[0038]以下結合圖1-圖7詳細說明本發明的工作原理及優點:
[0039]絕對式水位計是針對水位遙測站、水庫及水電站上、下游水位監測而設計開發的新型產品，實現水位的實時測量、數據現場顯示、所測得的水位數據以數字量水位數據形式發送，發送方式采用雙通道方式(以太網和RS485)發送，兩路通道互為備用。測量原理為“浮子” + “配重”方式。“浮子” + “配重”為傳統的水位測量原理，絕對式水位計不僅采用了這種傳統的測量方式，還選用了目前最先進的絕對式編碼器以及防滑、防跳動設計技術，實現了傳統方式與現代科學技術的完美結合。其特點是結構簡單，安裝使用方便，水位數據數字量雙通道輸出，便于組網和與其它外設相連接。由于安裝地點的條件限制(野外、高寒)，所有元器件的均采用工業級溫度標準(-40 °(:?85°(:)，盒體防水等級1?65以上，更適合野外長期工作。
[0040]絕對式水位計控制器的CPU選用意法半導體公司的STM32F107作為處理器。STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M3內核。STM32F107屬于互聯型CPU，所以絕對式水位計擁有一個RS485總線接口和一個以太網接口。控制器最大的優點是雙通道數據發送，即以太網和RS485通道同時發送數據，并互為備用，保證數據接收端接收數據的可靠性。以太網接口更為拓展和組網應用提供了便利，若現場已鋪設以太網，只需將絕對式水位計接入網絡即可，在沒有以太網的地點，可以就近連接已有的以太網，減少了鋪設通訊線路的工作量，極大的方便日后增減設備。
[0041]絕對式水位計的使用非常簡便。控制器帶有一個漢字液晶屏和一個六鍵鍵盤。用戶可以通過液晶屏和鍵盤輕松的對絕對式水位計的工作參數、測量參數和實時數據查看和修改。
[0042 ] 編碼器選用德國MEYLE公司生產的絕對式多圈旋轉角度編碼器，型號為BAMS58，總圈數212(4096)，單圈精度360°/212(12位)。絕對式多圈旋轉角度編碼器，因其每一個位置絕對唯一、抗干擾能力強、無需掉電記憶，有效地解決了增量式編碼器斷電后，數據丟失的問題，數據的準確可靠性大大提高。
[0043]調平支架的原理是根據不共線的3點確定一個平面，而且是唯一的一個平面。由上圖可見，在調平支架的底面設置了3個調平螺絲，當該平面不處于水平狀態時，調節3點的螺絲伸出底面的長度即可調平。這種設計的好處是簡單，現場易操作，易實現，可固定。
[0044]加熱浮子的工作原理是利用伴熱帶的通電發熱的特性，在浮子底部纏繞一層伴熱帶，使用時接通電源即可。伴熱帶相較于其他加熱材料的好處是具有良好的防水性、可以自動限制加熱的溫度、可以任意裁剪長度、快速起動、溫度均勻、安裝簡便、維護簡單、長時間運行、運行及維護費用低、安全可靠、不污染環境、使用壽命長等特點。加熱浮子的主體材料采用高密度聚乙烯材料，該材料具有阻燃性、高強度、耐腐蝕、硬度和強度較高，適合長期在水中漂浮使用。同時，加熱浮子自重較重也解決了由水面波動造成的測量值頻繁變化的問題。
[0045]本領域普通技術人員可以理解:附圖只是一個實施例的示意圖，附圖中的模塊或流程并不一定是實施本發明所必須的。
[0046]本領域普通技術人員可以理解:實施例中的裝置中的模塊可以按照實施例描述分布于實施例的裝置中，也可以進行相應變化位于不同于本實施例的一個或多個裝置中。上述實施例的模塊可以合并為一個模塊，也可以進一步拆分成多個子模塊。
[0047]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換;而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1.一種絕對式水位計，其特征在于，包括:控制器、編碼器、防滑輪、調平支架、重錘、加熱浮子和測繩，其中: 所述控制器設置在防水鋁殼內部，所述控制器與所述編碼器相連接，所述編碼器設置在所述調平支架上，所述防滑輪固定在所述編碼器的旋轉軸上，所述測繩掛設在所述防滑輪內部的防滑槽內，所述重錘與所述加熱浮子分別連接在所述測繩兩端。2.根據權利要求1所述的絕對式水位計，其特征在于，所述控制器包括處理器、通信接口、編碼器接口、電源模塊以及顯示屏和鍵盤，其中，所述通信接口與所述處理器相連接，用于將數據發送至數據接收端;所述編碼器接口連接在所述處理器與編碼器之間；所述電源模塊與所述處理器相連接，用于為控制器提供穩定的電源;所述顯示屏和鍵盤與所述處理器相連接。3.根據權利要求2所述的絕對式水位計，其特征在于，所述通信接口包括以太網接口和/或RS-485接口。4.根據權利要求1所述的絕對式水位計，其特征在于，所述調平支架包括支架、調平螺絲和固定螺絲，所述調平螺絲設置在所述支架的底面，通過調節所述調平螺絲在所述支架底面的伸縮長度使所述支架底面處于水平狀態并固定所述支架，所述固定螺絲穿過所述調平螺絲頂部中心的孔洞將所述支架固定在安裝平面上。5.根據權利要求1所述的絕對式水位計，其特征在于，所述加熱浮子包括組合片、伴熱帶安裝支架、固定螺絲、伴熱帶以及加熱電纜，所述伴熱帶安裝支架為內部部分挖空的圓形結構，所述圓形結構保留有通過圓形的十字架，所述組合片設置在所述圓形結構上并通過固定螺絲固定，所述組合片及所述圓形結構的底面上設置有伴熱帶擺放槽，所述伴熱帶設置在所述伴熱帶擺放槽內并纏繞在所述組合片及所述圓形結構底面，所述加熱電纜與所述伴熱帶相連接。
【文檔編號】G01F23/44GK106017615SQ201610574630
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月20日
【發明人】李志洪
【申請人】哈爾濱今星微電子科技有限公司