采用基准水位的浮子式水位计
专利汇可以提供采用基准水位的浮子式水位计专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开一种采用基准 水 位的浮子式水位计。水位计包括浮子感测 传感器 、轴 角 编码器 和 数据处理 通信系统； 测井 壁按需增设基准水位电导池，借助基准水位校正浮子水位测量值、提高水位计的测量 精度 和可靠性；水文站范围内构建低功耗ZigBee局域网、组网方便，水文站与上级水文中心的信息交换采用电信运营商TD-SCDMA公网和防汛超短波专网组成的主副双网，保护已有投资的同时确保可靠性；电导池为基于 电磁感应 原理的电导率传感器、交流供电、结合检测电导池基准水位的充要条件，减小极化引起的测量误差、延長电导池的使用寿命。，下面是采用基准水位的浮子式水位计专利的具体信息内容。
1.一种采用基准水位的浮子式水位计，其特征在于浮子式水位计由浮子感测传感器系统，轴角编码器系统和数据处理通信系统组成；浮子感测传感器系统包括浮子（11）、钢丝绳（12）、配重（13）、计程轮（14）、水（15）、测井连通管（16）、基准水位电导池（17）、静水井（18）、平衡螺栓（19）；轴角编码器系统包括轴角编码器（21）和齿轮组；数据处理通信系统由数据处理单元（31）和数据通信单元（32）组成，包括主控模块S3C2440数据处理器、ZigBee协调器通信模块CC2430、无线USB模块CYWUUSB6935、USB接口模块、USB接口TD-SCDMA无线模块TDM330，主控模块S3C2440数据处理器分别与ZigBee协调器通信模块CC2430、无线USB模块CYWUUSB6935、USB接口模块相连，USB接口模块与USB接口TD-SCDMA无线模块TDM330相连；静水井（18）下部侧壁设有测井连通管（16），静水井（18）内壁设有
8个基准水位电导池（17），静水井（18）内设有浮子（11）、钢丝绳（12）、配重（13）、水（15），静水井（18）顶部设有平衡螺栓（19），平衡螺栓（19）上设有计程轮（14）；浮子（11）通过钢丝绳（12）连接配重（13）、钢丝绳缠绕在计程轮（14）上，计程轮（14）通过齿轮组与轴角编码器（21）相连；浮子（11）随水位变化的直线运动经钢丝绳（12）驱动计程轮（14）、齿轮组与轴角编码器（21），浮子（11）的直线运动映射为轴角编码器（21）的转角编码；轴角编码器（21）输出至数据处理通信系统、基准水位电导池（17）提供的基准水位亦输出至数据处理通信系统，数据处理单元（31）借助基准水位电导池（17）的基准水位值、校正轴角编码器（21）的水位数据；数据处理单元（31）根据轴角编码器（21）的水位数字编码、结合检测基准水位电导池（17）基准水位的充要条件，启动/关闭基准水位电导池基准水位的检测；一旦浮子式传感器失效，凭借基准水位电导池（17）提供的测量值、维系对重要水位的基本测量功能；
数据通信单元（32）在水文站范围内构建ZigBee局域无线网络、水文站与上级水文中心采用电信运营商TD-SCDMA公网和防汛超短波专网组成的主副双网交换信息。
2.根据权利要求1所述的一种采用基准水位的浮子式水位计，其特征在于所述的基准水位电导池沿测井壁垂直的直线方向设置：在水位漲落区间内设有防洪高水位、正常蓄水位、台汛期限制水位、死水位以及防洪高水位向上按10cm的间距、再依次设置4个基准水位作为附加标志水位点，并一一对应设置基准水位电导池；电导池基准水位检测的启动判据
1是标志水位点上下5cm、即轴角编码器±400线的范围，当水位测量值落在这一值域时，启动电导池基准水位检测的必要条件成立；启动电导池基准水位检测的充分条件是启动电导池基准水位检测的判据2同时成立；电导池基准水位检测的判据2的“是/否”状态取决于标志水位变量VMark_wl、水位涨落方向；VMark_wl、水位涨落方向与基准水位电导池基准水位检测的判据1的协同配合使基准水位电导池必要的基准水位检测次数最小化。
3.根据权利要求1所述的一种采用基准水位的浮子式水位计，其特征在于所述电导池是基于电磁感应采用交流电源测量电导率，电导池包括基于电磁感应的电导率传感器及其外围电路；基于电磁感应的电导率传感器由平行叠放的第一变压器T1，第二变压器T2构成，变压器磁芯采用软磁铁氧高导磁材料，变压器外部喷涂20微米特氟龙分散体涂层封装，电导池外罩保护过滤网、防止大尺寸杂物随水进入电导池；变压器主线圈L1通入250HZ交流电，则在第一变压器T1中产生相应的交变磁通，基准水位电导池内的介质在交变磁通作用下产生感应电流i，形成一个交叉于第一变压器T1，第二变压器T2的电流环；电流环在第二变压器T2中生成交变磁通，并在变压器副线圈L2两端生成感应电势e；由于水的电导率与空气的电导率存在巨大差异、感应电流值又与基准水位电导池内介质的电导率成比例，导致两者的感应电流i截然不同，所以根据电导池内介质即水和空气电导率的不同，通过测量变压器副线圈L2两端的感应电势e加以区分；所述外围电路涉及LM555芯片连接成间接反馈式多谐振荡器，充电电流和放电电流流经不同的路径，充电电流只流经电阻R1、放电电流只流经电阻R2，因此电容C的充放电时间分别为T1=0.69R1C、T2=0.69R2C，C振荡周期T= T1+T2=0.69(R1+R2)C，振荡频率f=l/T，若取R1=R2、占空比为50%，多谐振荡器输出频率f＝250Hz、电压=50mV的交流方波；多谐振荡器的输出经电压跟随器LM258接入基准水位电导池Ga；电压跟随器输入端与二极管D1、二极管D2是两个反向并联，使电压信号值限定在＋0.7V～－0.7V之间；基准水位电导池Ga采用电磁感应的电导率传感器，主线圈通入交变电流，根据电磁感应原理，在副线圈中得到与电导池内介质电导率成正比的感应电动势；随电导率变化的电压信号进入集成运算放大器A2中，放大倍数由反馈电阻Rf决定，满足算式：
式中：Ra为Ga的等效电阻值；
Vi为输入电压；
Vo为输出电压。
4.根据权利要求1所述的一种采用基准水位的浮子式水位计，其特征在于所述的数据处理单元（31）的信号采样调理以主控模块S3C2440数据处理器为核心；方波发生器依次与电压跟随器、电导池、运算放大器、主控模块S3C2440数据处理器相连，主控模块S3C2440数据处理器进行基准水位电导池的数据处理；8个电导池分别与主控模块S3C2440数据处理器的8个10位A/D模数转换控制器通道端口即AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、AIN4、AIN5、AIN6、AIN7相连，方波发生器的周期TS=5s。
5.根据权利要求1所述的一种采用基准水位的浮子式水位计，其特征在于所述
轴角编码器的型号为ROQ425，光电轴角编码器分辨率K=8192线/圈、齿轮组的传动变比r=3.2、计程轮工作周长L=319.99mm，L×r=320(mm)×3.2=1024(mm)对应光电轴角编码器的8192线、即轴角编码器每变化8线对应1mm的水位变化；轴角编码器的输出采用12位格雷码，水位量程0～40.95 m。
6.根据权利要求1所述的一种采用基准水位的浮子式水位计，其特征在于所述的数据处理通信系统包括主控模块S3C2440数据处理器、TD-SCDMA无线模块TDM330、ZigBee协调器通信模块CC2430和无线USB模块CYWUSB6935；TD-SCDMA无线模块TDM330通过USB接口与主控模块S3C2440数据处理器的USB接口模块相连，USB接口模块的引脚1接+5V电压，引脚1依次与电容C1、地相连，引脚4、5、6接地，引脚2依次与电阻R1、电阻R3、地相连，引脚3依次与电阻R2、电阻R4、地相连，主控模块S3C2440数据处理器的第P12、N11引脚分别与电阻R1和R3的中间点、电阻R2和R4的中间点相连；主控模块S3C2440数据处理器的第K9、P9、U13、L9引脚分别与ZigBee协调器通信模块CC2430的第13、14、15、16引脚相连；主控模块S3C2440数据处理器的第H16、N9、E3、R11、K10、L11、T9引脚分别与无线USB模块CYWUSB6935的第14、21、22、23、24、25、33引脚相接；主控模块S3C2440数据处理器的第AIN0、AIN1、AIN2、AIN3、AIN4、AIN5、AIN6、AIN7引脚，分别与8个基准水位电导池采样调理电路的输出相连；主控模块S3C2440数据处理器分别通过串口SPI0和SPI1与CC2430、CYWUSB6935接收/发送数据，其引脚U13、E3作为GPIO端口，当引脚U13置低时，CC2430芯片SPI从机信号有效，ZigBee模块激活；当引脚E3置低时，CYWUSB6935芯片SPI从机信号有效，无线USB模块激活；主控模块S3C2440数据处理器的引脚RXD与光电轴角编码器ROQ425SSI的引脚TXD相连、进行通信；ZigBee协调器查询接收水文站范围内ZigBee局域无线网络ZigBee节点上传的除水位外的水文参数、同时兼作ZigBee/TD-SCDMA网关，转发远程上级水文中心的指令；ZigBee协调器汇总水文站的水文参数，通过TD-SCDMA无线模块TDM330接入TD-SCDMA公网，实时远传水文站的重要水文参数，远程上级水文中心通过Internet与运营商的GGSN网关相连，在线接收水文站上传的重要水文参数；一般水文参数巡检员手持无线USB采集器通过无线USB模块CYWUSB6935、定时进行现场采集，采用离线方式汇总至远程上级水文中心；若TD-SCDMA信道发生故障，水文站的水文参数可通过防汛超短波专网上传信息；水文站经Internet、防汛超短波专网上传水文参数。
采用基准水位的浮子式水位计
背景技术
发明内容
附图说明
具体实施方式
17基准水位的充要条件，启动/关闭基准水位电导池基准水位的检测；一旦浮子式传感器失效，凭借基准水位电导池17提供的测量值、维系对重要水位的基本测量功能；数据通信单元32在水文站范围内构建ZigBee局域无线网络、水文站与上级水文中心采用电信运营商TD-SCDMA公网和防汛超短波专网组成的主副双网（通信信道）交换信息。 [0036] 如图2所示，基准水位电导池沿测井壁垂直的直线方向按需设置；本实用新型的光电轴角编码器分辨率K=8192线/圈、齿轮组的传动变比r=3.2、计程轮工作周长L=319.99mm，L×r=320(mm)×3.2=1024(mm)对应光电轴角编码器的8192线、即轴角编码器每变化8线对应1mm的水位变化；轴角编码器的输出采用12位格雷码(SSI)，水位量程0～
40.95 m。现以浙江省XX水库水文站的水位监测为例：水库的死水位120m（为了机组安全稳定运行，低于该水位就应停止发电）、台汛期限制水位156.5m（台汛期为7～10月，超出此水位就必须开闸泄洪）、正常蓄水位159m（非台汛期，超出此水位就必须开闸泄洪）、防洪高水位160.5m（超出此水位，开闸泄洪必须考虑下游城市的安全问题），上述4个水库标志水位点各设置一个基准水位电导池；防洪高水位向上按10cm的间距、再依次设置4个基准水位电导池作为附加标志水位点（图2中未标注），合计设置8个基准水位（标志水位点），即基准水位电导池与标志水位点一一对应；例如死水位（120m）的基准水位对应轴角编码器的120×1000×8=960000（线），其余标志水位点的基准水位轴角编码器值照此类推。《水文自动测报规范》要求水位测量误差不超过±3cm，各地多年的水文测报实践表明：浮子式水位计测量误差不超过±5cm是有保证的，相当于轴角编码器的±5×10×8=±400（线）；考虑到本实用新型毎个标志水位点的电导池均提供基准水位值、以及基准水位对轴角编码器水位数据的修正，故水位计测量时、可完全排除出现超过±400线误差的可能性。因此，选择标志水位点上下5cm、即轴角编码器±400线作为启动电导池检测基准水位的范围--启动/关闭电导池基准水位检测的启动判据1；显然，判据1留有充裕的余量。仍以死水位为例，当且仅当轴角编码器处在960000±400（959600--960400）线时，启动电导池基准水位检测的必要条件才成立；启动电导池基准水位检测的充分条件是启动电导池基准水位检测的判据2同时成立，判据2的“Y/N”状态取决于标志水位（water level mark）变量VMark_wl、水位涨落方向；VMark_wl、水位涨落方向与“判据1”的协同配合使电导池必要的基准水位检测最小化、即达到电导池极化现象的极小化，详细步骤参见图7说明。 [0037] 如图3所示，基于电磁感应的电导率传感器（电导池）由平行叠放的T1，T2变压器构成，变压器磁芯采用软磁铁氧高导磁材料，其外部喷涂20微米特氟龙（聚四氟乙烯）分散体涂层封装，电导池外罩保护过滤网、防止大尺寸杂物随水进入电导池；主线圈L1通入
250HZ交流电，则在T1中产生相应的交变磁通，电导池内的介质在交变磁通作用下产生感应电流i，形成一个交叉于T1、T2的电流环；此电流环在T2中生成交变磁通，并在副线圈L2两端生成感应电势e。由于水的电导率与空气的电导率存在巨大差异、感应电流值又与电导池内介质的电导率成比例，导致两者的感应电流i截然不同，所以根据电导池内介质（水和空气）电导率的不同、可通过测量副线圈L2两端的感应电势e加以区分。
5、6、7、8，VMark_wl的值称为标志水位点的特征值，代表该标志水位点的水位计测量值已由基准水位校正。当且仅当VMark_wl=0,且水位上升、又进入标志水位点±400线时，启动电导池基准水位检测的充分必要条件就绪；主控模块S3C2440数据处理器读取该标志水位点对应的基准水位电导池的感应电势（电导率），若电导率高、则表示水位涨至标志水位点，基准水位值校正浮子式水位计的水位，VMark_wl置该标志水位点的特征值，返回；主控模块S3C2440数据处理器读取该标志水位点对应的基准水位电导池的感应电势（电导率），若电导率低（基本为0）、则表示水位未涨至标志水位点，返回。以死水位点为例，当VMark_wl=1、轴角编码器处在960000±400（959600--960400）线时，关闭电导池基准水位的检测。当VMark_wl=0、水位落（下降），轴角编码器处在960000±400（959600--960400）线时，返回。
当VMark_wl=0、水位涨（上升）、轴角编码器又处在960000±400（959600--960400）线时，启动电导池基准水位的检测；主控模块S3C2440数据处理器读取死水位点对应的基准水位电导池的感应电势（电导率），若电导率高、则表示水位涨至死水位点，基准水位值（960000线）校正浮子式水位计的水位，VMark_wl=1（死水位点特征值），返回；主控模块S3C2440数据处理器读取死水位点对应的基准水位电导池的感应电势（电导率），若电导率低（基本为0）、则表示水位未至死水位点，返回。引入标志水位变量VMark_wl，能排除水位在标志水位点上下波动时不必要的基准水位检测，这是保证测量精度、减小电导池极化效应的又一关键技术。 [0046] 通过基准水位提高浮子式水位计测量精度和可靠性的具体步骤如下： [0047] 1、启动，VMark_wl=0；计祘各标志水位点对应的轴角编码器的变化线数值，给定标志水位点（基准水位）的检测范围=±400线、计祘各基准水位电导池（标志水位点）校正水位计误差的检测范围。
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