專利名稱：水位自動(dòng)跟蹤儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種水位測(cè)量、顯示儀器，特別是一種水利工程中使用的水位自動(dòng)跟蹤儀。
背景技術(shù)：
目前，在水利工程與試驗(yàn)中廣泛采用的水位測(cè)量?jī)x包括人工探針、編碼盤(pán)式自動(dòng)跟蹤水位儀、電容式自動(dòng)水位儀、浮筒式水位儀等。人工探針的測(cè)量精度0.1毫米，必須由人工讀取，不能自動(dòng)化；編碼盤(pán)式自動(dòng)水位跟蹤儀，其測(cè)量精度受編碼盤(pán)精度和齒輪加工精度的影響，精度也不太高，并且其跟蹤速度也比較低，不適用于進(jìn)行高精度、水位變化較快的水位測(cè)量；電容式自動(dòng)水位儀、浮筒式水位儀的滯后時(shí)間長(zhǎng)、精度低，不適用于高精度的實(shí)時(shí)測(cè)量，常用于江河湖泊的原型水位的測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種能高精度實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前水位、并將水位值實(shí)時(shí)傳送給上位計(jì)算機(jī)的水位自動(dòng)跟蹤儀。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種水位自動(dòng)跟蹤儀，其電路組成包括中央處理器、與中央處理器連接的LCD顯示器、功能按鈕、通訊接口，其特征是還具有由功率放大電路、交流伺服電機(jī)、光柵尺、探針、交流電橋組成的水位自動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)，中央處理器信號(hào)輸出端通過(guò)繼電器組連接功率放大電路，功率放大電路連接交流伺服電機(jī)，交流伺服電機(jī)機(jī)械連接光柵尺，光柵尺機(jī)械連接探針，探針作為交流電橋的橋臂，交流電橋的輸出通過(guò)繼電器組連接功率放大電路。其工作原理是，利用插入水中的探針測(cè)量因水位變化而產(chǎn)生的水電阻變化，形成交流電橋的輸出信號(hào)，經(jīng)功率放大驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)，帶動(dòng)光柵與探針移動(dòng)，從而使探針跟隨水位的變化方向變化，當(dāng)探針的移動(dòng)速度大于水位的變化速度時(shí)，探針兩電極間的水電阻隨之而變小，進(jìn)而使交流電橋趨于平衡，探針也就趨于靜止。當(dāng)探針移動(dòng)的時(shí)候，與之相連的光柵尺就會(huì)發(fā)出具有一定相位差的一系列脈沖信號(hào)，中央處理器通過(guò)中斷，讀取并記錄光柵尺的脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)和相位差，確定光柵尺的移動(dòng)方向并計(jì)算出位移。
本實(shí)用新型的有益效果如下功率放大電路、交流伺服電機(jī)、光柵尺、探針、交流電橋通過(guò)中央處理器形成一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋水位自動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)，只要電橋有微小的不平衡，立即驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)工作，保證了跟蹤速度；采用交流電橋，并且運(yùn)用高倍的功率放大，使測(cè)量裝置處于高頻震蕩狀態(tài)，保證了測(cè)量的精度與響應(yīng)的實(shí)時(shí)性；位移的記錄采用光柵尺，利用光的衍射原理，精度保證在微米級(jí)，提高了記錄的精度。它能高精度實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前水位，并通過(guò)通訊接口組成網(wǎng)絡(luò)，將水位值實(shí)時(shí)傳送給上位計(jì)算機(jī)，用于試驗(yàn)、工程中對(duì)水位的實(shí)時(shí)、精確測(cè)量。


圖1為本實(shí)用新型水位自動(dòng)跟蹤儀電原理圖。
圖2為本實(shí)用新型水位自動(dòng)眼蹤儀交流電橋的電原理圖。
圖3為本實(shí)用新型水位自動(dòng)跟蹤儀伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電原理圖。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖并結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。
如圖1所示，本實(shí)用新型水位自動(dòng)跟蹤儀的電路組成包括中央處理器MPU、與中央處理器連接的顯示驅(qū)動(dòng)模塊CH451L、功能按鈕K1、K2、K3、通訊接口RS485，顯示驅(qū)動(dòng)模塊CH451L連接數(shù)碼管顯示器LCD，還具有由功率放大電路GF、交流伺服電機(jī)DJ、光柵尺GS、探針TZ、交流電橋DQ組成的水位自動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)，中央處理器信號(hào)輸出端P1.0-P1.2通過(guò)繼電器組KGZ連接功率放大電路GF，功率放大電路GF連接交流伺服電機(jī)DJ，交流伺服電機(jī)DJ機(jī)械連接光柵尺GS，光柵尺GS機(jī)械連接探針TZ，探針TZ作為交流電橋DQ的橋臂，交流電橋DQ的輸出通過(guò)繼電器組KGZ連接功率放大電路GF。中央處理器的P3.2、P3.3口連接光柵尺GS。
實(shí)施例中，作為紀(jì)錄的主體——光柵尺，其精度為5微米，經(jīng)電路2分頻后，精度為10微米，即測(cè)量精度為10微米。測(cè)量?jī)x器采用8級(jí)濾波，最大可以12.8秒濾波，濾波等級(jí)可以由用戶根據(jù)實(shí)際要求有按鈕完成。測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)RS485組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，采用被動(dòng)式應(yīng)答方式，由上位機(jī)發(fā)出指令，將本機(jī)編號(hào)及測(cè)量數(shù)據(jù)，一并上傳。
如圖2所示，在交流電橋電原理圖中，探針TZ作為交流電橋的橋臂，BRG0為電橋輸出端，BRG1、BRG2為交流電源輸入端，R1-R6為橋臂電阻，Rm為多圈可調(diào)電阻。
如圖3所示，在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電原理圖中，BRG0為電橋輸出，DJ為交流伺服電機(jī)，LM741為模擬放大模塊，與晶體管C2073、A940組成功率放大模塊，驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。
本實(shí)用新型主要電路器件的型號(hào)及參數(shù)如下MPU中央處理器W78E51B顯示驅(qū)動(dòng)模塊CH451LRS485串行通信模塊MAX481模擬放大模塊LM741 LCD數(shù)碼顯示管C-391SR。
權(quán)利要求1.水位自動(dòng)跟蹤儀，其電路組成包括中央處理器、與中央處理器連接的LCD顯示器、功能按鈕、通訊接口，其特征是還具有由功率放大電路、交流伺服電機(jī)、光柵尺、探針、交流電橋組成的水位自動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)，中央處理器信號(hào)輸出端通過(guò)繼電器組連接功率放大電路，功率放大電路連接交流伺服電機(jī)，交流伺服電機(jī)機(jī)械連接光柵尺，光柵尺機(jī)械連接探針，探針作為交流電橋的橋臂，交流電橋的輸出通過(guò)繼電器組連接功率放大電路。
專利摘要水位自動(dòng)跟蹤儀，包括中央處理器，還具有由功率放大電路、交流伺服電機(jī)、光柵尺、探針、交流電橋組成的水位自動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)，中央處理器通過(guò)繼電器組連接功率放大電路，功率放大電路連接交流伺服電機(jī)，交流伺服電機(jī)機(jī)械連接光柵尺，光柵尺機(jī)械連接探針，探針作為交流電橋的橋臂，交流電橋的輸出通過(guò)繼電器組連接功率放大電路。功率放大電路、交流伺服電機(jī)、光柵尺、探針、交流電橋通過(guò)中央處理器形成一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋水位自動(dòng)跟蹤機(jī)構(gòu)，它能高精度實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前水位，并通過(guò)通訊接口組成網(wǎng)絡(luò)，將水位值實(shí)時(shí)傳送給上位計(jì)算機(jī)，用于試驗(yàn)、工程中對(duì)水位的實(shí)時(shí)、精確測(cè)量。
文檔編號(hào)G01F23/24GK2881569SQ20052007599
公開(kāi)日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者屈波, 黃國(guó)泓, 彭濤, 朱其俊 申請(qǐng)人:南京瑞迪高新技術(shù)公司