本實(shí)用新型屬于高精度水位測量領(lǐng)域，尤其涉及一種變送式高速水位儀。

背景技術(shù)：

在地震、水利、環(huán)保等行業(yè)都會涉及到對水位物理量的實(shí)時(shí)觀測。特別是地震行業(yè)，早在宋朝李昉等編纂的《太平御覽》中就有記載：“墨子曰：三苗欲滅時(shí)，地震泉涌?！薄涊d了距今約4300年的舜帝時(shí)期山西南部地震，這是我國最早有關(guān)地震與地下水的描述。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國歷史地震資料中所記載的地震前后的異常現(xiàn)象有1160條之多，其中與地下水、地下氣體有關(guān)的現(xiàn)象約占50％以上。1966年邢臺寧晉7.2級地震發(fā)生后，為有效監(jiān)測余震活動，在地震現(xiàn)場開展了地下水位、流量、水氡以及水化學(xué)組分等項(xiàng)目的觀測工作。從此，中國開始了利用地下流體進(jìn)行地震科學(xué)探索的工作。

水位觀測原來的使用模擬方式，如浮子式水位傳感器，采用滾筒記錄紙的模式，這種水位儀需要天天定時(shí)進(jìn)行換紙，并且定期需要對記錄筆進(jìn)行更換，隨著水位的數(shù)字化，這樣模擬的水位記錄儀已逐漸退出歷史舞臺。但模擬水位記錄儀，由于采用浮子式，直接跟水位振蕩同步，從而可以記錄到較高頻率的水位振蕩過程，譬如地震引起的水震波，只是由于是紙介質(zhì)記錄，無法對高頻的水位振蕩過程進(jìn)行數(shù)字化。

隨著壓力測試技術(shù)的突飛猛進(jìn)，水位測量逐漸采用壓力式傳感器，其中典型的為差壓式與絕壓式壓力測量。差壓式，一般在測量電纜中帶導(dǎo)氣管，將大氣壓力通過導(dǎo)氣管平衡到傳感器中，從而實(shí)現(xiàn)水柱高度的測量；而絕壓式則需要對井下水某處的絕對壓力進(jìn)行測量，同時(shí)需要同步的氣壓測量，可見其測量精度取決于兩支壓力傳感器，對于高精度的水位測量一般采用差壓式壓力傳感器。

利用壓力式水位傳感器完全替代原模擬水位傳感器，需解決兩個技術(shù)問題：一個是信號的較長距離輸送，目前我國地下水位埋深處在幾米到一百多米，將信號較長距離的輸送是水位傳感器要解決的第一個技術(shù)問題；其次是水位儀的跟隨速度與采樣速度，地震引起的水震過程，一般周期在幾秒到幾十秒之間，如果采用傳統(tǒng)的小時(shí)采樣，或者分采樣都會導(dǎo)致水震信息的失真或者丟失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對上述問題，提出采用電流變送的方式解決較長距離的水位測量信號傳輸以及高速采樣問題，從而實(shí)現(xiàn)對水震波的不失真記錄。

本實(shí)用新型的變送式高速水位儀，包括：傳感器、變送器、電纜以及主機(jī)，所述傳感器的輸出端與所述變送器的輸入端連接，所述變送器的輸出端與所述主機(jī)的輸入端通過電纜連接，其中，所述傳感器用于感測水位，所述傳感器的電壓輸出信號傳輸至變送器，所述變送器用于將所述電壓輸出信號轉(zhuǎn)換為電流信號，所述電纜用于將所述電流信號傳輸至所述主機(jī)，所述主機(jī)用于根據(jù)所述電流信號完成數(shù)據(jù)采集。

優(yōu)選地，所述變送器的零點(diǎn)調(diào)節(jié)電阻、滿量程調(diào)節(jié)電阻采用標(biāo)準(zhǔn)電阻箱進(jìn)行匹配，并焊接相同阻值的第一精密電阻代替電位器。

優(yōu)選地，所述電纜為兩芯的屏蔽電纜，包括纜芯和屏蔽線芯。

優(yōu)選地，所述纜芯既用于傳感器的供電，也用于電流信號的返回。

優(yōu)選地，所述主機(jī)包括電流/電壓轉(zhuǎn)換單元和AD轉(zhuǎn)換器，所述電流/電壓轉(zhuǎn)換單元的輸出端與所述AD轉(zhuǎn)換器的輸入端連接。

優(yōu)選地，所述電流/電壓轉(zhuǎn)單元用于將所述傳感器傳回的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。

優(yōu)選地，所述電流/電壓轉(zhuǎn)單元是阻值為62.5Ω的第二精密電阻。

優(yōu)選地，所述AD轉(zhuǎn)換器用于將所述電流/電壓轉(zhuǎn)換單元輸出的電壓信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字化采集數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述水位儀的采樣率設(shè)置為1次/秒。

本實(shí)用新型具有下列優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型的變送式高速水位儀，變送器的零點(diǎn)調(diào)節(jié)電阻、滿量程調(diào)節(jié)電阻采用標(biāo)準(zhǔn)電阻箱進(jìn)行匹配，然后采用精密電阻進(jìn)行焊接的方式，可以消除由于傳統(tǒng)電位器的不穩(wěn)定性帶來的測量誤差，并且通過變送方式將壓敏元件的測量信號可靠地?zé)o損耗地傳回到地面主機(jī)；

2、本實(shí)用新型的變送式高速水位儀，采樣率提升到1次/秒，可不失真地記錄到地震引起的水位振蕩過程。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的變送式高速水位儀的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，其目的僅在于更好地理解本實(shí)用新型的研究內(nèi)容而非限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本實(shí)用新型的變送式高速水位儀主要包括傳感器(水位傳感器)1、變送器2、電纜3以及主機(jī)4。其中，傳感器1的輸出端與變送器2的輸入端連接，將傳感器1的輸出信號傳輸至變送器2的輸入端。變送器2的輸出端與主機(jī)4的輸入端通過電纜3連接。

本實(shí)用新型中，傳感器1優(yōu)選地可采用美國ICSensors公司86系列超穩(wěn)壓力傳感器。傳感器供電可采用24V。變送器2用于將傳感器1的輸出電壓信號變換成電流信號。具體地，通過調(diào)整變送器2的零點(diǎn)電位器以及滿量程電位器，使其水位測量的量程為需要的量程，例如水位測量的量程可以為0-10米量程，則對應(yīng)的輸出電流為4-20mA。一般情況下，人們使用可調(diào)電位器，本實(shí)用新型中將可調(diào)電位器替換為精密電阻(第一精密電阻)。具體地，可以在實(shí)驗(yàn)室先用精密電阻箱對兩個電位器的阻值進(jìn)行匹配，達(dá)到輸出要求后，根據(jù)電阻箱的讀值，采用對應(yīng)該讀值的精密電阻進(jìn)行焊接。通過該方法，可以消除由于電位器的不穩(wěn)定性帶來的測量誤差，例如電位器的阻值存在溫漂，同時(shí)貨品運(yùn)送過程的振動也可能導(dǎo)致電位器阻值的改變。

變送器1將傳感器輸出的電壓信號變換成電流信號后，該電流信號通過電纜3被傳輸至主機(jī)4。這里，變送器2負(fù)責(zé)將傳感器1(壓敏元件)輸出的電壓值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電流值，當(dāng)由于電纜的長度導(dǎo)致電纜阻值變化而引起信號衰減時(shí)，變送器2會對輸出電壓進(jìn)行微調(diào)，從而保證其輸出電流為一定值，可以有效地實(shí)現(xiàn)壓敏元件輸出電壓的較長距離輸送。

本實(shí)用新型中，電纜3采用兩芯的屏蔽電纜，即包括纜芯和屏蔽線芯。其中，纜芯既可以用于傳感器的供電，也用于電流信號的返回。屏蔽線芯可以當(dāng)作地線。

本實(shí)用新型中，主機(jī)4包括電流/電壓轉(zhuǎn)換單元41和AD轉(zhuǎn)換器42。其中，電流/電壓轉(zhuǎn)換單元41用于將傳感器1通過電纜3傳回的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后輸入到主機(jī)4的AD轉(zhuǎn)換器42的輸入端。這是因?yàn)閭鞲衅?傳回的電流信號無法直接通過AD轉(zhuǎn)換器42進(jìn)行模擬-數(shù)字變換來獲得數(shù)字信號，因此需要通過電流/電壓轉(zhuǎn)換單元41將電纜傳回的電流信號先轉(zhuǎn)換成電壓信號。本實(shí)用新型中，電流/電壓轉(zhuǎn)換單元41可以采用一規(guī)定阻值的精密電阻(第二精密電阻)。將傳感器傳回的電流信號先流經(jīng)一規(guī)定阻值的精密電阻，將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號后再輸送到AD轉(zhuǎn)換器42的輸入端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集(采樣)。在一個實(shí)施例中，該精密電阻的阻值為62.5Ω。由于水位測量的量程為0-10米量程，對應(yīng)的輸出電流為4-20mA，通過62.5Ω電阻后相應(yīng)電壓值為0.25V-1.25V；從而測量格值為：10m/V。

以上，通過變送器、精密電阻的特定模式，可以將較遠(yuǎn)距離的壓敏元件1輸出的電壓值無損耗地輸入到主機(jī)4的AD轉(zhuǎn)換器42中，完成數(shù)據(jù)的采集過程。

主機(jī)4還包括存儲單元、處理單元和顯示單元(未圖示)。通過AD轉(zhuǎn)換器42輸出的采樣數(shù)據(jù)可存儲至存儲單元。處理單元對存儲的采樣數(shù)據(jù)根據(jù)需求進(jìn)行處理/加工，以獲得測量結(jié)果。顯示單元對測量結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

考慮到井孔一般水震波的周期為幾秒到幾十秒，本實(shí)用新型的變送式高速水位儀的采樣率可以設(shè)置為1次/秒。地震系統(tǒng)現(xiàn)行的約定是水位采樣率為1次/分。本實(shí)用新型中，通過主機(jī)設(shè)置采樣率，加快AD轉(zhuǎn)換速率，可達(dá)到每秒采樣一次。根據(jù)采樣定律，這樣的采樣速度可以不失真地記錄到水震波過程。

另外，本實(shí)用新型中，為了保證測量及信號傳輸過程不受外界干擾，可以將電纜屏蔽線芯和傳感器的地線與水位傳感器外殼相連，傳感器外殼采用耐腐蝕的不銹鋼材料。通過實(shí)地觀測效果來看，既達(dá)到了防腐蝕的效果，也起到了很好的接地功能，數(shù)據(jù)曲線光滑、可靠。

顯然，本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本實(shí)用新型，而并非用作為對本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本實(shí)用新型的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。