專利名稱：自動(dòng)水位計(jì)檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種用于檢測(cè)水エ、河エ和港エ模型試驗(yàn)用自動(dòng)水位計(jì)性能的設(shè)備，更具體地說(shuō)它是一種自動(dòng)水位計(jì)檢測(cè)儀。
背景技術(shù)：
在水エ、河エ和港エ等流體模型試驗(yàn)中水位測(cè)量是經(jīng)常要用的測(cè)量項(xiàng)目，常用的測(cè)量手段主要有人工用水位測(cè)針測(cè)量和采用自動(dòng)水位計(jì)測(cè)量。隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，模型試驗(yàn)中采用各種類型的自動(dòng)水位計(jì)的比 例也在逐漸増大。隨著國(guó)家對(duì)計(jì)量認(rèn)證的重視和計(jì)量認(rèn)證管理工作的推廣，模型試驗(yàn)中所使用的儀器設(shè)備都必須按照計(jì)量認(rèn)證的要求進(jìn)行定期檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)合格取得合格標(biāo)識(shí)的儀器設(shè)備才能夠使用。模型試驗(yàn)所用的自動(dòng)水位計(jì)按照計(jì)量認(rèn)證的要求也需要進(jìn)行定期檢測(cè)校驗(yàn)。由于模型試驗(yàn)儀器設(shè)備專業(yè)性較強(qiáng)，且需求量不大，這些自動(dòng)水位計(jì)基本上是相關(guān)科研単位自行開(kāi)發(fā)研究小批量生產(chǎn)滿足自用的，或者少量銷售到國(guó)內(nèi)相關(guān)單位使用。對(duì)這些自動(dòng)水位計(jì)的定期檢測(cè)校驗(yàn)通常采用各単位的專業(yè)人員自行檢測(cè)校驗(yàn)。自行檢測(cè)校驗(yàn)所采用的方法為數(shù)據(jù)比對(duì)法，即用已知高程或已知變化量對(duì)比檢測(cè)自動(dòng)水位計(jì)的測(cè)量讀數(shù)，分析自動(dòng)水位計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的是否存在誤差，并判斷其測(cè)量誤差程度和測(cè)量范圍能否滿足或達(dá)到模型試驗(yàn)的測(cè)量指標(biāo)。檢測(cè)工具使用水エ水位測(cè)針或光柵尺，在水位測(cè)針或光柵尺的動(dòng)尺上固定ー個(gè)盛水的水杯，人工調(diào)節(jié)水杯的高度以模擬水位的變化，由檢測(cè)人員讀取并且記錄水位測(cè)針或光柵尺的數(shù)據(jù)及自動(dòng)水位計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析對(duì)比作出判斷。人工檢測(cè)的主要問(wèn)題是檢測(cè)效率低，除校驗(yàn)測(cè)量誤差程度外，對(duì)自動(dòng)水位計(jì)的其他性能指標(biāo)無(wú)法用常規(guī)方法檢出。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有背景技術(shù)的不足之處，而提供ー種自動(dòng)水位計(jì)檢測(cè)儀。它可作為檢測(cè)各種常用自動(dòng)水位計(jì)的公共檢測(cè)平臺(tái)。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下措施來(lái)達(dá)到的自動(dòng)水位計(jì)檢測(cè)儀，其特征在于它包括計(jì)算控制數(shù)據(jù)處理器，載水升降臺(tái)驅(qū)動(dòng)部分，運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量部分，同步測(cè)量部分，被測(cè)水位計(jì)信息交換部分和電源部分，所述的計(jì)算控制數(shù)據(jù)處理器分別與載水升降臺(tái)驅(qū)動(dòng)部分，運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量部分，同步測(cè)量部分和被測(cè)水位計(jì)信息交換部分單獨(dú)連接，電源部分提供設(shè)備所需的工作電源。在上述技術(shù)方案中，所述的運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量部分包括有線性光柵尺，所述的線性光柵尺量程為lm，分辨率為Iym(微米)，測(cè)量誤差小于±3 ym，線性光柵尺的動(dòng)尺與載水升降臺(tái)剛性相連，使載水升降臺(tái)位移信息可由線性光柵尺反映出來(lái)。在上述技術(shù)方案中，所述的載水升降臺(tái)驅(qū)動(dòng)部分采用C5級(jí)滾珠絲杠傳動(dòng)，行程Im (米)，滾珠絲杠的導(dǎo)程為5mm (毫米)，滾珠絲杠采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述步進(jìn)電機(jī)分辨率為0. 003125mm,工作速度0-80mm/s,重復(fù)定位誤差小于0. 01mm。自動(dòng)水位計(jì)檢測(cè)儀的應(yīng)用，它在用于探測(cè)式或稱點(diǎn)接觸式自動(dòng)跟蹤水位計(jì)，超聲波水位測(cè)量?jī)x，壓カ式水位測(cè)量?jī)x的測(cè)量誤差程度檢測(cè)，及探測(cè)式自動(dòng)跟蹤水位計(jì)的采樣頻率和跟蹤速度檢測(cè)中的應(yīng)用。本實(shí)用新型檢測(cè)儀通過(guò)計(jì)算機(jī)控制與檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)自身載水升降平臺(tái)的升降速度、位移、運(yùn)行時(shí)間的控制及運(yùn)行參數(shù)等信息的數(shù)據(jù)管理，載水升降平臺(tái)與高精度線性光柵尺的動(dòng)尺聯(lián)動(dòng)，從而模擬水位的變化，將得到的該升降平臺(tái)的上述運(yùn)動(dòng)信息與被檢自動(dòng)水位計(jì)在同步運(yùn)行狀態(tài)下檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)與分析，從而得到被檢測(cè)自動(dòng)水位計(jì)的性能參數(shù)。

圖I為本實(shí)用新型自動(dòng)水位計(jì)檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)方框圖。圖中I.計(jì)算控制數(shù)據(jù)處理器，2.載水升降臺(tái)驅(qū)動(dòng)部分，3.運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量部分，4.同步測(cè)量部分，5.電源部分，6.被測(cè)水位計(jì)信息交換部分。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施情況，但它們并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限定，僅作舉例而已。同時(shí)通過(guò)說(shuō)明本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚和容易理解。參閱附圖可知本實(shí)用新型自動(dòng)水位計(jì)檢測(cè)儀，其特征在于它包括計(jì)算控制數(shù)據(jù)處理器1，載水升降臺(tái)驅(qū)動(dòng)部分2，運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量部分3，同步測(cè)量部分4，電源部分5和被測(cè)水位計(jì)信息交換部分6，所述的計(jì)算控制數(shù)據(jù)處理器I分別與載水升降臺(tái)驅(qū)動(dòng)部分2，運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量部分3，同步測(cè)量部分4和被測(cè)水位計(jì)信息交換部分6單獨(dú)連接，電源部分5提供設(shè)備所需的工作電源。。運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量部分3包括有線性光柵尺，所述的線性光柵尺量程為lm，分辨率為I U m，測(cè)量誤差不大于±3 i! m，所述的線性光柵尺的動(dòng)尺與載水升降臺(tái)剛性相連，使載水升降臺(tái)位移信息可由線性光柵尺反映出來(lái)。載水升降臺(tái)驅(qū)動(dòng)部分2采用C5級(jí)滾珠絲杠傳動(dòng)，行程lm，滾珠絲杠的導(dǎo)程為5mm，滾珠絲杠采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述步進(jìn)電機(jī)分辨率為0. 003125mm，工作速度0-80mm/s，重復(fù)定位誤差小于0. 01mm，最大靜轉(zhuǎn)矩I. 2Nm，額定工作電流2. 8A，垂直負(fù)載50Kg。自動(dòng)水位計(jì)檢測(cè)儀的應(yīng)用，它在用于探測(cè)式自動(dòng)跟蹤水位計(jì)，超聲波水位測(cè)量?jī)x，壓カ式水位測(cè)量?jī)x的測(cè)量誤差程度檢測(cè)，及探測(cè)式自動(dòng)跟蹤水位計(jì)的采樣頻率和跟蹤速度檢測(cè)中的應(yīng)用。目前在模型試驗(yàn)中使用的自動(dòng)水位計(jì)從工作原理上分類，常用的有探測(cè)式自動(dòng)跟蹤水位計(jì)，超聲波水位測(cè)量?jī)x，壓カ式水位測(cè)量?jī)x等。因此本實(shí)用新型的檢測(cè)對(duì)象就是針對(duì)上述自動(dòng)水位計(jì)，重點(diǎn)是檢測(cè)探測(cè)式自動(dòng)跟蹤水位計(jì)。主要為滿足計(jì)量認(rèn)證的要求提供自動(dòng)水位計(jì)的測(cè)量誤差分析報(bào)告，同時(shí)也提供包括測(cè)量范圍、誤差程度、跟蹤速度、采樣周期等性能指標(biāo)的檢測(cè)。在模型試驗(yàn)中使用的自動(dòng)水位計(jì)的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，分辨率高，可靠性、穩(wěn)定性好能適合長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作。為了能夠檢測(cè)這些自動(dòng)水位計(jì)，本實(shí)用新型自動(dòng)水位計(jì)檢測(cè)儀的運(yùn)行速度、定位精度等性能指標(biāo)需要相應(yīng)地高于被檢測(cè)水位計(jì)，進(jìn)而保證檢測(cè)效果。其中誤差程度檢測(cè)校驗(yàn)所采用的方法為數(shù)據(jù)比對(duì)法，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)按給定的時(shí)長(zhǎng)控制升降臺(tái)從低到高或從高到低模擬出不同水位的升降變化，然后將自動(dòng)水位計(jì)在此期間的測(cè)量數(shù)據(jù)與這些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析誤差，并作出判斷其測(cè)量誤差程度和測(cè)量范圍能否滿足或達(dá)到模型試驗(yàn)的測(cè)量指標(biāo)。為了便于理解其他檢測(cè)項(xiàng)目方法，先簡(jiǎn)要介紹ー下探測(cè)式自動(dòng)水位計(jì)的工作過(guò)程:探測(cè)式自動(dòng)水位計(jì)的工作過(guò)程通常有水位測(cè)針從基準(zhǔn)高程或某一高程下降檢測(cè)水面，當(dāng)檢測(cè)到水面后，記錄保存當(dāng)前水位值，同時(shí)將測(cè)針提升到一定的高度(通常是5_
左右)，然后間歇一段時(shí)間，間歇時(shí)間根據(jù)模型使用需求不同可以設(shè)定，通常從I秒到10分鐘內(nèi)選擇，間歇時(shí)間到后，開(kāi)始下一個(gè)測(cè)量周期。根據(jù)自動(dòng)水位計(jì)的工作原理和測(cè)量功能，我們需要檢測(cè)自動(dòng)水位計(jì)的最高采樣頻率或最小測(cè)量周期以及跟蹤速度，用以反映自動(dòng)水位計(jì)對(duì)水波的適應(yīng)能力。由上所述采樣頻率和跟蹤速度檢測(cè)是指最高采樣頻率和最快跟蹤速度檢測(cè)。因此在檢測(cè)前需要將被檢自動(dòng)水位計(jì)的測(cè)量間歇時(shí)間調(diào)整到最小值。采樣頻率或測(cè)量周期檢測(cè)采用保持升降臺(tái)不動(dòng)(水位恒定)，同步測(cè)量被測(cè)自動(dòng)水位計(jì)的測(cè)針第一次入水至第二次入水的時(shí)間，即得到被測(cè)自動(dòng)水位計(jì)的最小測(cè)量周期。跟蹤速度檢測(cè)采用升降臺(tái)以設(shè)定的速度連續(xù)變化，比如模擬水位連續(xù)下降，同步測(cè)量被測(cè)自動(dòng)水位計(jì)的測(cè)針第一次入水至第二次入水的時(shí)間，根據(jù)在該時(shí)間內(nèi)，已知水位變化的距離和該時(shí)間與最小測(cè)量周期的差值，即可計(jì)算出被測(cè)自動(dòng)水位計(jì)的最大跟蹤速度。本實(shí)用新型檢測(cè)儀所檢測(cè)的超聲波水位測(cè)量?jī)x，指那種傳感器在水面上方通過(guò)空氣反射的自動(dòng)水位計(jì)，檢測(cè)時(shí)將超聲波水位測(cè)量?jī)x固定在升降臺(tái)的上方即可進(jìn)行檢測(cè)。本實(shí)用新型檢測(cè)儀所檢測(cè)的壓カ式水位測(cè)量?jī)x是通過(guò)連通管連接升降臺(tái)上的盛水容器和壓カ傳感器進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)本實(shí)用新型檢測(cè)儀的運(yùn)行速度、定位精度等性能指標(biāo)需要相應(yīng)地高于被檢測(cè)水位計(jì)，進(jìn)而保證對(duì)其的檢測(cè)效果的要求。另外根據(jù)模型試驗(yàn)規(guī)范要求水位計(jì)測(cè)量誤差不大于±0. Imm及模型試驗(yàn)用自動(dòng)水位計(jì)測(cè)量范圍通常小于Im的情況，我們首先選定檢測(cè)校驗(yàn)儀的位移計(jì)量采用高精度線性光柵尺，型號(hào)SGC_4. 2,量程Im,分辨率為Ium,測(cè)量誤差不大于±3um。因?yàn)檩d水升降臺(tái)要求的加工精度比較高，普通的加工很難達(dá)到其需求精度，通過(guò)核實(shí)和比較，選用數(shù)控機(jī)床線性模組能滿足系統(tǒng)要求精度。該線性模組采用C5級(jí)滾珠絲杠傳動(dòng)，行程lm，絲桿的導(dǎo)程為5mm，采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，分辨率(8細(xì)分)為0. 003125mm,工作速度0-80mm/s (可調(diào)節(jié))，重復(fù)定位誤差< 0.01mm,最大靜轉(zhuǎn)矩1.2Nm,額定工作電流2. 8A，垂直負(fù)載50kg。系統(tǒng)定位誤差(光柵尺測(cè)量誤差+模組定位誤差)く 0. 015_。同步測(cè)量模塊包括水面探測(cè)采樣和周期測(cè)量，工作原理就是利用被測(cè)自動(dòng)水位計(jì)的水位探針和探針驅(qū)動(dòng)裝置與水位計(jì)同步獲取水面信號(hào)，記錄相鄰兩次水面信號(hào)的時(shí)長(zhǎng)，即可得到該測(cè)量周期，同時(shí)根據(jù)載水升降臺(tái)的位置變化信息和測(cè)量周期的變化關(guān)系，可計(jì)算出被測(cè)自動(dòng)水位計(jì)的跟蹤速度。被測(cè)水位計(jì)信息交換部分是建立一個(gè)自動(dòng)水位計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)，保存被檢測(cè)水位計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，以適應(yīng)各種不同的水位計(jì)信息處理。測(cè)控計(jì)算機(jī)在測(cè)控系統(tǒng)軟件的指揮下負(fù)責(zé)自動(dòng)水位計(jì)檢測(cè)儀的計(jì)算控制、數(shù)據(jù)處
理等工作。電源部分負(fù)責(zé)提供設(shè)備所需的工作電源。其它未說(shuō)明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求1.自動(dòng)水位計(jì)檢測(cè)儀，其特征在于它包括計(jì)算控制數(shù)據(jù)處理器(I)，載水升降臺(tái)驅(qū)動(dòng)部分(2)，運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量部分(3)，同步測(cè)量部分(4)，電源部分(5)和被測(cè)水位計(jì)信息交換部分出)，所述的計(jì)算控制數(shù)據(jù)處理器(I)分別與載水升降臺(tái)驅(qū)動(dòng)部分(2)，運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量部分(3)，同步測(cè)量部分(4)和被測(cè)水位計(jì)信息交換部分(6)單獨(dú)連接，電源部分(5)提供設(shè)備所需的工作電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動(dòng)水位計(jì)檢測(cè)儀，其特征在于所述的運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量部分(3)包括有線性光柵尺，所述的線性光柵尺量程為lm，分辨率為Iy m，測(cè)量誤差小于±3 ym，所述的線性光柵尺的動(dòng)尺與載水升降臺(tái)剛性相連，使載水升降臺(tái)位移信息可由線性光柵尺反映出來(lái)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動(dòng)水位計(jì)檢測(cè)儀，其特征在于所述的載水升降臺(tái)驅(qū)動(dòng)部分(2)采用C5級(jí)滾珠絲杠傳動(dòng)，行程lm，滾珠絲杠的導(dǎo)程為5mm，滾珠絲杠采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述步進(jìn)電機(jī)分辨率為0. 003125mm，重復(fù)定位誤差小于0. 01mm。
專利摘要自動(dòng)水位計(jì)檢測(cè)儀，它包括計(jì)算控制數(shù)據(jù)處理器(1)，載水升降臺(tái)驅(qū)動(dòng)部分(2)，運(yùn)動(dòng)位移測(cè)量部分(3)，同步測(cè)量部分(4)，電源部分(5)和被測(cè)水位計(jì)信息交換部分(6)，所述的計(jì)算控制數(shù)據(jù)處理器(1)分別其它部分單獨(dú)連接。本實(shí)用新型檢測(cè)儀通過(guò)計(jì)算機(jī)控制與檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)自身載水升降平臺(tái)的升降速度、位移、運(yùn)行時(shí)間的控制及運(yùn)行參數(shù)等信息的數(shù)據(jù)管理，將得到的該升降平臺(tái)的上述運(yùn)動(dòng)信息與被檢自動(dòng)水位計(jì)在同步運(yùn)行狀態(tài)下檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)與分析，從而得到被檢測(cè)自動(dòng)水位計(jì)的性能參數(shù)。
文檔編號(hào)G01F25/00GK202582675SQ20122018297
公開(kāi)日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者胡向陽(yáng), 許明, 張細(xì)兵, 朱勇輝, 張文二, 徐海濤 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院