专利名称：一种非接触式超声波江河水位计的制作方法
技术领域：
一种非接触式超声波江河水位计技术领域[0001]本实用新型属于水文、气象行业的测量技术领域，涉及一种江河水位自动测量的 装置，尤其涉及一种非接触式超声波水位测量装置。
背景技术：
[0002]目前，已有的江河水位计主要用于连续测量江河水位，为江河水位的统计提供数 据支持，主要有浮子式、投入式、电子式等。此类水位计都是接触式固定测量仪表，缺点是测 量精度不高、可靠性差，会出现浮子卡死不动或水垢和杂质堵塞传感器导致较大误差；由于 需要将传感器投入被测水中，导致安装和调试不便，使用中维护工作量大；长期受到水的侵 蚀，传感器探头寿命较大；测量范围受限于传感器头和传感器机盒间的信号线长度，安装灵 活性差。发明内容[0003]本使用新型的目的在于针对现有技术中水位计测量方式存在的测量可靠性差、安 装调试不变、不易维护、寿命短以及测量范围具有局限性的问题，提供了一种非接触式超声 波江河水位计。它在测量水位时，与被测介质不接触，特别适合粘稠、腐蚀性、浑浊等各种场 合，同时具有工作可靠、安装简便、使用周期长、无需市电供应、可在野外长期工作等优势。[0004]为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决[0005]一种非接触式超声波江河水位计，包括水位检测装置和信号处理控制系统，水位 检测装置和信号处理控制系统连接，水位检测装置为超声波换能器。因为水位检测装置为 超声波换能器，不需要投入到被测的水中，所以其安装调试非常方便，而且量程大，测量范 围为O. 6-12m ;通过计算发出超声波到接收到超声波回波的时间差来计算超声波换能器与 被测水面之间的距离，进而计算出被测江河的水位数据。[0006]作为优选，超声波换能器内安装有压电陶瓷晶片。接收到的超声波回波通过超声 波换能器的压电陶瓷晶片将机械震动变为电信号。[0007]作为优选，信号处理控制系统包括主控制器、脉冲升压变压器和比较器，主控制器 与脉冲升压变压器的输入端连接，脉冲升压变压器的输出端与超声波换能器的信号输入端 连接，超声波换能器的信号输出端与比较器的输入端连接，比较器的输出端与主控制器连 接，脉冲升压变压器为高频脉冲升压变压器。主控制器发出脉宽调制信号，经过脉冲升压变 压器升压，然后加载到超声波换能器上，使加载的电压达到超声波换能器的工作电压，在比 较器中将信号与对比信号进行比较，删除较弱的信号，保留有用的信号，并将信号传输到主 控制器进行计算处理。[0008]作为优选，超声波换能器和比较器之间还连接有限幅滤波器和运算放大器，超声 波换能器的信号输出端与限幅滤波器连接，限幅滤波器与运算放大器连接，运算放大器与 比较器的输入端连接。经过超声波换能器的压电陶瓷晶片转换的电信号经过限幅滤波器滤 除杂波和谐波，保留有效的回波信号，通过两级放大器对信号进行放大，然后在比较电路中将信号与对比信号进行比较。[0009]作为优选，主控制器上外接有温度传感器。因为超声波传播速度受环境的温度影 响较大，因此设置了温度补偿电路，主要由温度传感器构成。温度补偿电路的输出端与主控 器连接，计算处理中通过温度补偿电路提供温度补偿数据，使测量精度得到提高。[0010]作为优选，主控制器上连接有蓄电池，蓄电池连接有太阳能储能板。由于江河水位 测量一般都位于野外，远离城区的环境中，通常接入市电也不方便。因此利用可反复充电的 蓄电池做电源，太阳能储能板作为实时充电设备，对蓄电池进行充电。[0011]作为优选，主控制器上连接有RS232或RS485通信接口，主控制器通过RS232或 RS485通信接口与终端连接。主控制器将补偿后的水位数据，经由其相应的协议数据封装 后，通过RS232或RS485通信接口输出协议数据，用户通过终端的处理便可以方便快捷的获 取当前水位值。[0012]本实用新型是一种非接触式超声波江河水位计，因为不需要将水位检测装置投入 到被测江河中，使得其免受江河水的腐蚀和侵蚀，提高了其使用寿命，也增强了其可靠性， 而且设置了温度补偿电路，计算处理中通过温度补偿电路提供温度补偿数据，使测量精度 得到提高。本实用新型在水文、气象行业的测量技术领域中有良好的应用前景。


[0013]图1为本实用新型所述的一种非接触式超声波江河水位计的结构示意图。
具体实施方式
[0014]
以下结合附图1与实施例对本实用新型作进一步详细描述。实施例[0015]一种非接触式超声波江河水位计，如图1所示，包括水位检测装置和信号处理控 制系统，水位检测装置和信号处理控制系统连接，水位检测装置为超声波换能器I。超声波 换能器I内安装有压电陶瓷晶片。[0016]信号处理控制系统包括主控制器3、脉冲升压变压器2和比较器7，主控制器3与 脉冲升压变压器2的输入端连接，脉冲升压变压器2的输出端与超声波换能器I的信号输 入端连接，超声波换能器I的信号输出端与比较器7的输入端连接，比较器7的输出端与主 控制器3连接，脉冲升压变压器2为高频脉冲升压变压器。[0017]超声波换能器I和比较器7之间还连接有限幅滤波器9和运算放大器8，超声波换 能器I的信号输出端与限幅滤波器9连接，限幅滤波器9与运算放大器8连接，运算放大器 8与比较器7的输入端连接。[0018]主控制器3上外接有温度传感器5。[0019]主控制器3上连接有蓄电池6和RS232通信接口 4，蓄电池6连接有太阳能储能 板，主控制器3通过RS232通信接口 4与终端连接。[0020]工作时，主控制器3发出脉宽调制信号，经过脉冲升压变压器2升压，然后加载到 超声波换能器上，使加载的电压达到超声波换能器的工作电压，通过超声波换能器I内的 压电陶瓷晶片将电信号转变为机械振动的超声波，发射出去的超声波碰到被测量的江河水表面发生反射，反射的回波传输到超声波换能器I的压电陶瓷晶片上被其吸收，并转换成 电信号，通过限滤波电路9滤掉噪音以及谐波，保留有用信号。因为回波转换后的电信号 非常微弱，因此要通过运算放大器8对回波电信号进行两级放大，首先传输到前级放大电 路进行初步放大，然后传输到后级放大电路进行再次放大，放大后的信号传输到比较器7， 与对比电压信号进行比较，比较当前信号与对比信号的幅度，滤除幅度小于对比信号的当 前信号，筛选出幅度大于对比信号的信号传输到主控制器3，通过主控制器3的相应算法运 算，得出水位数据。[0021]其中，由于超声波的传输速度受环境温度影响较大，因此在超声波江河水位计中 设置了温度补偿电路，主要由温度传感器5构成。温度补偿电路的输出端与主控制器3连 接，计算处理中通过温度补偿电路提供的温度，计算温度补偿系数，对超声波的声速进行温 度补偿，使测量精度得到提高。[0022]主控制器3将补偿后的水位数据，经由其相应的协议数据封装后，通过RS232通信 接口 4输出协议数据，用户通过终端的处理便可以方便快捷的获取当前水位值。[0023]由于江河水位测量一般都位于野外，远离城区的环境中，通常接入市电也不方便。 因此利用可反复充电的蓄电池6做电源，太阳能储能板作为实时充电设备，对蓄电池6进行 充电。[0024]总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所 作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。
权利要求1.一种非接触式超声波江河水位计，包括水位检测装置和信号处理控制系统，水位检测装置和信号处理控制系统连接，其特征在于水位检测装置为超声波换能器(1)。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式超声波江河水位计，其特征在于超声波换能器(I)内安装有压电陶瓷晶片。
3.根据权利要求1所述的一种非接触式超声波江河水位计，其特征在于信号处理控制系统包括主控制器(3 )、脉冲升压变压器(2 )和比较器(7 )，主控制器(3 )与脉冲升压变压器(2)的输入端连接，脉冲升压变压器(2)的输出端与超声波换能器(1)的信号输入端连接，超声波换能器(1)的信号输出端与比较器(7)的输入端连接，比较器(7)的输出端与主控制器(3)连接，脉冲升压变压器(2)为高频脉冲升压变压器。
4.根据权利要求3所述的一种非接触式超声波江河水位计，其特征在于超声波换能器(I)和比较器(7)之间还连接有限幅滤波器(9)和运算放大器(8)，超声波换能器(I)的信号输出端与限幅滤波器(9)连接，限幅滤波器(9)与运算放大器(8)连接，运算放大器(8)与比较器(7)的输入端连接。
5.根据权利要求3或4所述的一种非接触式超声波江河水位计，其特征在于主控制器(3 )上外接有温度传感器(5 )。
6.根据权利要求1所述的一种非接触式超声波江河水位计，其特征在于主控制器(3)上连接有蓄电池(6 )，蓄电池(6 )连接有太阳能储能板。
7.根据权利要求1所述的一种非接触式超声波江河水位计，其特征在于主控制器(3)上连接有RS232或RS485通信接口( 4 )，主控制器(3 )通过RS232或RS485通信接口( 4 )与终端连接。
专利摘要本实用新型属于水文、气象行业的测量技术领域，涉及一种江河水位自动测量的装置，尤其涉及一种非接触式超声波江河水位计，包括水位检测装置和信号处理控制系统，水位检测装置和信号处理控制系统连接，水位检测装置为超声波换能器，超声波换能器内安装有压电陶瓷晶片，信号处理控制系统包括主控制器、脉冲升压变压器和比较器，超声波换能器和比较器之间还连接有限幅滤波器和运算放大器。本实用新型在测量水位时，与被测介质不接触，特别适合粘稠、腐蚀性、浑浊等各种场合，同时具有工作可靠、安装简便、使用周期长、无需市电供应、可在野外长期工作等优势，在水文、气象行业的蒸发测量技术领域中将具有良好的应用前景。
文档编号G01F23/296GK202885915SQ20122027838
公开日2013年4月17日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者钱克宠, 胡兆荣, 言薇, 许伟强, 陈广, 何青 申请人:浙江省水文局