专利名称：码鼓水位计的制作方法
技术领域：
本发明涉及水位测量装置，具体地说是码鼓水位计。
背景技术：
水利行业的水位测量主要应用于江河、水库、湖泊等场合的自然水面变化测量，这类水位变化具有随机性、往复性、波动性的特点。水位计作为一种自计仪器，其结构必需适应水位变化的特点(1)在需要时记录变化过程、测量实时水位；(2)水位的涨落及变化速度不影响测量的灵敏度和精度；(3)水位波动(指小幅度波动)不影响仪器的性能。因此，水位计的主要技术指标包括测量准确、运行可靠、满足量程。对于用户应当具有操作简单、管理方便的特点。
浮子水位计在自计水位计中是一种最常见的水位计，浮子水位计的传感器简单、直接，就是利用浮子带动转盘感应水位变化，再进行记录，已成为普通的一种水位测量方法，由此发展起来的各种自计水位计形式较多。在水利行业中，传统的自计水位计采用时钟式水位计，用记录纸作为信息载体。随着数字技术的应用，数码式水位计已逐渐成为主导机型，该类水位计输出结果为电信号，在显示和信息处理上非常方便，得到用户的认同。
在常用数码式水位计中，采用码盘(或码条)的水位计因其数字码位有限，量程受到限制，只能用于小范围混同量场合。采用脉冲计数的水位计结构简单，但该类水位计记录的是累计时序信号，监测过程不能中断，一旦停电，包括过程和实时水位的全部信息均会丢失。
目前应用较为广泛的是一种进位码式水位计，可以有多位数码，借助机械传动力移动码位，依次进位，量程得到扩大，能满足多种场合使用。由于数码式水位计基于数字电路的二进制码，在第一位或第一部分(主动轮)码盘循环一周后，必须向第二位或第二部分(从动轮)传递一个进位信息。如果采用机械方式进位，在两位码之间需要一个进位齿轮，由该齿轮使第二位进一位(或减一位)，是一种间歇式传动机构，从动轮在转动开始及终止时速度的突变，如电路中的脉冲信号一样，不能在中间状态。从实践中证实，在水位变化速度稳定时，无论水位升或降，机械进位的数码式水位计运行平稳；当水位变化小时，又在某一个位置上有波动、且波动值使得进位齿轮既不能进位又不能退位时，进位齿轮会在一种不确定的状态下晃动(出现类似中间状态)、产生严重磨损，并导致进位齿轮卡死，水位计停止工作。管理人员不到现场，则无法发现和纠正，其对水位的波动性适应较差，使得该类水位计的可靠性存在一定缺陷。

发明内容
本发明的目的是提供一种借助机械移动码位、对读码器进行锁定的，量程大，测量准确，运行可靠的码鼓水位计。
本发明的技术方案为本发明的码鼓水位计由浮子、码鼓、蜗轮蜗杆、定位器、处理器几部分组成；码鼓是一个表面排列码位的圆柱体，与浮子转盘同轴，由转盘直接带动，码鼓采用蜗杆蜗轮的进位方式，定位器由蜗轮轨道定位，处理器为水位计的信息处理装置，由译码器、信息码输出接口和显示器组成。
以上所述的码鼓结构有三种形式，第一种为全信息码结构，即在每一个码位上都有12位格雷码的信息。第二种是码信息分段结构，即信息码分为两段(高位码和低位码)；第三种也是分段结构，是将高位码做成变速码鼓。
本发明的码位编码方法为码位分为点、线、面三种；点型是读码器只起到接通开关的作用，码位后与输出端之间为编码器，将每一位码的输出格式编为格雷码；线型和面型是一个码位必须包含该码位的全部信息，可以是格雷码带或条形码带，需要12位读码器或扫描式读码器，读码器结果直接送译码器。
以上所述的线型码位是沿轨道布置，与读码器相配合，可布置在轨道底部或侧面。面型码位可以直接使用文字符号，或用定位器直接读数。
本发明的码鼓水位计与现有技术比较具以下特点1、量程大对于12位格雷码输出的水位计，能用于5米以内的毫米级水位量测和闸门开启度量测，适用于灌区明渠量水建筑物的流量监测、记录水库或渠道闸门开启度测量。能用于40米以内的厘米级水位测量，适用于水库、河道的水位测量。
2、运行可靠码鼓水位计的定位器移动和码鼓旋转相配合，在码鼓轴线(X方向)上无进位，定位器读到的码信息是直线排列的，因此无进位装置，避免进位装置故障影响。码鼓表面采用凹槽形轨道结构，对读码器位置进行锁定，能纠正机械转动发生的(X方向)偏差，对其可靠性作了进一步的保障。减少传动机构，避免多次传动引起的机械误差。
3、运用灵活编码方法灵活，每一位码位是一个接通开关，可采用电触点开关、光电开关、磁电开关等形式，由定位器的指针接通码位开关。全信息码位可以采用光信息处理技术，即采用光学刻制，使制作更简便，有广阔的开发前景。读码器所处的位置是实时水位信息，空间位置具有唯一性，在需要读数时再加电读数，平常可以断电，其操作和运行方式可以根据需要灵活控制。
4、多种用途将码鼓水位计的码位改成文字符号，可以用定位器直接读数，成为一台全量程的直读水位计。
5、准确性高码鼓与浮子转盘同轴，浮子形状和配重根据试验作了调整，水位计量测准确。码鼓运行精确，读码器定位采取锁定措施，在硬件上防止误码；二段式码位采取数据纠错技术，多重防止误码，输出结果准确。


图1为本发明的全信息码位的码鼓水位计的结构示意图；图2为本发明的二段式同步码位的码鼓水位计的结构示意图；图3为本发明的变速式分段码位的码鼓水位计的结构示意图；图4为本发明的全信息码位的码鼓结构示意图；图5为本发明的二段式码位的码鼓结构示意图。
图中，1-浮子，2-转盘，3-传动齿轮，4-变速从动齿轮，5-码鼓，6-全信息码位，7-低位码，8-高位码，9-蜗轮蜗杆系，10-定位器，11-读码器，12-低位读码器，13-高位读码器，14-处理器，15-显示器，16-码鼓轴线，17-输出位。
具体实施例方式
如图1、2、3所示，本发明的码鼓水位计本发明的码鼓水位计由浮子、码鼓、蜗杆定位器、处理器四部分组成；码鼓是一个表面排列码位的圆柱体，与浮子转盘同轴，由转盘直接带动，码鼓采用蜗杆蜗轮的进位方式，定位器固定于蜗轮上，处理器为水位计的信息处理装置，由译码器、信息码输出接口和显示器组成。
以上所述的码鼓结构有三种形式，第一种为全信息码结构，即在每一个码位上都有12位格雷码的信息，如图4所示，取码鼓轴线为X向，码鼓径向为Y向，柱形表面布置码位，码位在圆柱形表面构成一个二维矩阵，码位沿钭Y轴方向沿圆周循环排列，螺丝旋式进位，在螺旋线间形成X轴排列。每一个圆周上排列128位码，在X方向上有32圈螺旋码段，共4096位码位。圆柱体一端圆截面为输出端，布置于2个同心圆环(为了便于说明，图4将输出位置表示在左端)，为12位格雷码的输出位置。码鼓内安装编码器，将柱面每一位码位的信号以格雷码的格式传到输出端。
第二种为二段式同步码位结构(二段式码位)，如图5所示。格雷码是一种循环码，同权重码呈周期性连续，其循环周期与码的权重相关，即码位高的连续循环位长、且码连续相邻权位间的同“1”位(或同“0”位)重合段长。因此，适当地将12位码分为二段1～6位为低位码，有0～128个码位；6～12位为高位码，代表64码位以上到4096位的所有权重码段，其中在高位码段的第1位(权重为64)为二个码段的重合码位，用于纠错。低位码为循环段、重复计数；高位码为进位段，即低位码循环一周后高位码循环一周，但在X方向已移动一个码位。进位段在X方向上有32圈螺旋码段(与全信息码位相同)，高位码段的第1位(权重为64)为最小位，利用相邻权位间的同“1”位重合段分布特性，以最小重合段为一个新的“计数位”，则在一个圆周上的第一位码的组合为“0110”(这和低位码的最小位码的组合相同，顺次分析此位以上的各权重码位，均与低位码段的组合完全相同)，其最小单位为圆周的1/4，可知高位码在圆周上只有4位计数单位，每一位占圆周的90°弧线。输出形式同上，其输出端圆环为13位，由处理器分别读取二段结果后进行纠错处理和合成。
第三种为变速式分段码位结构(二段式码位)，基本结构如图3所示。传动齿轮改为变速传动，将码鼓高、低位二部份分开，由主动齿轮带动低位码鼓，由从动齿轮带动高位码鼓，将蜗轮蜗杆系移至主动齿轮上，由主动齿轮带动高位读码器。从动齿轮的转速为主动齿轮的1/2n，以n＝1为例，变速比为1/2，高位码鼓转速同样为1/2、则码鼓上的高位码减少为16圈螺旋码段，经压缩后每一圈圆周上有8位最小“计数位”，码鼓的轴向尺寸将减少1/2。其工作原理与第二种结构相同。考虑到齿轮误差和纠错码要求，在4096位实际量测范围内，n值取1～4较为适宜。
蜗轮蜗杆定位器码鼓水位计三种结构都采用蜗轮蜗杆的进位方式。蜗轮蜗杆系上将圆周运动转化为直线运动。通过转盘主轴传动齿轮带动蜗杆旋转，由蜗杆带动蜗轮沿蜗杆轴线方向(X向)移动，如图1所示，定位器固定于蜗轮上，由蜗轮带动(沿X向移动)。
定位器头部安装一个指针式读码器，沿码鼓轴线(X轴)方向移动。蜗轮带动定位器与码鼓同步运动，码鼓旋转时，定位器沿螺旋排列的码位轨道(Y方向)移动；当码鼓旋转一周后，定位器沿X方向移动柱形表面码位的一位。可知在定位器的移动方向(X方向)上无进位发生的跳动，所读到的信息是(沿螺旋线)连续的数码。
码鼓和定位器的运动关系，使得读码器和码位具有唯一的确定关系，即码鼓转一周、定位器在X轴移动一个码位。为了保证定位的准确性，码鼓表面采用凹槽形轨道结构，如图6所示，对读码器位置进行锁定，定位器与蜗轮间采用弹性臂连接，能纠正机械转动发生的(X方向)偏差。该结构使得码鼓的编码方式灵活、方便，可根据码位型式采用。在三种码鼓结构型式中都采用了蜗杆系。在二段式码位的结构中，蜗轮蜗杆系只用在高位进位码段。
本发明的码位及编码方法为码位分为点、线、面三种；点型是读码器只起到接通开关的作用，码位后与输出端之间为编码器，将每一位码的输出格式编为格雷码。点型码位的优点是读码器和码位表面简单，属点对点的开关。线型和面型是一个码位必须包含该码位的全部信息，可以是格雷码带，也可以是条形码。需要12位读码器，或采用扫描式读码器。读码器结果直接送译码器。码位沿轨道布置，和读码器相配合，可布置在轨道底部或则面。全信息码的优点是不需要编码器，信息集中。面形码位可直接使用文字符号，可以用定位器直接读数，成为一台全量程的直读水位计。
本发明的编码器有2种形式电路形式，采用二极管组成矩阵编码。光路形式为光纤传输，由光耦合器(或连接器)与光栅隔离器(组合为光单向开关)组成矩阵编码。这两种编码器在输出端均给出电平均值，供处理器使用。全信息码位可采用光学刻制，将码信息刻在码鼓上。
本发明的读码器采用三点(或五点)判读方式，读码器有三个或五个相邻的读数头(或开关)，每次读数时顺序读取三组或五组数据，由处理器进行比较、判断后确定一组正确数据。当读入数据不满足判别条件时，处理器会继续读数，进行比较处理。
本发明的处理器为该水位计的信息处理装置，可根据实际需要进行配置。基本组成为译码器、格雷码输出接口、显示器。显示器显示水位读数，供水位计浮子初始定位及校正、现场观测使用。当水位计用于水库、水文站等水位测量时，处理器只需基本配置，电源外供。当水位计用于量水建筑物，处理器由译码器、流量计算器、水位、流量显示器、存储器、流量输出接口、电源组成。
权利要求
1.一种码鼓水位计，其特征在于计量数码采用码鼓为载体，码鼓采用螺旋式进位方式，包含三种结构全信息码位结构、同步分段码位结构、变速式分段码位结构。
2.根据权利要求1所述的码鼓水位计，其特征在于全信息码编制平台采用光信息存储方式。
3.根据权利要求1所述的码鼓水位计，其特征在于同步分段码位结构和变速式分段码位结构的码位分为低位循环码和高位进位码，采用单点的电开关码；高位码采用压缩技术，即将最小重合段合并为一个新“计数位”，高位码和低位码之间设置纠错码。
4.根据权利要求1所述的码鼓水位计，其特征在于读码器采用概率定位判读技术，即用三点或五点方式进行定位，并采用轨道锁定。
全文摘要
本发明是一种码鼓水位计。其特征在于计量数码采用码鼓为载体，码鼓采用螺旋式进位方式，包含三种结构全信息码位结构、同步分段码位结构、变速式分段码位结构。本发明具有1.量程大能用于40米以内的厘米级水位测量，适用于水库、河道的水位测量。2.运行可靠避免进位装置故障影响，能纠正机械转动发生的(X方向)偏差，对其可靠性作了进一步的保障。3.运用灵活其操作和运行方式可以根据需要灵活控制。4.多种用途将码鼓水位计的码位改成文字符号，可以用定位器直接读数，成为一台全量程的直读水位计。5.准确性高多重防止误码，输出结果准确。
文档编号G01F23/00GK1488920SQ02133899
公开日2004年4月14日 申请日期2002年10月11日 优先权日2002年10月11日
发明者张堡, 施心陵, 张 堡 申请人:张堡, 张 堡