专利名称：一种带电容式差压传感器的泥沙含量检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及泥沙含量检测领域，尤其是涉及一种带电容式差压传感器的泥沙
含量检测装置。
背景技术：
水土流失现象具有极其严重的危害。首先，它直接破坏了土壤资源，导致可耕作的 土地面积减少。土壤是人类生存所必需的绿色植物生长的基础。裸露坡地一经暴雨冲刷， 就会使含腐殖质多的表层土壤流失，造成土壤肥力下降。随着水土流失程度的加深，沟壑发 展也日益加剧。这样，就使大面积坡耕地支离破碎，耕种不便，以至弃耕荒废。其次，流失的 泥沙物质进入江河、湖泊和水库，淤积水库、阻塞河道、抬高河床。由于上游流域水土流失， 汇入河道的泥沙量增大，当挟带泥沙的河水流经中、下游河床、水库或河道，流速降低时，泥 沙就逐渐沉降淤积，使得水库淤浅而减小容量，河道阻塞而縮短通航里程，严重影响水利工 程和航运事业，每当洪水季节，容易溃堤泛滥。此外，因长期水土流失导致的土地荒漠化，又 带来了沙尘暴等其它形式的自然灾害。 通过对水流进行泥沙检测，可对水土流失的治理提供科学依据，也可防治因水土 流失导致的自然灾害。目前现有的用于测量泥沙含量的仪器和方法，在实际应用中存在着 一定的局限性。如人工取样法，虽有很高的精度，但是其测量周期长、劳动强度大，又因人工 采样时浮泥的层次结构受到扰动，因而所测的结果不能反映现场状况；光电法测量泥沙范 围较窄；同位素法和Y射线法精度高，但放射源稀缺；振动筒法和电容法稳定性较差，受温 度影响大；而现有的基于压差原理的压力传感器灵敏度低，主要用于海底浮泥层密度测量 以及纸浆池浓度测量等；超声波的监测设备存在运行不稳定、易受水草缠绕阻挡等问题。因 此，需要一种能解决上述问题的泥沙含量检测方法。

实用新型内容有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种带电容式差压传感器的泥沙含量检测 装置，它的稳定性好，精度高，抗干扰能力强。 本实用新型采用以下技术方案一种带电容式差压传感器的泥沙含量检测装置， 包括水样预处理模块，信号采集模块，控制处理模块和触摸屏显示模块，水样预处理模块与 信号采集模块相连，信号采集模块与控制处理模块相连，控制处理模块与触摸屏显示模块 相连，其特征在于所述触摸屏显示模块连接到数据传输模块上，数据传输模块与组态监控 模块相连；信号采集模块包括深度传感器，含沙量传感器，流速传感器，水温传感器和模拟 量输入输出模块；深度传感器，含沙量传感器，流速传感器和水温传感器分别与模拟量输入 输出模块相连。 进一步，所述含沙量传感器由两个电容式差压传感器3组成，两个电容式差压传
感器3分别垂直嵌入到防水式金属直杆4内，其间距相差300mm-500mm。 进一步，所述含沙量传感器的电容式差压传感器3均位于液面以下，液体要完全覆盖两个电容式差压传感器3，最低液位要高于上面一个电容式差压传感器3至少100mm。 进一步，所述控制处理模块为PLC处理模块，实现数据处理和模块监控功能。 本实用新型的有益效果是 本实用新型基于电容式差压原理，将两个电容式差压传感器分别垂直嵌入到防水 式金属直杆内，可有效防止水下水草缠绕等问题。模拟量输入输出模块，可实现多通道的数 据采集，模块不仅能检测含沙量，而且还能同时检测探测点的深度、水温以及流速，使检测 功能增强。通过数据融合，经软件分析，该检测模块能将泥沙的含量和时空分布在监控界面 上直观显示。模块将水温、水深、流速等多种因素综合分析，弥补了由于环境的改变而带来 的误差，提高了泥沙含量检测的精度和稳定性。 本实用新型有以下优点(l)应用电容式差压传感器检测泥沙含量，将两个电容 式差压传感器分别垂直嵌入到防水式金属直杆内，可有效防止水下水草缠绕等问题；(2) 利用PLC控制和处理技术，实现了多传感器集成化和智能化；(3)采用数据融合技术，将水 温、测点深度等环境影响因素综合考虑，建立数学模型，从而使检测结果更加可靠、稳定和 高精度。模拟量输入输出模块，将深度传感器、流速传感器、水温传感器和含沙量传感器集 成在一起，完成多通道信息采集与处理工作；(4)本实用新型包含触摸屏显示模块和组态 监控模块，监控软件和触摸屏直观地、实时地监控和管理整个检测过程；(5)本实用新型采 用了电容式差压传感器、模拟量输入输出模块和数据融合技术，PLC控制和处理技术，组态 监控技术，提高了含沙量检测的精度和可靠性。 在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领 域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型 的目标和其他优点可以通过下面的说明书或者附图中所特别指出的结构来实现和获得。

图1是本实用新型的结构框图； 图2是本实用新型信号采集模块的结构框图； 图3是本实用新型含沙量传感器的结构示意图； 图4是组态监控模块的主监控画面； 图5是触摸屏显示模块的主画面； 图6是PLC和模拟量输入输出模块电路连接图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述 如图1 、图2、图3所示，本实用新型包括水样预处理模块，信号采集模块，控制处理 模块，触摸屏显示模块，数据传输模块和组态监控模块；各模块的连接关系为水样预处理 模块与信号采集模块相连，信号采集模块与控制处理模块相连，控制处理模块与触摸屏显 示模块相连，触摸屏显示模块与数据传输模块相连，数据传输模块和组态监控模块相连。 控制处理模块采用PLC处理模块，实现数据处理和模块监控功能。信号采集模块 包括深度传感器，含沙量传感器，流速传感器，水温传感器和模拟量输入输出模块。含沙量 传感器由两个电容式差压传感器3组成。深度传感器，含沙量传感器，流速传感器和水温传感器分别与模拟量输入输出模块相连，模拟量输入输出模块包含四模拟信号输入通道(电 压或电流皆可)，使用者可经由配线选择电压输入或电流输入。深度传感器、温度传感器、流 速传感器和电容式差压传感器3输入的都是4-20mA标准电流，其V+和1+端子串接。 本实用新型采用模拟量输入输出模块，将深度传感器、流速传感器、水温传感器和 含沙量传感器集成在一起，完成多通道信息采集与处理工作。处理后的数据通过总线传送 给PLC处理模块，PLC处理模块把处理后的数据传送给触摸屏显示模块，触摸屏显示模块再 经数据传输模块传送给组态监控模块，经触摸屏显示模块显示，或通过组态软件以仿真界 面的形式直观地、实时地显示出自动监测系统运行的工作状态。 如图3所示，含沙量传感器由两个电容式差压传感器3组成，两个电容式差压传感 器3分别垂直嵌入到防水式金属直杆4内，其间距为300mm-500mm。两个电容式差压传感器 3均位于液面以下，液体要完全覆盖两个电容式差压传感器3，并且最低液位要高于上面的 电容式差压传感器3至少100mm，即防水式金属直杆4上的电容式差压传感器3与最低液面 至少相差100mm。被测液体如果是流体，则在两个电容式差压传感器3之间的流速必须小于 等于0. 4m/s。防水式金属直杆4通过安装法兰2与变送器1联接，变送器1把电容式差压 传感器3采集到的信号转换成模拟电信号。本实用新型也可不用变送器1，采用带有信号转 换功能的电容式差压传感器3。 如图4所示，组态监控模块选用北京亚控公司kingview6. 51组态软件进行设计。 首先在组态王数据字典里定义I/O变量，使PLC里的内存单元与组态王的I/O变量相对应，
从而使两者建立起通信联系。变量的变量类型是1/0实数；读写属性都是读写；采集频 率lms ;连接设备是巨腾anco — delta。然后根据上述工作原理在组态王里作出工作画 面、进行动画连接和数据管理。 如图5所示，使用HITECH的触摸屏PWS6600来监控电机运转和编码器计数。 PWS6600为标准型触摸屏，5. 7寸16灰度单色，因此只能显示单色。本设计的画面分为两个 画面即主画面和泥沙显示界面，它们的作用分别是控制PLC的开关和对其脉冲的监控。 图6为PLC和模拟量输入输出模块电路连接图。本实用新型选用PLC作为控制 器，实现了数据处理和模块监控功能。PLC具有使用方便、可靠性高、抗干扰能力强、性价比 高等特点。PLC和模拟量输入输出模块相连，PLC的I/O输入端子X0、X1、X2分别作为模块 开始、停止、手动等按钮。 PLC程序设计使用的软件为台达公司的WPLSOFT V2. 08。在编写PLC程序时首先 要明确软件流程，分配好输入和输出1/0地址，最后用梯形图语言编写程序。软件编程中要 用到两个重要的指令FROM和TO指令。FR0M指令是将模拟量输入输出模块06XA某一通道 寄存器的n个数据读入PLC基本单元，并存入指定的数据寄存器中。TO指令是PLC对特殊 功能模块缓冲器BFM写入数据的指令，其中H492是选择四个模拟信号通道为4_20mA电流 输入方式。 本实用新型在工作时，在接通电源后，先进行初始化，含沙水体先经水样预处理模 块预处理，模拟量输入输出模块将深度传感器、流速传感器、水温传感器和含沙量传感器集 成在一起，可实现多通道的数据采集，模块不仅能检测含沙量，而且还能同时检测探测点的 深度、水温，使检测功能增强，模拟量输入输出模块将采集到的数据通过485总线上传到 PLC处理模块，通过组态监控模块以仿真界面的形式直观地、实时地显示运行的工作状态，或者通过触摸屏直接显示检测的结果。 本实用新型采用模拟量输入输出模块，将深度传感器、流速传感器、水温传感器和 含沙量传感器集成在一起，完成多通道信息采集与处理工作。硬件平台以PLC为控制和处 理核心，采集到的信号通过PLC处理模块处理后，在触摸屏直观显示检测结果，还可在组态 监控模块实时显示。本实用新型使用直流电源，经过接线端子接外部电源，为传感器电路、 PLC控制平台提供直流电源；将电容式差压传感器的压差信号转变为数字化电信号，应用 液体在不同含沙量时产生不同差压的原理来检测含沙量；采用了电容式差压传感器、模拟
量输入输出模块和数据融合技术，PLC控制和处理技术，组态监控技术，提高了含沙量检测 的精度和可靠性。 本实用新型采用电容式差压传感器进行泥沙含量检测，将多种环境因素进行数据 融合考虑，从而实现高精确度含沙量测量。本实用新型不仅可适用于一般的河流泥沙检测 领域，还可应用于黄河流域库区水质管理、河道清淤以及污水处理厂排泥管理等领域。
权利要求一种带电容式差压传感器的泥沙含量检测装置，包括水样预处理模块，信号采集模块，控制处理模块和触摸屏显示模块，水样预处理模块与信号采集模块相连，信号采集模块与控制处理模块相连，控制处理模块与触摸屏显示模块相连，其特征在于所述触摸屏显示模块连接到数据传输模块上，数据传输模块与组态监控模块相连；信号采集模块包括深度传感器，含沙量传感器，流速传感器，水温传感器和模拟量输入输出模块；深度传感器，含沙量传感器，流速传感器和水温传感器分别与模拟量输入输出模块相连。
2. 按照权利要求1所述的一种带电容式差压传感器的泥沙含量检测装置，其特征在 于所述含沙量传感器由两个电容式差压传感器(3)组成，两个电容式差压传感器(3)分别 垂直嵌入到防水式金属直杆(4)内，其间距相差300mm-500mm。
3. 按照权利要求2所述的一种带电容式差压传感器的泥沙含量检测装置，其特征在 于所述含沙量传感器的电容式差压传感器(3)均位于液面以下，液体要完全覆盖两个电 容式差压传感器(3)，最低液位要高于上面一个电容式差压传感器(3)至少100mm。
4. 按照权利要求1所述的一种带电容式差压传感器的泥沙含量检测装置，其特征在 于所述控制处理模块为PLC处理模块，实现数据处理和模块监控功能。
专利摘要本实用新型公开了一种带电容式差压传感器的泥沙含量检测装置，包括水样预处理模块，信号采集模块，控制处理模块和触摸屏显示模块，各模块顺序相连，其中，触摸屏显示模块连接到数据传输模块上，数据传输模块与组态监控模块相连；信号采集模块包括深度传感器，含沙量传感器，流速传感器，水温传感器和模拟量输入输出模块；深度传感器，含沙量传感器，流速传感器和水温传感器分别与模拟量输入输出模块相连。本实用新型将多种环境因素进行综合考虑，实现了高精确度含沙量测量，不仅可适用于一般的河流泥沙检测领域，还可应用于黄河流域库区水质管理、河道清淤以及污水处理厂排泥管理等领域。
文档编号G01N9/26GK201464325SQ200920091609
公开日2010年5月12日 申请日期2009年7月15日 优先权日2009年7月15日
发明者付立彬, 刘勤杰, 刘明堂, 和瑞勇, 宁强, 李黎, 程松涛, 赵荣, 高航 申请人:黄河水利委员会黄河水利科学研究院;华北水利水电学院;黄河科技学院