[发明专利]具有自校准功能的液位传感器及其传感方法

说明书

技术领域

本发明属于液位测量技术领域，涉及一种具有自校准功能的液位传感器及其传感方法。

背景技术

水位高度测量是一个普遍存在的问题，随着工农业的发展，伴随产生的污水已经严重影响了我们赖以生存的环境。目前对明渠污水的流量监控主要以堰槽明渠流量计为主，而这种测量方法关键的技术是对水位高度的精确测量，如何准确、有效的测量明渠、户外沟渠等水位高度就显的尤为重要。

目前，对于户外沟渠、明渠、河流的水位测量主要是通过安装在水中的具有刻度的量杆或钢卷尺并通过肉眼观察刻度而测得水位和图像识别技术测液位。虽然前者这种方法具有直观性，但通过肉眼观察来测量的实质存在着不能验证结果的精确性，观察者连续的读数，肉眼容易产生疲劳，造成随机性误差，精度不能保证一致性，且这种测量方法不能实现自动化。后者虽实现了自动化测量的过程，但对于光强及环境要求比较高，且需要量杆或玻璃管具有刻度，系统比较庞大，不易携带及不适用性。

同时，随着工业技术的快速发展，出现了高精度、自动化的水位测量仪器，如超声波液位计、磁滞伸缩液位计、雷达液位计等。但当水面发生不规则变化或水温发生变化时，由于传感器本身的原因，使其误差增大影响了测量的精度，而且价格昂贵，不适合普遍应用，便携性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有自校准功能的液位传感器，提高明渠、户外自然流道，沟渠等液位测量精度，实现自动化，减少了人工测量带来的误差，而且成本低、安全、可靠。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

本发明中的传感器包括控制系统、光电传感器探头、连通管、固定轴、步进电机、丝杆、连轴块、限位开关及防水套管。

在防水套管内并排设置有连通管和丝杆，连通管两端开放并伸出防水套管，丝杆由设置在防水套管外的步进电机驱动，在所述的连通管竖直方向上安装有多对可上下活动的光电传感器探头，每对光电传感器探头间隔相同且平行，每对光电传感器探头中的一个光电传感器探头安装在连通管的一侧，另一个光电传感器探头安装在连通管的相对侧；所述的光电传感器探头均设置在连轴块上，连轴块与丝杆螺纹配合，丝杆的转动带动连轴块在竖直方向上运动；在所述的连轴块上方还设置有限位开关，用于感测连轴块，所述的光电传感器探头、步进电机和限位开关均与控制系统信号连接。

所述的固定轴与防水套管并排设置，固定轴底部与防水套管底部通过底盘相对固定。

所述的控制系统采用单片机或PLC控制器。

所述的连通管采用玻璃管或透明塑料管。

所述的光电传感器探头采用对射式光电传感器。

利用上述液位传感器进行传感的方法：采用多对光电传感器探头确定水位高度，每对光电传感器探头之间的间隔一定，当每对光电传感器探测到连通管中的水位高度时，输出信号至单片机或PLC，单片机或PLC对每一对光电传感器探头由初始位置移动到水位高度处时步进电机转动的脉冲数进行计数，通过信号和数据处理，输出标准的4-20mA电流；因为各对传感器探头之间间隔一定，所以一定距离电机转动的脉冲数也一定，根据公式(1)计算得到未校准修正的水位高度，公式(3)通过公式(2)的脉冲差值与常数N值进行比较，形成液位的自校准，通过修正系数得到最终水位高度H。同时，通过区分各探头的信号，进行水位高度实时跟踪；

         （1）

         （2）

       （3）

式中，为第一对传感器探头由初始位置至水位高度的行程，为第一对传感器探头由初始位置至水位高度电机转动所需的脉冲数，为丝杆电机转动1mm所需的脉冲数，为连通管底部到初始位置的高度，即连通管长度，单位为mm，为两对传感器探头之间电机转动所需的脉冲数差，为第二对传感器探头由初始位置至水位高度电机转动所需的脉冲数，为各传感器探头之间一定距离所需的电机转动所需脉冲数，为常数，为修正后的水位高度，单位为mm。

本发明的有益效果在于：本发明结构简单，采用多对光电传感器探头对水位高度的确定具有高精度的特点，测量水位高度分辨力可达0.01mm，水位高度的测量具有了自校准功能，同时通过区分各输出信号的差别进行实时跟踪水位高度。采用本发明解决了对明渠、河道、沟渠等液位测量精度不高、自动化测量避免人工操作带来的误差。

（1）价格便宜。本发明比现有的超声波液位计，磁滞伸缩液位计、雷达液位计等价格低。

（2）便携性好。

（3）适合波动的水面液位测量。

附图说明