用于窨井的新型液位传感器

专利摘要:
本实用新型提供一种用于窨井的新型液位传感器，它包括感应电路、信号调理电路和主控制器，所述感应电路连接所述信号调理电路的输入端，所述信号调理电路的输出端连接所述主控制器；所述感应电路包括N个感应电极和分压电路，N个所述感应电极分别与所述分压电路连接，所述感应电极用于感应液位信号并通过分压电路转换为电压信号；所述电压信号经所述信号调理电路传输至所述主控制器，所述主控制器根据所述电压信号输出实际液位值。该用于窨井的新型液位传感器能够提高窨井液位检测精度，且不受外界环境因素影响。
公开号:CN214333941U
申请号:CN202120156392.6U
申请日:2021-01-21
公开日:2021-10-01
发明作者:闵行政；陈彬；蔡永伟；张世坤；周学习
申请人:Zhengzhou Changwei Wulianwang Technology Co ltd；
IPC主号:G01F23-24

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及液位检测技术领域，具体的说，涉及了一种用于窨井的新型液位传感器。
[n0002] 液位传感器是一类常用的传感器，被大量用于水利监测、智慧城市等行业领域，用来感知河道、水渠、水库、湖泊等液位，以及城市窨井内的液位。目前常用液位传感器类型有投入式液位传感器、超声波液位传感器等；但受检测原理的影响，其检测分辨率/检测精度一般仅可做到0.2%、长期稳定性一般为0.3%；且检测精度还会受到环境温度的影响。
[n0003] 特别是智慧城市领域用来检测城市窨井内的液位时，常用液位传感器存在以下缺点：
[n0004] （1）超声波液位传感器因其发射波束角度的限制，受窨井直径和井壁光滑程度影响较大，窨井直径较小、或者井壁较粗糙(或有上下井扶梯)时，均不适合安装超声波液位传感器，另外当检测液面有漂浮物时也会影响其检测结果；
[n0005] （2）投入式液位传感器的检测精度会受到安装现场大气压的影响，且其平衡导气管需要一直与外界大气联通，而在城市窨井应用场景下，整个液位传感器均需安装在井盖下面，平衡导气管有被淹没的可能，进而影响其检测结果；
[n0006] 另外，智慧城市中的智慧排水业务需对城市雨/污管道内液位进行精确测量，为政府决策提供数据基础。
[n0007] 为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
[n0008] 本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种用于窨井的新型液位传感器。
[n0009] 为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种用于窨井的新型液位传感器，它包括感应电路、信号调理电路和主控制器，所述感应电路连接所述信号调理电路的输入端，所述信号调理电路的输出端连接所述主控制器；
[n0010] 所述感应电路包括N个感应电极和分压电路， N个所述感应电极分别与所述分压电路连接，所述感应电极用于感应液位信号并通过分压电路转换为电压信号；
[n0011] 所述电压信号经所述信号调理电路传输至所述主控制器，所述主控制器根据所述电压信号输出实际液位值。
[n0012] 本实用新型的有益效果为：
[n0013] 1）本实用新型提供一种用于窨井的新型液位传感器，能够提高窨井液位检测精度，且不受外界环境因素(大气压、检测面杂物等)影响；
[n0014] 2）单体液位传感器之间可进行级联，方便进行量程扩展，安装简便且检测精度高，适合大范围的推广。
[n0015] 图1是本实用新型的结构示意框图；
[n0016] 图2是本实用新型的电路原理图；
[n0017] 图3是本实用新型的一体式新型液位传感器的结构示意图；
[n0018] 图4是本实用新型的级联式新型液位传感器的结构示意图；
[n0019] 图5是本实用新型的分体式新型液位传感器的结构示意图；
[n0020] 图6是本实用新型的一体式新型液位传感器的侧视图；
[n0021] 图7（a）至图7（d）是本实用新型的俯视图；
[n0022] 图中：1.线路板；2.防水壳体；3.感应电极；4.防水接头；5.一体式新型液位传感器；6.分体式新型液位传感器；7.连接线缆；8.窨井内壁。
[n0023] 下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
[n0024] 实施例1
[n0025] 一种用于窨井的新型液位传感器，它包括感应电路、信号调理电路和主控制器，所述感应电路连接所述信号调理电路的输入端，所述信号调理电路的输出端连接所述主控制器；所述感应电路包括N个感应电极和分压电路，N个所述感应电极分别与所述分压电路连接，所述感应电极用于感应液位信号并通过分压电路转换为电压信号；所述电压信号经所述信号调理电路传输至所述主控制器，所述主控制器根据所述电压信号输出实际液位值。
[n0026] 本实施例给出了一种分压电路的具体实施方式，所述分压电路包括N个串联连接的电阻，N个感应电极的一端分别依次连接相应电阻的连接点，在相邻两个感应电极被水淹没时，两个感应电极之间的电阻处于短路状态。可以理解，各感应电极间串接电阻，通过检测电阻串联电路的输出电压获得液位高度信息。
[n0027] 具体的，感应电极与分压电路中的电阻数量根据该用于窨井的新型液位传感器的量程范围进行适应性设置，本实施例在此不做限制。
[n0028] 需要说明的是，该用于窨井的新型液位传感器利用水的微弱导电性原理通过感应电极来检测液位；该用于窨井的新型液位传感器在现场竖直安装，当现场有水时，会从下到上逐一淹没感应电极；因为水具有导电性，故当相邻两个感应电极被淹没时，相当于处于短路状态，电极间所串接的电阻可忽略。通过在相邻的感应电极间串联等值的电阻，形成分压电路，当待检液面高度淹没不同感应电极时，输出的电压值是不同的；通过检测输出电压值即可换算出实际液位值。
[n0029] 在一种具体实施方式中，若第0感应电极对应液位深度 0CM，第1感应电极对应1CM，第2感应电极对应2CM，……，第97感应电极对应97CM，第98感应电极对应98CM，第99感应电极对应99CM ，第100感应电极对应100CM。R1、R2、R3、……、R97、R98、R99、R100、R101等串接电阻的阻值相同。分压电路输出电压Vad=VCC* ((R1+R2+……+R99+ R100)/ (R101+(R1+R2+……+R99+ R100)))，假设VCC=5V，串接电阻R1~R101阻值均为10kΩ，Vad=5*((R1+R2+……+R99+R100)/(R101+(R1+R2+……+R99+R100)))；当液位深度不同时，不同数量的感应电极被淹没，分压电路(R1+R2+……+R99+R100)的电阻总值也是不同的，(相邻感应电极同时被淹没时，相当于处于短路状态，电极间所串接的电阻可忽略(阻值为0Ω))。
[n0030] 如：液位深度为100CM时，所有感应电极(第0感应电极至第100感应电极)均被淹没时，分压电路(R1+R2+……+R99+R100)的电阻总值为0，此时输出电压Vad=0V。液位深度为99CM时，第0感应电极至第99感应电极均被淹没，分压电路(R1+R2+……+R99+R100)的电阻总值为10kΩ，此时输出电压Vad=2.5V。……液位深度为90CM时，第0感应电极至感应电极90均被淹没，分压电路(R1+R2+……+R99+R100)的电阻总值为100kΩ，此时输出电压Vad=4.545455V。……液位深度为10CM时，第0感应电极至第10感应电极均被淹没，分压电路(R1+R2+……+R99+R100)的电阻总值为900kΩ，此时输出电压Vad=4.945055V。液位深度为1CM时，第0感应电极和第1感应电极均被淹没时，分压电路(R1+R2+……+R99+R100)的电阻总值为990kΩ，此时输出电压Vad=4.95V。液位深度为0CM时，所有感应电极均未被淹没时，分压电路(R1+R2+……+R99+R100)的电阻总值为1000kΩ，此时输出电压Vad=4.950495V。
[n0031] 如附图2所示，为提高检测精度，所述信号调理电路采用24位ADC芯片TM7711；ADC芯片将分压电路输出电压进行模数转换，主控制器MCU通过两线制串行通信口获得ADC结果，并计算出实际液位值。
[n0032] 需要说明的是，为防止因待测液面上的杂物影响测量结果，该用于窨井的新型液位传感器通过错位排列感应电极的方式来提高检测分辨率和检测精度，有效减少误报。
[n0033] 具体的，N个感应电极自上而下错位排列，N个感应电极排成左、右两列，左、右两列感应电极不对称布设，使得N个感应电极错位排列在窨井内壁8上，如附图3所示。
[n0034] 进一步的，同一列上下两个相邻感应电极之间的距离不小于预设距离M，具体的，所述预设距离M的取值范围为2cm至10cm；感应电极做错位排列时各感应电极漏出壳体部分的距离间隔不宜小于3cm；因此，所述预设距离M优选为3cm。
[n0035] 实施例2
[n0036] 本实施例中，所述用于窨井的新型液位传感器为一体式结构或者分体式结构。
[n0037] 附图3和附图6示出了一种一体式新型液位传感器，该用于窨井的新型液位传感器还包括防水壳体2，所述感应电极3一端封装在所述防水壳体2内，所述感应电极3另一端延伸至所述防水壳体2外设置。可以理解，N个感应电极排成左、右两列，左侧一列感应电极或右侧一列感应电极，延伸至所述防水壳体外设置的上下两个相邻感应电极外端部之间的距离为预设距离M。
[n0038] 进一步的，延伸至所述防水壳体外设置的感应电极外端部的外径不超过预设外径阈值，优选的，所述预设外径阈值为2mm。
[n0039] 进一步的，所述防水壳体的横截面为长方形、正方形、三角形或者圆形，如附图7（a）至附图7（d）所示；实际应用中，可根据实际需要按两个、三个、四个、六个等不同数量的感应电极进行错位排列。
[n0040] 可以理解，所述防水壳体用于封装感应电路和主控制器等零部件，所述防水壳体2内设置线路板1，所述线路板1上设置感应电路、信号调理电路和主控制器等。所述感应电极采用不锈钢等导电性良好且耐腐蚀的材质制成，感应电极以旁支形式从防水壳体伸出，且做防水处理，漏出部分满足感应需求即可。
[n0041] 附图4示出了一种级联式新型液位传感器的结构示意图，需要说明的是，一体式新型液位传感器5在整体结构设计上可保证，多个液位传感器无缝对接，达到量程扩展的目的。
[n0042] 附图5示出了一种分体式新型液位传感器6的结构示意图，所述分体式新型液位传感器包括左右两部分，左右两部分之间通过连接线缆7通信连接。
[n0043] 需要说明的是，当窨井内环境复杂(特别容易出现杂物)时，应使用分体式液位传感器，以使相邻的感应电极相距更远，确保检测结果准确；分体式液位传感器原理与一体式液位传感器原理相同；在现场安装时，需保证各分立单元处于同一水平基线。
[n0044] 实施例3
[n0045] 如附图1和附图2所示，所述主控制器还与显示单元连接，所述显示单元用于展示所述实际液位值。
[n0046] 进一步的，所述主控制器还通过通信单元向与外部设备通讯互联，所述通信单元为有线通信模块或者无线通信模块。可以理解，所述主控制器通过无线通信单元与远程监控终端通讯互联，用于将所述实际液位值传输至所述远程监控终端，使得该用于窨井的新型液位传感器具备联网功能。
[n0047] 具体的，所述显示单元采用LCD12864液晶显示屏，所述有线通信模块可以为RS485、RS232、SPI、IIC，所述无线通信模块可以为蓝牙、WIFI、2G/3G/4G/5G/NB-IoT等。
[n0048] 在一种具体实施方式中，所述有线通信模块为RS485，具体的，所述主控制器与485接口电路连接，所述485接口电路通过防水壳体2侧壁上的防水接头4与外部设备通信连接；其中，所述485接口电路可以采用ISL83072芯片。
[n0049] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

权利要求:
Claims (10)
[0001] 1.一种用于窨井的新型液位传感器，其特征在于：包括感应电路、信号调理电路和主控制器，所述感应电路连接所述信号调理电路的输入端，所述信号调理电路的输出端连接所述主控制器；
所述感应电路包括N个感应电极和分压电路，N个所述感应电极分别与所述分压电路连接，所述感应电极用于感应液位信号并通过分压电路转换为电压信号；
所述电压信号经所述信号调理电路传输至所述主控制器，所述主控制器根据所述电压信号输出实际液位值。
[0002] 2.根据权利要求1所述的用于窨井的新型液位传感器，其特征在于：N个感应电极自上而下错位排列。
[0003] 3.根据权利要求2所述的用于窨井的新型液位传感器，其特征在于：N个感应电极排成左、右两列，左、右两列感应电极不对称布设。
[0004] 4.根据权利要求3所述的用于窨井的新型液位传感器，其特征在于：同一列上下两个相邻感应电极之间的距离不小于预设距离M。
[0005] 5.根据权利要求2所述的用于窨井的新型液位传感器，其特征在于：所述感应电极一端封装在防水壳体内，所述感应电极另一端延伸至所述防水壳体外设置。
[0006] 6.根据权利要求5所述的用于窨井的新型液位传感器，其特征在于：延伸至所述防水壳体外设置的感应电极外端部的外径不超过预设外径阈值。
[0007] 7.根据权利要求5所述的用于窨井的新型液位传感器，其特征在于：所述防水壳体的横截面为长方形、正方形、三角形或者圆形。
[0008] 8.根据权利要求1所述的用于窨井的新型液位传感器，其特征在于：所述用于窨井的新型液位传感器为一体式结构或者分体式结构。
[0009] 9.根据权利要求1所述的用于窨井的新型液位传感器，其特征在于：所述分压电路包括N个串联连接的电阻，N个感应电极的一端分别依次连接相应电阻的连接点，在相邻两个感应电极被水淹没时，两个感应电极之间的电阻处于短路状态。
[0010] 10.根据权利要求1所述的用于窨井的新型液位传感器，其特征在于：所述主控制器还与显示单元和通信单元连接，所述显示单元用于展示所述实际液位值，所述通信单元用于向外部设备传输所述实际液位值。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202120156392.6U|CN214333941U|2021-01-21|2021-01-21|用于窨井的新型液位传感器|CN202120156392.6U| CN214333941U|2021-01-21|2021-01-21|用于窨井的新型液位传感器|