CN201130046Y - 波浪采集仪 - Google Patents
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Abstract
一种波浪采集仪由频率信号输出液位变送器、微处理器、时钟电路、串行通信接口以及上位机组成，频率信号输出液位变送器由检测波浪液位的压力传感器、对压力传感器输出信号调理的信号补偿放大电路以及对信号补偿放大电路输出信号转换的电压频率转换电路构成，压力传感器为由具有惠斯通电桥结构的硅敏感元件组成的硅压阻敏感组件，硅敏感元件受压面设有与外界密封隔离的隔离膜，隔离膜与硅敏感元件受压面之间形成真空腔室，真空腔室内填充有作为压力传导介质的硅油，上位机通过串行通信接口读取FLASH存储器中采集数据，同时通过串行通信接口更改EEPROM中采集工作参数，本实用新型能自动采集波浪液位，可实时连续采集波浪液位，满足水位动态测量的要求。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种波浪采集仪，应用于江河湖海的波浪测量，特别适用于海洋波浪变化的长期观测，对各种水文的动态水位观测也颇具价值。
背景技术
波浪采集仪是水文水利测量技术、传感器技术、电子技术和计算机技术相结合的一种新型液位计。传统的液位计大多数是先采集数据，然后用人工记录的办法。这种液位计采集数据不大，只能用于静态观测，无法做到动态变化观测，且需要人工记录，操作不方便。
发明内容
为了弥补现有液位计存在的一些不足，本实用新型提供一种波浪采集仪，能自动采集波浪液位，并且根据需要可实时连续采集波浪液位，满足了水位动态测量的要求。
本实用新型的技术方案是这样实现的：一种波浪采集仪，由频率信号输出液位变送器、微处理器、时钟电路、上位机以及连接该微处理器和上位机的串行通信接口组成，该频率信号输出液位变送器由检测波浪液位的压力传感器、对该压力传感器的输出电压信号进行调理的信号补偿放大电路以及对该信号补偿放大电路的输出电压信号转换成频率信号的电压频率转换电路构成，该微处理器根据该时钟电路的时钟频率和设定的采集工作参数，对该电压频率转换电路的输入信号处理后生成的采集数据，经该串行通信接口后输入到该上位机。
作为本实用新型的进一步改进，该压力传感器为由具有惠斯通电桥结构的硅敏感元件组成的硅压阻敏感组件，该硅敏感元件受压面设有与外界密封隔离的隔离膜，该隔离膜与该硅敏感元件受压面之间还形成真空腔室，而该真空腔室内填充有作为压力传导介质的硅油。
作为本实用新型的进一步改进，该波浪采集仪还包括用于存储该采集工作参数的EEPROM，以及用于存储该采集数据的FLASH存储器。
作为本实用新型的进一步改进，该上位机通过该串行通信接口读取该FLASH存储器中的采集数据，同时通过该串行通信接口更改该EEPROM中的采集工作参数。
作为本实用新型的进一步改进，该电压频率转换电路与该微处理器之间设有信号整形电路。
作为本实用新型的进一步改进，该微处理器上接有用于采集数据暂时性存储的数据暂存器，该微处理器和数据暂存器之间还设有相应的地址锁存器。
作为本实用新型的进一步改进，该时钟电路外接延时复位电路。
本实用新型的有益技术效果是：所述频率信号输出液位变送器实现采集波浪液位，该频率信号输出液位变送器由检测波浪液位的压力传感器检测波浪水压，并经过信号补偿放大电路以及电压频率转换电路后，转换为频率信号；该微处理器通过时钟电路来检测波浪的频率信号，为了检测该频率信号的变化(即波浪液位变化)，该微处理器根据EEPROM(Electrically Erasable，Programmable，read-only，中文为电可擦除可编程只读存储器)中设定的采集工作参数(采集频率，连续采集时间，采集间隔时间)，可以实时采集频率信号，并将采集的数据存储到该FLASH存储器(也称闪速存储器)，该上位机一方面通过该串行通信接口读取该FLASH存储器中的采集数据，同时又通过该串行通信接口更改该EEPROM中的采集工作参数，由此实现波浪液位的实时采集，该上位机根据采集数据和采集工作参数可以绘制波浪变化曲线图。
该波浪采集仪具有无人职守自动采集，采集数据量大，连续工作时间长，高精度，高可靠性等优点。
附图说明
图1为本实用新型的控制流程示意图；
图2为运用本实用新型作出的波浪采集曲线图。
对照图1作说明：
1——压力传感器 10——数据暂存器
2——信号补偿放大电路 11——串行通信接口
3——电压频率转换电路 12——时钟电路
4——信号整形电路 13——EEPROM
6——微处理器 14——FLASH存储器
9——地址锁存器 15——上位机
具体实施方式
该波浪采集仪包括频率信号输出液位变送器和数据采集与记录装置两部分，如图1所示。一种波浪采集仪，由频率信号输出液位变送器、微处理器6、时钟电路12、上位机15以及连接该微处理器和上位机的串行通信接口11组成，该频率信号输出液位变送器由检测波浪液位的压力传感器1、对该压力传感器的输出电压信号进行调理的信号补偿放大电路2以及对该信号补偿放大电路的输出电压信号转换成频率信号的电压频率转换电路3构成，该微处理器根据该时钟电路的时钟频率和设定的采集工作参数，对该电压频率转换电路的输入信号处理后生成的采集数据，经该串行通信接口后输入到该上位机。该压力传感器1为由具有惠斯通电桥结构的硅敏感元件组成的硅压阻敏感组件，该硅敏感元件受压面设有与外界密封隔离的隔离膜，该隔离膜与该硅敏感元件受压面之间还形成真空腔室，而该真空腔室内填充有作为压力传导介质的硅油。为了避免硅敏感芯片与测量水介质接触后导致惠斯通检测电桥的四个电阻短路及硅敏感芯片与传感器壳体产生不绝缘问题，该压力传感器采用隔离膜式压力传感器，避免了传感器硅敏感芯片与水直接接触，通过在隔离膜内填充的硅油实现压力的传导。该压力传感器输出信号为电压信号，经过补偿、放大及转换后以频率信号方式输出。频率信号在传输过程中具有抗干扰、传输距离远的特性。
该硅压阻敏感组件采用中国专利“一种微型动态压阻压力传感器及其制造方法”(专利号ZL2003101063298)公开技术方案制成的，该硅压阻敏感组件为具有惠斯通电桥结构的硅敏感元件，采用MEMS(Micro Electro Mechanical System)硅体微机械加工方法制造。本实用新型中所述的压力传感器只是在所述的硅敏感元件受压面前端增加了起隔离作用的隔离膜，该隔离膜与该硅敏感元件受压面之间形成真空腔室，通过在该真空腔室内填充有作为传导介质的硅油实现了波浪的压力传递，达到了检测波浪的压力和液位。
通过该压力传感器1来感应波浪的水压，并将压力信号转化为mV电压信号，该mV电压信号经信号补偿放大电路2、电压频率转化电路3后转化为频率信号，并通过电缆至微处理器6，由于是长距离传输，有可能存在信号干扰与衰减，因此该电压频率转换电路3与该微处理器6之间设计了信号整形电路4实现了信号无失真传输。此频率信号由该微处理器6的内部计数器读取频率值，最后根据P＝ρgh(其中P为压力，ρ为液体密度，g为重力加速度，h为液位深度)换算出对应的水压和波浪高度，该时钟电路12实现了无人职守自动采集功能，时钟电路12外围接有延时复位电路，保证了采集仪工作可靠性。
该微处理器6上接有数据暂存器10，用于采集数据的暂时性存储，在微处理器6和数据暂存器10之间还设有地址锁存器9。
采集频率通过微处理器的内部定时器来控制，时钟电路12决定连续采集时间，采集间隔时间，实现无人职守自动采集功能。采集的数据存储到大容量FLASH存储器14中，串行通信接口11实现了微处理器6与上位机15的连接通信，上位机15通过串行通信接口11读取该FLASH存储器14中保存的采集数据，并绘制出波浪变化曲线图(如图2所示)，还可以通过该上位机设定采集频率，连续采集时间，采集间隔时间等工作参数并存储到内部的非易失性存储器EEPROM13中。
内部有大容量非易失性FLASH存储器，实现了采集数据的海量存储。所有数据的保存以天为单位来创建文本文件。在每一个文本文件里，每一个时间段采集的数据都有一个阶段性的统计，该统计包括采集时间，采集间隔，采集频率，最大值，最小值，平均值等。
由此看出，该波浪采集仪采用智能化设计，测量精度高；无人值守，可自动定时采集；采集数据量大，连续工作时间长；远程数字信号传输，抗干扰能力强，工作稳定可靠；开放的用户操作，用户可以设置仪表工作参数，方便灵活；具有一定的数据分析统计功能；可适配不同量程的传感器，安装与组态方便。
图2为波浪采集曲线图，图中假设采集频率为10HZ，连续采集时间为10分钟，采集间隔时间为30分钟，传感器的量程在100KPa(即浪高10米)以内。
Claims (7)
1、一种波浪采集仪，其特征在于，由频率信号输出液位变送器、微处理器(6)、时钟电路(12)、上位机(15)以及连接该微处理器和上位机的串行通信接口(11)组成，该频率信号输出液位变送器由检测波浪液位的压力传感器(1)、对该压力传感器的输出电压信号进行调理的信号补偿放大电路(2)以及对该信号补偿放大电路的输出电压信号转换成频率信号的电压频率转换电路(3)构成，该微处理器根据该时钟电路的时钟频率和设定的采集工作参数，对该电压频率转换电路的输入信号处理后生成的采集数据，经该串行通信接口后输入到该上位机。
2、如权利要求1所述的波浪采集仪，其特征在于，该压力传感器为由具有惠斯通电桥结构的硅敏感元件组成的硅压阻敏感组件，该硅敏感元件受压面设有与外界密封隔离的隔离膜，该隔离膜与该硅敏感元件受压面之间还形成真空腔室，而该真空腔室内填充有作为压力传导介质的硅油。
3、如权利要求1或2所述的波浪采集仪，其特征在于，该波浪采集仪还包括用于存储该采集工作参数的EEPROM(13)，以及用于存储该采集数据的FLASH存储器(14)。
4、如权利要求3所述的波浪采集仪，其特征在于，该上位机通过该串行通信接口读取该FLASH存储器中的采集数据，同时通过该串行通信接口更改该EEPROM中的采集工作参数。
5、如权利要求1或2所述的波浪采集仪，其特征在于，该电压频率转换电路与该微处理器之间设有信号整形电路(4)。
6、如权利要求1或2所述的波浪采集仪，其特征在于，该微处理器上接有用于采集数据暂时性存储的数据暂存器(10)，该微处理器和数据暂存器之间还设有相应的地址锁存器(9)。
7、如权利要求1或2所述的波浪采集仪，其特征在于，该时钟电路外接延时复位电路。
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