一种冰层厚度自动检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种冰层厚度自动检测装置及方法，装置包括固定支架，固定支架包括一横梁，横梁上设置一支架透孔，合金导管穿过支架透孔，在合金导管的顶端固定设置有透波密封罩，在透波密封罩内设置有测量组件；合金导管内部设置有探测线和电磁铁，所述探测线一端连接至测量组件，另一端连接电磁铁。固定合金导管下端连接一固定托盘，铁环套装在合金导管的外侧，行程复位开关设置在固定托盘上且在合金导管内部。本发明专利技术的装置在发生冰情的时实现冰厚度实时监测和数据的远程传输，在无冰期亦可实现对水位的实时监测和数据远程上报。

An automatic measuring device and method of ice thickness

The invention discloses an automatic ice thickness detection device and method, the device comprises a fixed bracket, the fixed bracket comprises a cross beam, a bracket through hole is arranged on the cross beam, the alloy conduit passes through the bracket through hole, the top end of the alloy conduit is fixedly provided with a through wave sealing cover, and a measurement component is arranged in the through wave sealing cover; the alloy conduit is internally provided with a detection line and an electromagnet, and the One end of the probe line is connected to the measuring assembly and the other end is connected to an electromagnet. The lower end of the fixed alloy conduit is connected with a fixed tray, the iron ring is sheathed on the outside of the alloy conduit, and the travel reset switch is arranged on the fixed tray and inside the alloy conduit. The device can realize real-time monitoring of ice thickness and remote transmission of data in case of ice condition, and can also realize real-time monitoring of water level and remote reporting of data in ice free period.

【技术实现步骤摘要】
一种冰层厚度自动检测装置及方法
本专利技术涉及无线智能测量
，具体涉及一种冰层厚度自动检测装置及方法。
技术介绍
：冰层厚度及其变化监测是寒冷地区分析冰情、分析冰推(压)力的重要手段，对水工程安全运行具有十分重要的意义。目前主要的监测手段有钻孔测量法、电测法、超声波和探地雷达等。钻孔法获取圆柱体冰样进行测量，但对钻孔设备运输及人工操作技术要求较高；电测法利用水、冰的弱导电性、空气的电绝缘特性以及空气、冰与水的电容特性差异自动检测冰层厚度，但在具体应用时的监测精度会受到温度等环境的影响，同时测量不够直观，在夏季等没有冰情的时段无法对水库、河流、渠道等的水位进行监测。超声波和探地雷达测法的具体测量精度有待提高。本专利技术公开的冰厚度自动监测方法和装置，在发生冰情的时段实现了冰厚度实时监测和数据的远程传输，在没有冰情的时段同样可以完成对水位的实时监测和数据远程上报。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：在发生冰情的时段可以实时检测冰层厚度，在不发生冰情的时段可以实时监测水位，以解决现有技术中缺陷。为解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案实现：一种冰层厚度自动检测装置，包括固定支架，固定支架包括一横梁，横梁上设置一支架透孔，合金导管穿过支架透孔，在合金导管的顶端固定设置有透波密封罩，在透波密封罩内设置有测量组件；合金导管内部设置有探测线和电磁铁，所述探测线一端连接至测量组件，另一端连接电磁铁，固定合金导管下端连接一固定托盘，铁环套装在合金导管的外侧，行程复位开关设置在固定托盘上且在合金导管内部；所述测量组件包括微控制器，微控制器分别与水位计、编码器、电机组件连接。前述的冰层厚度自动检测装置，所述铁环由中空不锈铁制成，铁环的高度与电磁铁的高度相同，其内径比合金导管大2mm，密封铁环整个重量为相同体积水的重量的1.4倍。前述的冰层厚度自动检测装置，所述合金导管为镍铁透磁合金管，内外管壁光滑无摩擦。前述的冰层厚度自动检测装置，所述铁环的上表面为与冰下表面相吻合的曲面。前述的冰层厚度自动检测装置，所述电机组件包括直流电机，在所述直流电机的主轴上安装有一定位齿轮，在所述定位齿轮一侧安装有所述编码器，所述编码器包括两个沿定位齿轮的圆周方向相隔90度角设置的光电传感器，两个所述光电传感器输出的脉冲信号通过脉冲输入捕捉电路连接至微控制器的脉冲上升沿捕捉引脚。前述的冰层厚度自动检测装置，所述微控制器包括主控制芯片，所述主控制芯片设有以下控制模块：电机驱动模块：控制直流电机通电；控制电机正转或反转；电机电流检测模块：检测电机电流是否发生突跳；电机转角检测模块：如果电机电流检测模块检测到位电机电流发生突跳，说明电磁铁触碰冰下表面，此时记录编码器读数，并计算电磁铁行程，同时通知电机驱动模块控制电机反转；水位计驱动及控制模块：驱动并控制水位计工作；复位行程开关检测模块：检测电磁铁是否脱离复位行程开关；电池控制模块：检测电池电压是否正常；控制探测线通电；无线传输模块：将主控制芯片获得的测量数据传送至外部设备。前述的冰层厚度自动检测装置，所述直流电机、探测线、编码器、主控制芯片均连接电源，所述电源包括蓄电池，蓄电池连接太阳能板。前述的冰层厚度自动检测装置，在所述透波密封罩内部设置有加温电路，所述加温电路连接至电源。前述的冰层厚度自动检测装置，所述水位计为超声波水位计、激光水位计、雷达水位计中的一种。一种冰层厚度自动检测方法，包括以下步骤：1)微控制器的复位行程开关检测模块检测电磁铁是否脱离复位行程开关，如果电磁铁与复位行程开关贴合，则进入步骤2)；2)微控制器的电池控制模块控制电源给探测线供电，从而使电磁铁接通电源产生吸力，透过合金导管吸引铁环；3)微控制器的电机驱动模块控制直流电机正转，直流电机通过探测线向上提起电磁铁8，同时提升电磁铁吸附的铁环9，在提升过程中编码器完整记录直流电机主轴的转动角度；4)当铁环9接触到冰层下表面时，微控制器的电机电流检测模块检测到电机电流发生突跳；5)当电机电流发生突跳时，电机转角检测模块此时记录编码器主轴转动总角度，通过总角度计算电磁铁行程，得到第二行程H2；6)当电机电流发生突跳时，电机驱动模块控制直流电机反转，放下电磁铁8及铁环9；7)当电磁铁8接触到行程复位开关15时，电池控制模块控制断开探测线和电磁铁电源供电，使铁环9平稳放置于固定托盘10上，同时电磁铁8与行程复位开关15紧密贴合恢复初始位置，即合金导管11的底部；8)此时微控制器的水位计驱动及控制模块控制水位计3测量探头到冰层上表面13的第一距离H1；9)计算冰层厚度H0：H0＝H3-H1-H2，其中，H3为设计距离。前述的一种冰层厚度自动检测方法：在步骤1)后，如果电磁铁与复位行程开关贴合，微控制器同时检测电磁铁行程，如果电磁铁行程超过设定值，则表示无冰层。前述的一种冰层厚度自动检测方法：步骤9)后，利用微控制器的无线传输模块，将主控制芯片获得的测量数据传送至外部设备。本专利技术所达到的有益效果：本专利技术的冰层厚度自动检测装置，水面及冰层上表面测量与水下及冰层下表面测量分开，互相不造成干扰，在发生冰情的时段可以实时检测冰层厚度，在不发生冰情的时段可以实时监测水位；技术兼容性良好，便于维护。同时，冰层下表面的位置测量采用传统的机械接触式感知，创造性地采用镍铁透磁合金(坡莫合金)管作为导管，一方面其刚性材质可有效保护内部电磁铁线路及行程复位开关线路及防止水、冰压力变形，一方面其透磁特性保证内部电磁铁与外面铁环能够牢固吸合，同时光滑内外表面可以有效减小电磁铁和铁环吸附牵引运行时的摩擦力。本专利技术的冰层厚度自动检测装置，适用性强，可以在水库、湖泊、河流、渠道等水利设施广泛应用，不易受温度等环境因素影响，同时测量直观；测报一体，无线组网方式灵活，可选择局域网短距报送或公网广域网远距离报送。附图说明图1为本专利技术中装置结构示意图。图2为本专利技术装置系统组成示意图。图3为本专利技术测量过程的流程示意图。图4为本专利技术中光电传感器安装结构示意图。图5为本专利技术中脉冲输入捕捉电路图。图6为本专利技术中电机正反转两相脉冲关系示意图。图7为本专利技术中脉冲捕捉程序流程图。图8为本专利技术中直流机供电线路及电流检测示意图。图9为本专利技术中电流采样程序流程示意图。图10为本专利技术中组网结构示意图。图11为本专利技术中铁环的三维示意图。图12为本专利技术中铁环的剖面示意图。其中：1-大坝，2-固定支架，3-水位计，4-透波密封罩，5-测量组件，6-支架透孔，7-探测线，8-电磁铁，9-铁环，10-固定托盘，11-镍铁透磁合金导管，12-冰层下表面，13-冰层上表面，14-太阳能板，15-行程复位开关，16-光电传感器，17-定位齿轮，18-铁环外侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冰层厚度自动检测装置，包括固定支架，固定支架包括一横梁，其特征在于：横梁上设置一支架透孔，合金导管穿过支架透孔，在合金导管的顶端固定设置有透波密封罩，在透波密封罩内设置有测量组件；合金导管内部设置有探测线和电磁铁，所述探测线一端连接至测量组件，另一端连接电磁铁，固定合金导管下端连接一固定托盘，铁环套装在合金导管的外侧，行程复位开关设置在固定托盘上且在合金钢管内部；所述测量组件包括微控制器，微控制器分别与水位计、编码器、电机组件连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种冰层厚度自动检测装置，包括固定支架，固定支架包括一横梁，其特征在于：横梁上设置一支架透孔，合金导管穿过支架透孔，在合金导管的顶端固定设置有透波密封罩，在透波密封罩内设置有测量组件；合金导管内部设置有探测线和电磁铁，所述探测线一端连接至测量组件，另一端连接电磁铁，固定合金导管下端连接一固定托盘，铁环套装在合金导管的外侧，行程复位开关设置在固定托盘上且在合金钢管内部；所述测量组件包括微控制器，微控制器分别与水位计、编码器、电机组件连接。


2.根据权利要求1所述的冰层厚度自动检测装置，其特征在于：所述铁环由中空不锈铁制成，铁环的高度与电磁铁的高度相同，其内径比合金导管外径大2mm。


3.根据权利要求1所述的冰层厚度自动检测装置，其特征在于：所述合金导管为镍铁透磁合金管。


4.根据权利要求1所述的冰层厚度自动检测装置，其特征在于：所述铁环上表面为曲面。


5.根据权利要求1所述的冰层厚度自动检测装置，其特征在于：所述电机组件包括直流电机，在所述直流电机的主轴上安装有一定位齿轮，在所述定位齿轮一侧安装有所述编码器，所述编码器包括两个沿定位齿轮的圆周方向相隔90度角设置的光电传感器，两个所述光电传感器输出的脉冲信号通过脉冲输入捕捉电路连接至微控制器的脉冲上升沿捕捉引脚。


6.根据权利要求1所述的冰层厚度自动检测装置，其特征在于：所述微控制器包括主控制芯片，所述主控制芯片设有以下控制模块：
电机驱动模块：控制直流电机通电；控制电机正转或反转；
电机电流检测模块：检测电机电流是否发生突跳；
电机转角检测模块：如果电机电流检测模块检测到位电机电流发生突跳，说明电磁铁触碰冰下表面，此时记录编码器读数，并计算电磁铁行程，同时通知电机驱动模块控制电机反转；
水位计驱动及控制模块：驱动并控制水位计工作；
复位行程开关检测模块：检测电磁铁是否脱离复位行程开关；
电池控制模块：检测电池电压是否正常；控制探测线通电；
无线传输模块：将主控制芯片获得的测量数据传送至外部设备。


7.根据权利要求1所述的冰层厚度自动检测装置，其特征在于：所述直流电机、探测...

【专利技术属性】
技术研发人员：方卫华，陆纬，王润英，陈欣刚，刘磊，班莹，
申请(专利权)人：水利部南京水利水文自动化研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32