隔离式一体化高精度液位测量设备及液位测量方法技术

本发明专利技术公开了一种隔离式一体化高精度液位测量设备及测量方法，所述设备包括外壳以及设置在外壳内部的感应面板和单片机；感应面板上设有n个感应区、n路感应电容转换电路、n‑1个液位测量电极、一个液体参考电极、一个环境参考电极以及n‑1个电容数字转换器，每两个相邻的感应区之间布置一个液位测量电极，每个液位测量电极与对应的电容数字转换器连接，液体参考电极和环境参考电极分别与每个电容数字转换器连接，感应电容转换电路和电容数字转换器分别与单片机连接。本发明专利技术采用一体化设计，采用无外露触点的隔离式测量方式，可以实现1mm测量精度，能够防止误导通，保证测量准确性，适用于城市内涝、地下排水管网、污水监测、大坝渗流监测等环境。

Isolation integrated high precision liquid level measuring equipment and method

【技术实现步骤摘要】
隔离式一体化高精度液位测量设备及液位测量方法
本专利技术涉及一种液位测量设备，尤其是一种隔离式一体化高精度液位测量设备及测量方法，属于积水检测

技术介绍
随着城市化的快速发展，城市的积水内涝和地下管网排水不畅的问题日益突出。尤其是大中型城市，往往形成“大雨必涝”的城市通病。因此，各大城市开始重点关注城市低洼地带的积水水深和地下管网水位，投入了大量的人力物力财力对积水和地下管网水位进行监测，但是由于现实环境复杂恶劣，还没有让人十分满意的测量设备。目前应用于积水监测较多的设备包括电子水尺、液介式超声波、压力式水位计等，都存在各自的弊端。电子水尺测量功耗低，测量结果稳定，但是由于触点暴露在外面，使用时间长了容易损坏触点，同时也可能粘连杂质杂物，造成误导通。液介式超声波以液体为传输介质，可避免行人和车辆通行的影响，但由于安装在路面，时间长了容易积尘导致测量不准。压力式水位计测量范围广，但在水深较低时测量误差较大且容易造成探头堵塞。目前，用于地下管网水位监测的设备主要包括声波水位计、气介式超声波水位计、雷达水位计。声波水位计只能安装在位于路边的管井，对于道路中间的管井无能为力；气介式超声波水位计测量精度受温度和湿度影响；雷达水位计测量功耗较高且存在一定的测量盲区。综上所述，目前迫切需要一种新型的液位测量设备，能兼容积水水深监测和地下管网水位监测，能适用于恶劣的应用环境，做到测量精度高、整体功耗小、维护频次低、维护成本低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的问题，提供了一种隔离式一体化高精度液位测量设备，该设备采用一体化设计，体积小巧，采用无外露触点的隔离式测量方式，可以实现1mm测量精度，能够防止误导通，保证测量准确性，适用于城市内涝、地下排水管网、污水监测等各种恶劣环境。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述设备的液位测量方法。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种隔离式一体化高精度液位测量设备，包括外壳、感应面板和单片机，所述感应面板和单片机设置在外壳内部；所述感应面板上设有n个感应区、n路感应电容转换电路、n-1个液位测量电极、一个液体参考电极、一个环境参考电极以及n-1个电容数字转换器，n个感应区从下到上依次等距布置，感应区与感应电容转换电路一一对应，每个感应区与对应的感应电容转换电路连接，每两个相邻的感应区之间布置一个液位测量电极，所述液体参考电极位于感应面板底部，所述环境参考电极位于感应面板顶部，且处于液位测量量程以外的位置，液位测量电极与电容数字转换器一一对应，每个液位测量电极与对应的电容数字转换器连接，所述液体参考电极和环境参考电极分别与每个电容数字转换器连接，所述感应电容转换电路和电容数字转换器分别与单片机连接；其中，n≥2。进一步的，所述设备还包括数据传输模块和供电电池，所述数据传输模块和供电电池设置在外壳内部；所述数据传输模块，用于实现液位测量设备与数据服务器之间的通信，使液位测量设备通过无线网络将测量得到的数据传输给数据服务器；所述供电电池，用于为液位测量设备供电。进一步的，每个感应区为导电面，根据产生的感应电容值大小能够区分有无液体覆盖。进一步的，所述感应区和液位测量电极在测量时不直接接触待测液体，以实现隔离式测量。进一步的，所述感应电容转换电路包括感应电容转换芯片、第一电容、第二电容和第三电容，所述感应电容转换芯片的其中三个引脚分别通过第一电容、第二电容和第三电容接地，其中一个引脚与对应的感应区连接，其中一个引脚接发光二极管，并与单片机连接。进一步的，所述感应面板上的感应区数量由液位量程确定。进一步的，最下方的感应区与外壳底部外侧之间、每两个相邻的感应区之间均相隔1cm，每个感应区的垂直高度最小为1mm。进一步的，所述外壳采用防腐蚀材料制成，外壳的颜色可根据现场环境定制，如可定制为水泥色，实现隐蔽性安装。本专利技术的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：一种基于上述液位测量设备的液位测量方法，所述方法包括：当外壳全部或部分浸没于待测液体后，从下往上搜索，读取感应区输出的状态，根据感应区的输出状态，判别处理得到当前液位线所在的感应区，记下该感应区序号ki，并将该感应区对应高度作为第一级测量结果Z1＝10*ki；单位mm，其中，0＜i≤n；根据液位测量电极、液体参考电极和环境参考电极的关系，计算当前液位线所在的感应区与上方的感应区之间的液位高度，将该液位高度作为第二级测量结果Z2；根据第一级测量结果和第二级测量结果，计算得到最终的液位值。进一步的，所述从下往上搜索，读取感应区输出的状态，根据感应区的输出状态，判别处理得到当前液位线所在的感应区，具体包括：从下往上搜索，读取感应区输出的状态；其中，感应区输出为0表示有液体，感应区输出为1表示无液体；若存在相邻两个感应区的输出状态从0变为1，且该感应区之后的所有感应区的输出状态均为1，判断当前液位线在这两个感应区之间，将这两个感应区中位于下方的感应区作为当前液位线所在的感应区；所述搜索考虑了误导通处理，具体如下：若中间存在一个或多个感应区的输出状态为1，且该感应区的下方所有感应区和上方连续多个感应区的输出状态均为0，则判断当前液位线在该感应区上方，并跳过该感应区继续搜索；若中间存在一个或多个感应区的输出状态为0，且该感应区的下方连续多个感应区和上方连续多个感应区的输出状态均为1，则判断当前液位线在该感应区下方。进一步的，所述根据液位测量电极、液体参考电极和环境参考电极的关系，计算当前液位线所在的感应区与上方的感应区之间的液位高度，如下式：其中，CL为当前液位线的液位测量电极电容值，C0为没有液体时的液位测量电极电容值，CRL为参考液体参考电极电容值，CRE为环境参考电极电容值，href为转换系数，Z2单位为mm。进一步的，所述根据第一级测量结果和第二级测量结果，计算得到最终的液位值，如下式：ZL＝Z1+Z2其中，Z1为当前液位线所在感应区对应高度，Z2为当前液位线所在的感应区与上方的感应区之间的液位高度，ZL为最终的液位值。本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本专利技术的液位测量设备考虑到城市内涝监测和地下排水管网水位监测的应用环境恶劣复杂，采用了一体化设计，并且整体结构十分小巧，拆装方便；其将测量分为两级，根据感应区的输出状态实现第一级的测量，根据液位测量电极、液体参考电极和环境参考电极的关系实现第二级的测量，第一级的测量精度为1cm，第二级的测量精度为1mm，在测量液位时先确认液位线的第一级测量精度，然后在此基础上细化求出第二级测量精度，最终实现1mm测量精度。2、本专利技术的液位测量设备在第一级测量时，采用了智能判别处理算法，判别处理得到当前液位线所在的感应区，在从下到上的搜索过程中，可以防止误导通，保证了测量的准确性。3、本专利技术的液位测量设备中，感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隔离式一体化高精度液位测量设备，其特征在于，包括外壳、感应面板和单片机，所述感应面板和单片机设置在外壳内部；/n所述感应面板上设有n个感应区、n路感应电容转换电路、n-1个液位测量电极、一个液体参考电极、一个环境参考电极以及n-1个电容数字转换器，n个感应区从下到上依次等距布置，感应区与感应电容转换电路一一对应，每个感应区与对应的感应电容转换电路连接，每两个相邻的感应区之间布置一个液位测量电极，所述液体参考电极位于感应面板底部，所述环境参考电极位于感应面板顶部，且处于液位测量量程以外的位置，液位测量电极与电容数字转换器一一对应，每个液位测量电极与对应的电容数字转换器连接，所述液体参考电极和环境参考电极分别与每个电容数字转换器连接，所述感应电容转换电路和电容数字转换器分别与单片机连接；其中，n≥2。/n

【技术特征摘要】
1.一种隔离式一体化高精度液位测量设备，其特征在于，包括外壳、感应面板和单片机，所述感应面板和单片机设置在外壳内部；
所述感应面板上设有n个感应区、n路感应电容转换电路、n-1个液位测量电极、一个液体参考电极、一个环境参考电极以及n-1个电容数字转换器，n个感应区从下到上依次等距布置，感应区与感应电容转换电路一一对应，每个感应区与对应的感应电容转换电路连接，每两个相邻的感应区之间布置一个液位测量电极，所述液体参考电极位于感应面板底部，所述环境参考电极位于感应面板顶部，且处于液位测量量程以外的位置，液位测量电极与电容数字转换器一一对应，每个液位测量电极与对应的电容数字转换器连接，所述液体参考电极和环境参考电极分别与每个电容数字转换器连接，所述感应电容转换电路和电容数字转换器分别与单片机连接；其中，n≥2。


2.根据权利要求1所述的隔离式一体化高精度液位测量设备，其特征在于，所述设备还包括数据传输模块和供电电池，所述数据传输模块和供电电池设置在外壳内部；
所述数据传输模块，用于实现液位测量设备与数据服务器之间的通信，使液位测量设备通过无线网络将测量得到的数据传输给数据服务器；
所述供电电池，用于为液位测量设备供电。


3.根据权利要求1所述的隔离式一体化高精度液位测量设备，其特征在于，每个感应区为导电面，根据产生的感应电容值大小能够区分有无液体覆盖。


4.根据权利要求1所述的隔离式一体化高精度液位测量设备，其特征在于，所述感应区和液位测量电极在测量时不直接接触待测液体，以实现隔离式测量。


5.根据权利要求1-4任一项所述的隔离式一体化高精度液位测量设备，其特征在于，所述感应面板上的感应区数量由液位量程确定。


6.根据权利要求1-4任一项所述的隔离式一体化高精度液位测量设备，其特征在于，所述外壳采用防腐蚀材料制成，外壳的颜色根据现场环境定制。


7.一种基于权利要求1-6任一项所述液位测量设备的液位测量方法，其特征在于，所述方法包括：
当外壳部分或全部浸没于待测液体后，从下往上搜索，读取感应区输出的状态，根据感应区...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨跃，韦三刚，陈伟昌，覃朝东，王珊琳，赵旭升，范光伟，余朝华，黄克坚，张彬培，
申请(专利权)人：珠江水利委员会珠江水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44