一種採用電容式差壓傳感器的泥沙含量檢測系統的製作方法
2023-10-11 18:03:14
專利名稱：一種採用電容式差壓傳感器的泥沙含量檢測系統的製作方法
技術領域：
'本發明涉及泥沙含量檢測領域，尤其是涉及一種採用電容式差壓傳感器的 泥沙含量檢測系統。
背景技術：
水土流失現象具有極其嚴重的危害。首先，它直接破壞了土壤資源，導致 可耕作的土地面積減少。土壤是人類生存所必需的綠色植物生長的基礎。裸露 坡地一經暴雨衝刷，就會使含腐殖質多的表層土壤流失，造成土壤肥力下降。 隨著水土流失程度的加深，溝壑發展也日益加劇。這樣，就使大面積坡耕地支 離破碎，耕種不便，以至棄耕荒廢。其次，流失的泥沙物質進入江河、湖泊和 水庫，淤積水庫、阻塞河道、抬高河床。由於上遊流域水土流失，匯入河道的 泥沙量增大，當挾帶泥沙的河水流經中、下遊河床、水庫或河道，流速降低時， 泥沙就逐漸沉降淤積，使得水庫淤淺而減小容量，河道阻塞而縮短通航裡程， 嚴重影響水利工程和航運事業，每當洪水季節，容易潰堤泛濫。此外，因長期 水土流失導致的土地荒漠化，又帶來了沙塵暴等其它形式的自然災害。
通過對水流進行泥沙檢測，可對水土流失的治理提供禾鬥學依據，也可防治 因水土流失導致的自然災害。目前現有的用於測量泥沙含量的儀器和方法，在 實際應用中存在著一定的局限性。如人工取樣法，雖有很高的精度，但是其測 量周期長、勞動強度大，又因人工採樣時浮泥的層次結構受到擾動，因而所測
的結果不能反映現場狀況；光電法測量泥沙範圍較窄；同位素法和Y射線法精 度高，但放射源稀缺；振動筒法和電容法穩定性較差，受溫度影響大；而現有 的基於壓差原理的壓力傳感器靈敏度低，主要用於海底浮泥層密度測量以及紙 槳池濃度測量等；超聲波的監測設備存在運行不穩定、易受水草纏繞阻擋等問題。因此，需要一種能解決上述問題的泥沙含量檢測方法。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種採用電容式差壓傳感器的泥沙含量 檢測系統，它的穩定性好，精度高，抗幹擾能力強。
本發明釆用以下技術方案 一種採用電容式差壓傳感器的泥沙含量檢測 系統，包括水樣預處理系統，信號採集系統，控制處理系統，觸控螢幕顯示系統， 各系統順序相連，其中，所述觸控螢幕顯示系統連接到數據傳輸系統上，數據傳 輸系統與組態監控系統相連；信號採集系統包括深度傳感器，含沙量傳感器， 流速傳感器，水溫傳感器和模擬量輸入輸出模塊；深度傳感器，含沙量傳感器， 流速傳感器和水溫傳感器分別與模擬量輸入輸出模塊相連，模擬量輸入輸出模 塊包含四模擬信號輸入通道。
進一步，所述含沙量傳感器由兩個電容式差壓傳感器3組成，兩個電容式 差壓傳感器3分別垂直嵌入到防水式金屬直杆4內，其間距相差 300腿-500mm。
進一步，所述含沙量傳感器的電容式差壓傳感器3均位於液面以下，液體 要完全覆蓋兩個電容式差壓傳感器3，最低液位要高於上面一個電容式差壓傳 感器3至少100mm。
進一步，所述控制處理系統採用PLC處理系統，實現數據處理和系統監 控功能。
本發明的有益效果是
本發明基於電容式差壓原理，將兩個電容式差壓傳感器分別垂直嵌入到防 水式金屬直杆內，可有效防止水下水草纏繞等問題。模擬量輸入輸出模塊，可 實現多通道的數據採集，系統不僅能檢測含沙量，而且還能同時檢測探測點的 深度和水溫，使檢測功能增強。通過數據融合，經軟體分析，該檢測系統能將泥沙的含量和時空分布在監控界面上直觀顯示。系統將水溫、水深、流速等多 種因素綜合分析，彌補了由於環境的改變而帶來的誤差，提高了泥沙含量檢測 的精度和穩定性。
本發明有以下優點(1)應用電容式差壓傳感器檢測泥沙含量，將兩個電 容式差壓傳感器分別垂直嵌入到防水式金屬直杆內，可有效防止水下水草纏繞 等問題；(2)利用PLC控制和處理技術，實現了多傳感器集成化和智能化；(3)
採用數據融合技術，將水溫、測點深度等環境影響因素綜合考慮，建立數學模 型，從而使檢測結果更加可靠、穩定和高精度。模擬量輸入輸出模塊，將深度 傳感器、流速傳感器、水溫傳感器和含沙量傳感器集成在一起，完成多通道信
息採集與處理工作；(4)本發明包含觸控螢幕顯示系統和組態監控系統，監控軟 件和觸控螢幕直觀地、實時地監控和管理整個檢測過程；(5)本發明採用了電容 式差壓傳感器、模擬量輸入輸出模塊和數據融合技術，PLC控制和處理技術， 組態監控技術，提高了含沙量檢測的精度和可靠性。
.在隨後的說明書中進行闡述，並且在某種程度上，基於對下文的考察研究 對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教 導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書或者附圖中所特別指出的 結構來實現和獲得。
圖l是本發明的結構框圖2是本發明信號採集系統的結構框圖3是本發明含沙量傳感器的結構示意圖4本發明在線檢測流程圖5是組態監控系統的主監控畫面；
圖6是觸控螢幕顯示系統的主畫面；圖7是PLC和模擬量輸入輸出模塊電路連接圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述
.如圖l、圖2、圖3所示，本系統包括水樣預處理系統，信號採集系統， 控制處理系統(控制處理系統採用PLC處理系統，實現數據處理和系統監控 功能)，觸控螢幕顯示系統，數據傳輸系統和組態監控系統，各系統順序相連。 信號採集系統包括深度傳感器，含沙量傳感器，流速傳感器，水溫傳感器和模 擬量輸入輸出模塊。含沙量傳感器由兩個電容式差壓傳感器3組成。深度傳感 器，含沙量傳感器，流速傳感器和水溫傳感器分別與模擬量輸入輸出模塊相連， 模擬量輸入輸出模塊包含四模擬信號輸入通道(電壓或電流皆可)，使用者可經 由配線選擇電壓輸入或電流輸入。深度傳感器、溫度傳感器、流速傳感器和電 容式差壓傳感器3輸入的都是4-20mA標準電流，其V+和I+端子串接。
本發明採用模擬量輸入輸出模塊，將深度傳感器、流速傳感器、水溫傳 感器和含沙量傳感器集成在一起，完成多通道信息採集與處理工作。處理後的 數據通過總線傳送給PLC處理系統，PLC處理系統把處理後的數據傳送給觸 摸屏顯示系統，觸控螢幕顯示系統再經數據傳輸系統傳送給組態監控系統，經觸 摸屏顯示系統顯示，或通過組態軟體以仿真界面的形式直觀地、實時地顯示出 自動監測系統運行的工作狀態。
'如圖3所示，含沙量傳感器由兩個電容式差壓傳感器3組成，兩個電容式 差壓傳感器3分別垂直嵌入到防水式金屬直杆4內，其間距為300mm -500mm。 兩個電容式差壓傳感器3均位於液面以下，液體要完全覆蓋兩個電容式差壓傳 感器3，並且最低液位要高於上面的電容式差壓傳感器3至少100mm，即防水 式金屬直杆4上的電容式差壓傳感器3與最低液面至少相差100mm。被測液 體如果是流體,則在兩個電容式差壓傳感器3之間的流速必須小於等於0.4m/s。防水式金屬直杆4通過安裝法蘭2與變送器1聯接，變送器1把電容式差壓傳 感器3採集到的信號轉換成模擬電信號。本發明也可不用變送器l，採用帶有 信號轉換功能的電容式差壓傳感器3。
圖4為本發明在線檢測流程圖，系統在開始接通電源後，先進行初始化， 含沙水體經水樣預處理系統預處理，模擬量輸入輸出模塊將深度傳感器、流速 傳感器、水溫傳感器和含沙量傳感器集成在一起，完成多通道信息採集與處理 工作，對電容式差壓傳感器、深度度傳感器、水流速度傳感器和水溫傳感器採 集的信息進行讀取和處理，並且將結果通過485總線上傳到PLC處理系統， 通過組態監控軟體以仿真界面的形式直觀地、實時地顯示出自動監測系統運行 的工作狀態，或者通過觸控螢幕直接顯示檢測的結果。
模擬量輸入輸出模塊，可實現多通道的數據採集，系統不僅能檢測含沙 量，而且還能同時檢測探測點的深度、流速及水溫，使檢測功能增強。
如圖5所示，組態監控系統選用北京亞控公司kingview6.51組態軟體進 行設計。首先在組態王數據字典裡定義I/0變量，使PLC裡的內存單元與組態 王的I/O變量相對應，從而使兩者建立起通信聯繫。變量的變量類型是I/O 實數；讀寫屬性都是讀寫；採集頻率lms;連接設備是巨騰anco—delta。 然後根據上述工作原理在組態王裡作出工作畫面、進行動畫連接和數據管理。
如圖6所示，使用HITECH的觸控螢幕PWS6600來監控電機運轉和編碼器 計數。PWS6600為標準型觸控螢幕，5.7寸16灰度單色，因此只能顯示單色。 本設計的畫面分為兩個畫面即主畫面和泥沙顯示界面，它們的作用分別是控制 PLC的開關和對其脈衝的監控。
圖7為PLC和模擬量輸入輸出模塊電路連接圖。本發明選用PLC作為控 制器，實現了數據處理和系統監控功能。PLC具有使用方便、可靠性高、抗幹擾能力強、性價比高等特點。PLC和模擬量輸入輸出模塊相連。PLC的I/O輸 入端子X0、 XI、 X2分別作為系統開始、停止、手動等按鈕。
PLC程序設計使用的軟體為臺達公司的WPLSOFT V2.08。在編寫PLC程序時 首先要明確軟體流程，分配好輸入和輸出i/o地址，最後用梯形圖語言編寫程序。 軟體編程中要用到兩個重要的指令FROM和TO指令。FROM指令是將模擬量 輸入輸出模塊06XA某一通道寄存器的n個數據讀入PLC基本單元，並存入指定的 數據寄存器中。TO指令是PLC對特殊功能模塊緩衝器BFM寫入數據的指令，其 中H492是選擇四個模擬信號通道為4-20mA電流輸入方式。
本發明採用模擬量輸入輸出模塊，將深度傳感器、流速傳感器、水溫傳感 器和含沙量傳感器集成在一起，完成多通道信息採集與處理工作。硬體平臺以 PLC為控制和處理核心，採集到的信號通過PLC處理系統處理後，在觸控螢幕 直觀顯示檢測結果，還可在組態監控軟體實時顯示。本發明使用直流電源，經 過接線端子接外部電源，為傳感器電路、PLC控制平臺提供直流電源。本發明 蔣電容式差壓傳感器的壓差信號轉變為數位化電信號，應用液體在不同含沙量 時產生不同差壓的原理來檢測含沙量。本發明採用了電容式差壓傳感器、模擬 量輸入輸出模塊和數據融合技術，PLC控制和處理技術，組態監控技術，提高 了含沙量檢測的精度和可靠性。
本發明採用電容式差壓傳感器進行泥沙含量檢測，將多種環境因素進行數 據融合考慮，從而實現高精確度含沙量測量。本發明不僅可適用於一般的河流 泥沙檢測領域，還可應用於黃河流域庫區水質管理、河道清淤以及汙水處理廠 排泥管理等領域。
權利要求
1.一種採用電容式差壓傳感器的泥沙含量檢測系統，包括水樣預處理系統，信號採集系統，控制處理系統，觸控螢幕顯示系統，各系統順序相連，其特徵在於所述觸控螢幕顯示系統連接到數據傳輸系統上，數據傳輸系統與組態監控系統相連；信號採集系統包括深度傳感器，含沙量傳感器，流速傳感器，水溫傳感器和模擬量輸入輸出模塊；深度傳感器，含沙量傳感器，流速傳感器和水溫傳感器分別與模擬量輸入輸出模塊相連，模擬量輸入輸出模塊包含四模擬信號輸入通道。
2. 按照權利要求1所述的一種採用電容式差壓傳感器的泥沙含量檢 測系統，其特徵在於所述含沙量傳感器由兩個電容式差壓傳感器(3) 組成，兩個電容式差壓傳感器(3)分別垂直嵌入到防水式金屬直杆(4) 內，其間距相差300mm-500mm。
3. 按照權利要求2所述的一種採用電容式差壓傳感器的泥沙含量檢 測系統，其特徵在於所述含沙量傳感器的電容式差壓傳感器(3)均 位於液面以下，液體要完全覆蓋兩個電容式差壓傳感器(3)，最低液位 要高於上面一個電容式差壓傳感器(3)至少100mm。
4. 按照權利要求1所述的一種採用電容式差壓傳感器的泥沙含量 檢測系統，其特徵在於所述控制處理系統採用PLC處理系統，實現數 據處理和系統監控功能。
全文摘要
本發明公開了一種採用電容式差壓傳感器的泥沙含量檢測系統，包括水樣預處理系統，信號採集系統，控制處理系統，觸控螢幕顯示系統，各系統順序相連，觸控螢幕顯示系統連接到數據傳輸系統上，數據傳輸系統與組態監控系統相連；信號採集系統包括深度傳感器，含沙量傳感器，流速傳感器，水溫傳感器和模擬量輸入輸出模塊；深度傳感器，含沙量傳感器，流速傳感器和水溫傳感器分別與模擬量輸入輸出模塊相連，模擬量輸入輸出模塊包含四模擬信號輸入通道。本發明將多種環境因素進行綜合考慮，實現了高精確度含沙量測量，不僅可適用於一般的河流泥沙檢測領域，還可應用於黃河流域庫區水質管理、河道清淤以及汙水處理廠排泥管理等領域。
文檔編號G01N9/26GK101603910SQ20091006544
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月15日 優先權日2009年7月15日
發明者付立彬, 劉明堂, 毅 吳, 和瑞勇, 黎 李, 袁洋洲, 榮 趙, 趙俊濤, 航 高 申請人:黃河水利委員會黃河水利科學研究院;華北水利水電學院;黃河科技學院