电磁悬浮声波水量计的制作方法

电磁悬浮声波水量计的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水量计，尤其是涉及一种根据电磁悬浮原理，通过声波测量距离的方式来获得数据的水量计。
【背景技术】
[0002]水量计，作为一种基本降雨量检测装置，在环境监测中被广泛使用，现如今被广泛使用的主要是翻斗式与虹吸式雨量计。
[0003]虹吸式雨量计主要适于人工观测，但虹吸式雨量计存在两大缺陷:一是在10_雨量完成一次虹吸的过程中，十几秒钟时间内下的降雨都会被虹吸掉，不能及时被记录上；二是北方容易下“泥巴雨”，虹吸管脏后会导致虹吸不正常，甚至有时不能正常的工作；而翻斗式雨量计则是通过连续翻动两个平衡的翻斗来记录降水量，但也存在微雨、小雨无反应，大雨、暴雨时误差较大的问题，不能很好地应对较为恶劣的天气。而且由于环境的影响，当风力过大(热带风暴或飓风)时使用雨量计是没有意义的，因为在对雨量计本身造成伤害的同时，所记录的结果也会有过大的误差。此外，雨水粘附在筒壁或漏斗上，会导致测量结果略微偏小。所以设计出一个能够克服恶劣环境影响并且能够使检测精度提高的雨量计已经成为了一个重要的问题。

【发明内容】

[0004]本实用新型目的在于提供一种电磁悬浮声波水量计，它通过电磁悬浮的内桶与声波发生器来实现对降水量较为精准的检测，并可以根据内桶下降的距离来控制桶盖的开合大小，通过声波测量内桶的距离通过换算得到降水量的目的。
[0005]本实用新型的目的是这样实现的:
[0006]一种电磁悬浮声波水量计，包括底座、上端开口的圆筒形外壳、集水桶和控制器，在外壳内放置有集水桶，特征是:还包括能打开或闭合的桶盖，桶盖由四块结构相同的扇形部分组成，每个扇形部分由活动板、水平连接板和一块长方形的竖直连接板组成，水平连接板的内端通过左上角的固定螺栓与右上角的固定螺栓与活动板固定在一起，竖直连接板的下端通过左下角的固定螺栓与右下角的固定螺栓固定在外壳的上端，在活动板的右半部分中部内嵌有滑槽，在外壳的顶端设有能够嵌入滑槽内的固定滑块，固定滑块能在滑槽内滑动，从而使活动板能够相对外壳滑动，在活动板的下表面中部靠近外侧处嵌有齿条，齿条的长度是桶盖直径的四分之一，在外壳的内部顶端固定有电机支座，电机支座位于齿条的正下方，电机支座通过电机支座螺栓与外壳固定在一起，在电机支座的上面固定有无刷电机，在无刷电机的输出轴上固定有能够与齿条相啮合的齿轮，无刷电机的输出轴带动齿轮转动，通过齿条与齿轮的啮合带动活动板作横向运动；
[0007]集水桶为上端开口、开口处为广口的圆柱体结构，集水桶内部的上半部分为圆锥形底的内桶，集水桶下半部分的内部为空腔外部是桶身的圆柱体结构，在集水桶的桶底设有水平且中间带有圆孔的永磁体托架，在永磁体托架的上表面、圆孔边上固定有环形永磁体；在内桶的圆锥形底的中间放置有湿度传感器，在圆锥形底底部的外表面为一实心的声波反射台；在集水桶的上部开口处外侧、左右相对称的两侧分别放置有上定位红外线接收二极管和下定位红外线接收二极管，在集水桶的桶身的左侧外部上部、上定位红外线接收二极管的正下方放置有轻型金属块，在轻型金属块的正下方放置有用于检测是否旋转的下红外线接收二极管；
[0008]在外壳的内壁左侧从上到下依次设有左上凹槽、左中上凹槽和左中下凹槽，在左上凹槽内安装有上定位红外线发射二极管，在左中上凹槽内安装有用于抑制旋转的抑制线圈，在左中下凹槽内安装有用于检测是否旋转的下红外线发射二极管，在外壳的内壁右侧中部设有右中凹槽，在右中凹槽内安装有下定位红外线发射二极管，上定位红外线接收二极管与上定位红外线发射二极管处于同一高度，下红外线接收二极管与下红外线发射二极管处于同一高度；
[0009]在外壳内、底座的中部设有一向上突出且竖向内部中空的T型台，在T型台的上表面为声波装置放置面，环形的声波发生器放置于声波装置放置面的上面，且处于集水桶的内桶的圆锥形底的中部的声波反射台的正下方，在声波装置放置面的下表面固定有环形的线圈固定架，在线圈固定架的内部安装有铁芯，在线圈固定架的外部缠绕有磁场线圈；T型台的竖向中空部位为排水通道，在排水通道的顶端设有能与内桶的圆锥形底内嵌的漏斗形口，在排水通道的中上部设有排水阀；
[0010]在底座的上面、T型台的周围放置有集成了控制器的环形的控制电路板，霍尔传感器在T型台的周围成环形均匀分布并固定在环形的控制电路板上，环形的可充电电源放置在控制电路板的正下方，内嵌于底座内，环形的可充电电源提供直流电供给霍尔传感器、湿度传感器、上定位红外线发射二极管、上定位红外线接收二极管、下定位红外线发射二极管、下定位红外线接收二极管、下红外线发射二极管、下红外线接收二极管、磁场线圈、无刷电机、指示灯、抑制线圈、排水阀、声波传感器。
[0011]在外壳的外侧右侧下部安装有指示灯，在指示灯外罩有一能让工作人员看到指示灯能否闪亮的灯罩；
[0012]霍尔传感器的感应信号输出端接控制器的感应信号输入端，湿度传感器的湿度信号输出端接控制器的湿度信号输入端，上定位红外线接收二极管的上定位红外信号输出端接控制器的上定位红外信号输入端，下定位红外线接收二极管的下定位红外信号输出端接控制器的下定位红外信号输入端、下红外线接收二极管的旋转检测信号输出端接控制器的旋转检测信号输入端，声波传感器的声波信号输出端接控制器的声波信号输入端，控制器的显示信号输出端与指示灯的显示信号输入端相连，控制器的抑制信号输出端与抑制线圈的抑制信号输入端相连，控制器的调整信号输出端与磁场线圈的调整信号输入端相连，控制器的转动信号输出端与无刷电机的转动信号输入端相连，控制器的开关信号输出端与排水阀的开关信号输入端相连。
[0013]上定位器由上定位红外线接收二极管与上定位红外线发射二极管组成，下定位器由下定位红外线发射二极管和下定位红外线接收二极管组成，旋转检测器由用于检测是否旋转的下红外线接收二极管与下红外线发射二极管组成，旋转抑制器由抑制线圈和轻型金属块组成。
[0014]本实用新型的工作原理为:通过电机输出轴带动齿轮旋转，齿轮与固定于桶盖下表面上的齿条相咬合，从而实现桶盖的开合。
[0015]上定位器的工作原理为:当上定位红外线发射二极管发射红外线而上定位红外线接收二极管接收到时，上定位器输出正V，表示上定位器工作。
[0016]下定位器的工作原理为:当下定位红外线接收二极管接收到下定位红外线发射二极管发射的红外信号时，下定位器输出正V，表示下定位器工作。
[0017]旋转检测器的工作原理为:当下红外线接收二极管接收到下红外线发射二极管发射的红外信号时，旋转检测器输出正V，表示旋转检测器工作。
[0018]固定于集水桶上的用于上定位的上定位器工作，表示集水桶已经处于正常高度状态。当固定于集水桶上的用于下定位的下定位器工作时，表示集水桶内已经有最大的水量，集水桶应该排水。由于集水桶通过磁力悬浮，在克服了重力的情况下容易旋转，所以当集水桶上的旋转检测器工作时，表示内桶正处于旋转状态，在外壳处设有旋转抑制器模块，旋转抑制器模块的主要工作原理为抑制线圈通电产生电磁力，电磁力吸引位于集水桶上的同高度的轻型金属块，从 而阻止集水桶旋转。
[0019]集水桶通过永磁体托架上表面固定的永磁体与磁场线圈通电后所形成的电磁力之间的相互斥力，从而使集水桶悬浮在内部。
[0020]因此，本实用新型具有能够自动开合的桶盖、自动排水、自动复原工作的功能，并且由于电磁悬浮对于重力改变的敏感性，与声波传播速度较快能够进行实时检测的特征，克服了当有强降雨时复杂的环境对于采集装置的干扰，并大大提高了检测精度与准确性，具有操作简单，节省了大量的人力物力，精度高减少了磨损的优点。
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的桶盖仰视图；
[0022]图2为本实用新型的桶盖结构图；
[0023]图3为本实用新型的集水桶正视剖视图；
[0024]图4为本实用新型的外壳与底座正视剖视图；
[0025]图5为本实用新型的侧视剖视图；
[0026]图6为本实用新型的外观图；
[0027]图7为本实用新型的电路框图。
[0028]【具体实施方式】:
[0029]下面结合实例并对照附图对本实用新型做进一步详细说明。
[0030]一种电磁悬浮声波水量计，包括底座35、上端开口的圆筒形外壳26和集水桶49，在外壳26内放置有集水桶49，特征是:还包括能打开或闭合的桶盖，桶盖由四块结构相同的扇形部分组成，每个扇形部分由活动板6、水平连接板8和一块长方形的竖直连接板9组成，水平连接板8的内端通过左上角的固定螺栓10与右上角的固定螺栓11与活动板6固定在一起，竖直连接板9的下端通过左下角的固定螺栓12与右下角的固定螺栓13固定在外壳26的上端，在活动板6的右半部分中部内嵌有滑槽3，在外壳26的顶端设有能够嵌入滑槽3内的固定滑块14，固定滑块14能在滑槽3内滑动，从而使活动板6能够相对外壳26滑动，在活动板6的下表面中部靠近外侧处嵌有齿条5，齿条5的长度是桶盖直径的四分之一，在外壳26的内部顶端固定有电机支座7，电机支座7位于齿条5的正下方，电机支座7通过电机支座螺栓2与外壳26固定在一起，在电机支座7的上面固定有无刷电机1，在无刷电机I的输出轴上固定有能够与齿条5相啮合的齿轮4，无刷电机I的输出轴带动齿轮4转动，通过齿条5与齿轮4的啮合带动活动板6作横向运动；
[0031]集水桶49为上端开口、开口处为广口的圆柱体结构，集水桶49内部的上半部分为圆锥形底15的内桶16，集水桶49下半部分的内部为空腔外部是桶身17的圆柱体结构，在集水桶49的桶底设有水平且中间带有圆孔的永磁体托架18，在永磁体托架18的上表面、圆孔边上固定有环形永磁体19 ;在内桶16的圆锥形底15的中间放置有湿度传感器20，在圆锥形底15底部的外表面为一实心的声波反射台21 ;在集水桶49的上部开口处外侧、左右相对称的两侧分别放置有上定位红外线接收二极管22和下定位红外线接收二极管23，在集水桶49的桶身17的左侧外部上部、上定位红外线接收二极管22的正下方放置有轻型金属块24，在轻型金属块24的正下方放置有用于检测是否旋转的下红外线接收二极管25 ;
[0032]在外壳26的内壁左侧从上到下依次设有左上凹槽29、左中上凹槽31和左中下凹槽32，在左上凹槽29内安装有上定位红外线发射二极管27，在左中上凹槽31内安装有用于抑制旋转的抑制线圈30，在左中下凹槽32内安装有用于检测是否旋转的下红外线发射二极管28，在外壳26的内壁右侧中部设有右中凹槽34，在右中凹槽34内安装有下定位红外线发射二极管33，上定位红外线接收二极管22与上定位红外线发射二极管27处于同一高度，下红外线接收二极管25与下红外线发射二极管28处于同一高度；
[0033]在外壳26内、底座35的中部设有一向上突出且竖向内部中空的T型台36，在T型台36的上表面为声波装置放置面37，环形的声波发生器38放置于声波装置放置面37的上面，且处于集水桶49的内桶16的圆锥形底15的中部的声波反射台21的正下方，在声波装置放置面37的下表面固定有环形的线圈固定架39，在线圈固定架39的内部安装有铁芯40，在线圈固定架39的外部缠绕有磁场线圈41 ;T型台36的竖向中空部位为排水通道42，在排水通道42的顶端设有能与内桶16的圆锥形底15内嵌的漏斗形口 43，在排水通道42的中上部设有排水阀44 ；
[0034]在底座35的上面、T型台36的周围放置有集成了控制器(MCU) 51的环形的控制电路板50，霍尔传感器45在T型台36的周围成环形均匀分布并固定在环形的控制电路板50上，环形的可充电电源46放置在控制电路板50的正下方，内嵌于底座35内，环形的可充电电源46提供直流电供给霍尔传感器45、湿度传感器20、上定位红外线发射二极管27、上定位红外线接收二极管22、下定位红外线发射二极管33、下定位红外线接收二极管23、下红外线发射二极管28、下红外线接收二极管25、磁场线圈41、无刷电机1、指示灯48、抑制线圈30、排水阀44、声波传感器38。
[0035]在外壳26的外侧右侧下部安装有指示灯48，在指示灯48外罩有一能让工作人员看到指示灯48能否闪亮的灯罩47 ；
[0036]霍尔传感器45的感应信号输出端接控制器51的感应信号输入端，湿度传感器20的湿度信号输出端接控制器51的湿度信号输入端，上定位红外线接收二极管22的上定位红外信号输出端接控制器51的上定位红外信号输入端，下定位红外线接收二极管23的下定位红外信号输出端接控制器51的下定位红外信号输入端、下红外线接收二极管25的旋转检测信号输出端接控制器51的旋转检测信号输入端，声波传感器38的声波信号输出端接控制器51的声波信号输入端，控制器51的显示信号输出端与指示灯48的显示信号输入端相连，控制器51的抑制信号输出端与抑制线圈30的抑制信号输入端相连，控制器51的调整信号输出端与磁场线圈41的调整信号输入端相连，控制器51的转动信号输出端与无刷电机I的转动信号输入端相连，控制器51的开关信号输出端与排水阀44的开关信号输入端相连。
[0037]上定位器由上定位红外线接收二极管22与上定位红外线发射二极管27组成，下定位器由下定位红外线发射二极管33和下定位红外线接收二极管23组成，旋转检测器由用于检测是否旋转的下红外线接收二极管25与下红外线发射二极管28组成，旋转抑制器由抑制线圈30和轻型金属块24组成。
[0038]工作原理:
[0039]本实用新型是放置在室外以用来采集降水从而得到降水量的装置。由工作人员放置并初始化。当处于初始化状态时，本实用新型处于工作方式一。
[0040]工作方式一具体为:当下红外线发射二极管28发射红外信号而下红外线接收二极管25没有接收到时(集水桶49处于旋转状态时):抑制线圈30通电工作，由于抑制线圈30通电后功能为电磁铁，由电磁铁对于轻型金属块24的吸引力从而阻止集水桶49旋转，当集水桶49停止旋转时，下红外线发射二极管28发射红外信号而下红外线接收二极管25正好可以接收到；当下红外线发射二极管28发射红外信号而下红外线接收二极管25接收到时抑制线圈30停止工作；同时上定位红外线接收二极管22接收上定位红外线发射二 极管27发射的红外信号，当没接收到时:声波发生器38测量并判断距离，当距离不是预设定的正常高度值时，磁场线圈41改变电流以使集水桶49位置改变，令上定位红外线发射二极管27发射红外信号使上定位红外线接收二极管22接收到。当上定位红外线发射二极管27发射红外信号而上定位红外线接收二极管22接收到后:霍尔传感器45判断磁场；当磁场不是设定正常高度值时的磁场大小时，微调电流使磁场达到预设值。将桶盖打开并切换到工作方式二。
[0041]工作方式二具体为:当下红外线发射二极管28发射红外信号而下红外线接收二极管25没有接收到时(集水桶49处于旋转状态时):抑制线圈30通电工作，由于抑制线圈30通电后功能为电磁铁，由电磁铁对于轻型金属块24的吸引力从而阻止集水桶49旋转，当集水桶49停止旋转时，下红外线发射二极管28发射红外信号而下红外线接收二极管25正好可以接收到；当下红外线发射二极管28发射红外信号并且下红外线接收二极管25接收到时抑制线圈30停止工作；同时声波发生器38开始正常工作，正常获取距离值。霍尔传感器45判断磁场大小给予补偿电流使集水桶49高度保持当前状态稳定。桶盖根据声波检测距离大小改变打开程度，当距离越大开口程度越小。由于雨水逐渐增多集水桶49会下降，因此当下定位红外线发射二极管33发射红外信号并且下定位接收器23接收到时(排水过程中):桶盖关闭。排水阀44打开排水。湿度传感器20检测是否排水完毕。当排水完毕时，排水阀44关闭。转换为工作方式I。
【主权项】
1.一种电磁悬浮声波水量计，包括底座、上端开口的圆筒形外壳、集水桶和控制器，在外壳内放置有集水桶，特征是:还包括能打开或闭合的桶盖，桶盖由四块结构相同的扇形部分组成，每个扇形部分由活动板、水平连接板和一块长方形的竖直连接板组成，水平连接板的内端通过左上角的固定螺栓与右上角的固定螺栓与活动板固定在一起，竖直连接板的下端通过左下角的固定螺栓与右下角的固定螺栓固定在外壳的上端，在活动板的右半部分中部内嵌有滑槽，在外壳的顶端设有能够嵌入滑槽内的固定滑块，固定滑块能在滑槽内滑动，从而使活动板能够相对外壳滑动，在活动板的下表面中部靠近外侧处嵌有齿条，齿条的长度是桶盖直径的四分之一，在外壳的内部顶端固定有电机支座，电机支座位于齿条的正下方，电机支座通过电机支座螺栓与外壳固定在一起，在电机支座的上面固定有无刷电机，在无刷电机的输出轴上固定有能够与齿条相啮合的齿轮，无刷电机的输出轴带动齿轮转动，通过齿条与齿轮的啮合带动活动板作横向运动； 集水桶为上端开口、开口处为广口的圆柱体结构，集水桶内部的上半部分为圆锥形底的内桶，集水桶下半部分的内部为空腔外部是桶身的圆柱体结构，在集水桶的桶底设有水平且中间带有圆孔的永磁体托架，在永磁体托架的上表面、圆孔边上固定有环形永磁体；在内桶的圆锥形底的中间放置有湿度传感器，在圆锥形底底部的外表面为一实心的声波反射台；在集水桶的上部开口处外侧、左右相对称的两侧分别放置有上定位红外线接收二极管和下定位红外线接收二极管，在集水桶的桶身的左侧外部上部、上定位红外线接收二极管的正下方放置有轻型金属块，在轻型金属块的正下方放置有用于检测是否旋转的下红外线接收二极管； 在外壳的内壁左侧从上到下依次设有左上凹槽、左中上凹槽和左中下凹槽，在左上凹槽内安装有上定位红外线发射二极管，在左中上凹槽内安装有用于抑制旋转的抑制线圈，在左中下凹槽内安装有用于检测是否旋转的下红外线发射二极管，在外壳的内壁右侧中部设有右中凹槽，在右中凹槽内安装有下定位红外线发射二极管，上定位红外线接收二极管与上定位红外线发射二极管处于同一高度，下红外线接收二极管与下红外线发射二极管处于同一高度； 在外壳内、底座的中部设有一向上突出且竖向内部中空的T型台，在T型台的上表面为声波装置放置面，环形的声波发生器放置于声波装置放置面的上面，且处于集水桶的内桶的圆锥形底的中部的声波反射台的正下方，在声波装置放置面的下表面固定有环形的线圈固定架，在线圈固定架的内部安装有铁芯，在线圈固定架的外部缠绕有磁场线圈；T型台的竖向中空部位为排水通道，在排水通道的顶端设有能与内桶的圆锥形底内嵌的漏斗形口，在排水通道的中上部设有排水阀； 在底座的上面、T型台的周围放置有集成了控制器的环形的控制电路板，霍尔传感器在T型台的周围成环形均匀分布并固定在环形的控制电路板上，环形的可充电电源放置在控制电路板的正下方，内嵌于底座内，环形的可充电电源提供直流电供给霍尔传感器、湿度传感器、上定位红外线发射二极管、上定位红外线接收二极管、下定位红外线发射二极管、下定位红外线接收二极管、下红外线发射二极管、下红外线接收二极管、磁场线圈、无刷电机、指示灯、抑制线圈、排水阀、声波传感器。
2.根据权利要求1所述的电磁悬浮声波水量计，其特征在于:霍尔传感器的感应信号输出端接控制器的感应信号输入端，湿度传感器的湿度信号输出端接控制器的湿度信号输入端，上定位红外线接收二极管的上定位红外信号输出端接控制器的上定位红外信号输入端，下定位红外线接收二极管的下定位红外信号输出端接控制器的下定位红外信号输入端、下红外线接收二极管的旋转检测信号输出端接控制器的旋转检测信号输入端，声波传感器的声波信号输出端接控制器的声波信号输入端，控制器的显示信号输出端与指示灯的显示信号输入端相连，控制器的抑制信号输出端与抑制线圈的抑制信号输入端相连，控制器的调整信号输出端与磁场线圈的调整信号输入端相连，控制器的转动信号输出端与无刷电机的转动信号输入端相连，控制器的开关信号输出端与排水阀的开关信号输入端相连。
3.根据权利要求1所述的电磁悬浮声波水量计，其特征在于:在外壳的外侧右侧下部安装有指示灯，在指示灯外罩有一能让工作人员看到指示灯能否闪亮的灯罩。
4.根据权利要求1所述的电磁悬浮声波水量计，其特征在于:上定位器由上定位红外线接收二极管与上定位红外线发射二极管组成，下定位器由下定位红外线发射二极管和下定位红外线接收二极管组成，旋转检测器由用于检测是否旋转的下红外线接收二极管与下红外线发射二极管组成，旋转抑制器由抑制线圈和轻型金属块组成。
【专利摘要】本实用新型公开了一种电磁悬浮声波水量计，包括底座、上端开口的圆筒形外壳、集水桶和控制器，在外壳内放置有集水桶，特征是：在外壳的顶端设有通过无刷电机驱动打开或闭合的桶盖，在外壳和集水桶之间设有上定位器、下定位器和旋转检测器。在外壳内、底座中部的T型台上设有声波发生器；T型台的竖向中空部位为排水通道，在排水通道的顶端设有能与内桶的圆锥形底内嵌的漏斗形口，在排水通道的中上部设有排水阀。本实用新型具有能够自动开合的桶盖、自动排水、自动复原工作的功能，并且由于电磁悬浮对于重力改变的敏感性，与声波传播速度较快能够进行实时检测的特征，克服了当有强降雨时复杂的环境对于采集装置的干扰，并大大提高了检测精度与准确性。
【IPC分类】G01W1-14
【公开号】CN204613430
【申请号】CN201520309896
【发明人】高鑫鹏, 杨云, 邓玉前, 高金雷, 王锦添, 钟之烨
【申请人】华东交通大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月14日