[实用新型]钻孔水位测量仪

说明书

本实用新型属于煤矿中用于定时自动测量钻孔水位的仪器，是一种智能型的钻孔水位测量仪。

为保证煤矿的安全开采，在煤矿周围设立了许多地质钻孔，以便观测地下水位随季节气候和井下开采等因素的变化情况，及时掌握地下水位升降规律，从而作出科学分析和决策。目前，地下水位大多靠人工到井点现场用“量绳入井法”进行测量，测量虽准确，但各测点的测量时间相差较大，得不到同时的水位信息，对地下水的流向难以作出准确判断。

本实用新型的目的在于设计一种测量精度高、由钟控电源电路定时提供+5V电压、由测量电路测量水位并存储、使人们能够荻得同一时刻各钻孔水位数据的智能型钻孔水位测量仪器。

本实用新型由水位传感器(S)、串行口插座(P1)、串行口插头(P2)、PC-E500计算机(3)组成，其特征是钟控电源电路(2)的12个并行数据通讯端(I1′)、电源状态输出端(I2′)分别与测量电路(1)的12个并行数据通讯端(I1)、电源状态输入端(I2)连接，钟控电源电路(2)的电源输出端(I3)与测量电路(1)的电源输入端(I3′)、水位传感器(S)的电源输入端(I3″)连接，钟控电源电路(2)的电源开启控制输入端(I4)与串行口插座(P1)的控制电源开启端(I4′)连接。

该实用新型的优点是测量精度高、功能强，使人们能够获得同一时刻各钻孔的水位数据。

附图说明：图1是本实用新型的电路连接原理框图，(S)是水位传感器，(1)是测量电路，(2)是钟控电源电路，(P1)是串行口插座，(P2)是串行口插头，(3)是PC-E500计算机。图2是测量电路(1)的原理图。图3是钟控电源电路(2)的原理图。

现结合附图对本实用新型的工作原理及过程做详细说明。每个钻孔安装一台钻孔水位测量仪。水位传感器(S)被吊在钻孔水位以下，其它电路被固定在钻孔的孔口处，二者通过防水钢丝拉力通讯电缆相连。水位传感器(S)选用的是电感调频式压力传感器，给其提供+5V电压，它可输出周期信号，周期信号的频率与水位传感器(S)周围的水的压力成正比，因此，当钻孔水位变高或变低时，水位传感器(S)输出周期信号的频率也相应地变高或变低。每只水位传感器厂家都提供了一组“频率—压力”关系数据，但这组数据测量时的温度和现场的实际温度不同，且测点少，如按照它们进行“频率—钻孔水位”的换算，精度为0.5％FS，不能满足设计要求，为此采用现场测量“频率—钻孔水位”的关系数据，并增加测点数，这样可使钻孔水位的测量达到0.1％FS的高精度。水位传感器(S)输出的周期信号经防水钢丝拉力通讯电缆传送给测量电路(1)。测量电路(1)由单片机(IC1)、串行输入EEPROM数据存储器(IC2)、施密特触发器(IC4)组成，施密特触发器(IC4：A)对水位传感器(S)的信号起到整形作用，施密特触发器(IC4：B)、(IC4：C)起反相器的作用。单片机(IC1)采用多倍周期法测量水位传感器(S)输出周期信号的频率，然后再利用现场测量的“频率—钻孔水位”关系数据将频率换算成钻孔水位值。单片机(IC1)的选用型号为89C51型。水位传感器(S)和测量电路(1)的电源是由钟控电源电路(2)提供的。钟控电源电路(2)主要由时钟芯片(IC3)、开关三极管(BG1)、稳压二极管(BG9)、稳压芯片GC5)、电阻(R8)、电容(C9)组成，为了防止电源开启与关闭时对时钟芯片(IC3)的干扰，由(BG6)、(BG7)、(BG8)、(R6)、(R7)组成保护电路。电源的开启与关闭既受时钟芯片(IC3)的19端控制，又受串行口插座(P1)的控制电源开启端(I4′)控制。时钟芯片(IC3)的选用型号为MC146818型，由充电电池直接供电，只要装上电池就一直工作，它具有完备的日时钟、闹钟及百年历功能，当设置的闹钟时刻到时，其19端由悬浮态变为低电平，开关三极管(BG1)导通，电池电压加到稳压芯片(IC5)的输入端1，稳压芯片(IC5)的输出端3输出+5V电压，水位传感器(S)和测量电路(1)得到供电。单片机(IC1)工作后，执行钻孔水位测量子程序，完成一次水位测量，并将数据存储到串行输入EEPROM数据存储器(IC2)中，之后，执行读时钟芯片(IC3)的操作，时钟芯片(IC3)的19端由低电平变为悬浮态，开关三极管(BG1)截止，稳压芯片(IC5)的输出端3输出电压变为0，单片机(IC1)停止工作。当下一闹钟时刻到时，重复上述过程。串行输入EEPROM数据存储器(IC2)选用型号为AT24C16型。闹钟时刻取决于所预置的初次测量时间和定时测量间隔时间两个参数，定时测量间隔时间可1～255小时任意设置，如果各钻孔的钻孔水位测量仪设置相同的初次测量时间和定时测量间隔时间，那么各钻孔的钻孔水位测量仪就会在同一时刻进行钻孔水位测量，使人们能够获得同一时刻各钻孔的水位数据。PC-E500计算机(3)作为数据采集器，它通过串行口和单片机(IC1)通讯。当串行口插头(P2)插到串行口插座(P1)上时，串行口插座(P1)的控制电源开启端(I4′)接地，电源状态输出端(I2′)变为低电平，开关三极管(BG1)导通，稳压芯片(IC5)的输出端3输出+5V电压，单片机(IC1)工作后，判断电源状态输入端(I2)的状态，如为低电平，则执行与PC-E500计算机(3)串行通讯子程序，否则认为是闹钟时刻到，执行钻孔水位测量子程序。单片机(IC1)执行串行通讯子程序后，我们可根据PC-E500计算机(3)的屏幕菜单提示，操作键盘完成参数(孔号、时间、初始水位、初次测量时间及定时测量间隔时间等)预置、取数、实时测量等工作。拔掉串行口插头(P2)，单片机(IC1)停止工作。PC-E500计算机(3)读取的钻孔水位数据存在内存，回到微机室后，再通过串行口送给微机，由微机处理，完成打印报表、曲线。