一种无线水位监测系统

技术领域

本发明涉及水位监测领域，特别涉及一种无线水位监测系统。

背景技术

在基坑监测工程中以测量挡土墙板、排桩变形后的形状来计算不同深度土体桩体位移，从而监测是否有土体失稳的预兆及现象；由于受地下土体性质、荷载条件、施工工艺等诸多因素影响，极易造成基坑塌方及周边建筑物的变形，造成安全隐患，因此使用先进的观测技术及设备通过高精度监测，科学地指导基坑工程安全施工，杜绝安全隐患，保证生命财产的安全十分必要；

此外，传统的监测手段虽然起步较早，但由于其设备和测量方法都具有一定的局限性，存在操作繁琐，长距离监测累计误差大，很难适应一些复杂的监测环境、信号长距离传输易受干扰，需远距离供电，不能长距离实时在线监测、仪器和人工成本高，在桥梁、大型建筑物、危房、高铁和地铁方面的应用有较大的困难。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种可精确探测液位高度的无线水位监测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无线水位监测系统，包括壳体，所述壳体内设置有液体容纳腔，所述液体容纳腔底部贯通，所述壳体上从上至下设置有多个电容振荡器组件，还包括多个测试单元，每个所述测试单元与多个电容振荡器组件一一连接，所述每个测试单元依次通讯连接。

通过电容振荡器的设置，通过水位不同而改变电容大小的原理来实现液位高度的检测，从而实现液位的精确检测。

进一步的是：所述壳体上还间隔设置有多个倾角传感器，每个倾角传感器与测试单元一一连接。

进一步的是：所述电容振荡器组件包括在壳体上相对设置的第一电极片和第二电极片。

进一步的是：所述电容振荡器组件包括在壳体上设置的第三电极片、第四电极片、第五电极片和第六电极片，所述第三电极片和第四电极片相对设置，第五电极片和第六电极片相对设置，所述第三电极片和第五电极片在高度上错位设置。

进一步的是：所述第一电极片和第二电极片均由两个直角三角形构成的分电极片组成。

进一步的是：所述第三电极片、第四电极片、第五电极片和第六电极片均由两个直角三角形构成的分电极片组成。

进一步的是：所述电容振荡器组件包括在壳体(1)上设置的第七电极片、第八电极片和公共电极片，使得第七电极片和公共电极片构成一个电容振荡器，第八电极片和公共电极片构成另一个电容振荡器。

进一步的是：所述电容振荡器组件位于壳体内腔体表面。

进一步的是：还包括无线通信单元，所述无线通信单元通过通信总线与各个测试单元连接。

本发明的有益效果是：本发明通过水位不同而改变电容大小的原理来实现液位高度的检测，不受电磁干扰、耐久性好、测量精度高、没有时嘌，易实现监测自动化，且多个倾角传感器的设置，可通过将每段倾角传感器的倾斜度换算成位移量来获取总位移，从而可实现整体倾斜量的检测，此种设置可提高倾角的检测精度，此外，错位单电容结构、双电容结构和错位双电容结构的设置，可进一步提高液位的检测精度。

附图说明

图1为一种无线水位监测系统示意图。

图2为实施例1原理图。

图3为无线水位监测系统另一种结构示意图。

图4为图3所示结构的内部结构示意图。

图5为实施例2原理图。

图6为实施例2侧视图。

图7为实施例3原理图。

图8为实施例4原理图。

图9为通信测试连接示意图。

图10为测试单元连接示意图。

图11为实施例5示意图。

图12为实施例5侧视图。

图中标记为：壳体1、液体容纳腔2、测试单元3、第一电极片5、第二电极片6、第三电极片7、第四电极片8、第五电极片9、第六电极片10、无线通信单元11、第七电极片12、第八电极片13、公共电极片14。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示的一种无线水位监测系统，包括壳体1，所述壳体1内设置有液体容纳腔2，所述液体容纳腔2体内容纳的液体可为水主要用于测量地下水水位及江湖河道的水位、高介电常数的低冰点溶液，或高介电常数的低冰点溶液与水的混合液如汽车防冻液等，所述液体容纳腔2底部贯通，所述壳体1上从上至下设置有多个电容振荡器组件，还包括多个测试单元3，每个所述测试单元3与多个电容振荡器组件一一连接，所述每个测试单元3依次通讯连接，具体工作时，可通过水位不同而改变电容大小的原理来实现液位高度的检测，从而实现液位的精确检测，具体的，电容振荡器组件有以下几种形式：

第一种形式：如图1所示，所述电容振荡器组件包括在壳体1上相对设置的第一电极片5和第二电极片6，原理如图2所示，图2显示的第一电极片5的竖直排列图，当液位处在h处时，第一电极片5的高度为H，假设，充满液体的电容器容量为C

将h加上当前电容器底部高度即为液面高度。

第二种形式，如图3和图4所示，所述电容振荡器组件包括在壳体1上设置的第三电极片7、第四电极片8、第五电极片9和第六电极片10，所述第三电极片7和第四电极片8相对设置，第五电极片9和第六电极片10相对设置，所述第三电极片7和第五电极片9在高度上错位设置，所述第三电极片7、第四电极片8和第五电极片9、第六电极片10可位于相同的腔体内，也可位于不同的腔体内，原理如图5和图6所示，图5显示的第三电极片7和第五电极片9的竖直排列图，当液位处在h处时，第一电极片5的高度为H，假设，充满液体的电容器容量为C

考虑到由电容器的边缘效应引起的非线性因素，每一个电容器的测量范围控制在电容器中心高度的

第三种形式，所述第一电极片5和第二电极片6均由两个直角三角形构成的分电极片组成，原理如图7所示，图7显示的第一电极片5的示意图,假设当液位处在h处时，两个直角三角形的高度为H，底面宽度为

其中：电容公式为

则：

其中，S1为左侧电容器所占液面面积，S2为右侧电容器所占液面面积

所以，

所以，

将h加上当前电容器底部高度即为液面高度，经试验，采用此种双电容的形式可进一步提高检测精度。

第四种形式，第二种形式中所述的第三电极片7、第四电极片8、第五电极片9和第六电极片10均由两个直角三角形构成的分电极片组成，如图8所示，具体原理及计算与上述相同，具体使用时，将每个电容器的有效测量范围控制在控制在双电容组中点的

第五种形式，如图11和图12所示，电容振荡器组件包括在壳体1上设置的第七电极片、第八电极片和公共电极片，使得第七电极片和公共电极片构成一个电容振荡器，第八电极片和公共电极片构成另一个电容振荡器，原理与上述第二种形式相同，此种设计可以在提高检测精度的同时减少所需面积。

第六种形式，上述第七电极片、第八电极片均由两个直角三角形构成的分电极片组成，原理也如上述相同，从而进一步加强其检测精度。

在上述基础上，所述壳体1上还间隔设置有多个倾角传感器，每个倾角传感器与测试单元3一一连接，具体在设置时，可间隔1米设置一个倾角传感器，也可根据实际情况选择合适的设置距离，从而可根据每个倾角传感器的倾斜角度计算得出每一小段的位移，再根据每一小段的位移得出总位移，从而可得出精确的倾斜偏移量，此种分段式检测方式可保证测量精度。

在上述基础上，所述电容振荡器组件位于壳体1内腔体表面，如：当第一电极和第二电极均位于壳体1内腔体内部时，由于电容的计算公式为

在上述基础上，如图9和图10所示，还包括无线通信单元11，所述无线通信单元11通过通信总线与各个测试单元3连接，每个所述测试单元3与多个电容振荡器组件和倾角传感器一一连接，所述每个测试单元3采用单线双工结构依次通讯连接，本结构采用双线总线方式对每个单元进行控制及数据传输，同时采用单线双工模式对每个测试单元3进行依次编码，从而可知液面当前的电容振荡器处在何种高度，且当通信总线损坏时，可采用单线双工结构进行备用通信。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。