本發(fā)明屬于水利河工模型測量儀器檢測領(lǐng)域，涉及跟蹤式水位儀檢測裝置和方法，具體涉及跟蹤式水位儀量程范圍、測量精度、跟蹤速度、動態(tài)響應(yīng)的檢測裝置和方法。

背景技術(shù)：

水位是流體運動的主要控制參數(shù)之一，既是理論分析的體現(xiàn)，也是驗證理論的標(biāo)準(zhǔn)，同時還為工程實踐提供可靠依據(jù)，水位測量是模型試驗測量技術(shù)中最核心的內(nèi)容之一。實際應(yīng)用中，尤其是較小水位差的測量控制系統(tǒng)中，跟蹤式水位儀已獲得廣泛的應(yīng)用。就水位儀的測量誤差而言，核心在于分辨率、跟蹤速度以及動態(tài)響應(yīng)等方面的參數(shù)范圍。要保證測量的準(zhǔn)確性，就必須定期對這幾個方面的參數(shù)進行率定。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)sl233-2016跟蹤式水位儀校驗方法，采用升降架、游標(biāo)卡尺及人工計時的方法，只能簡易校驗水位測量范圍、測量精度及跟蹤速度等，但不能精確的檢測水位的動態(tài)響應(yīng)能力。由于現(xiàn)有研制生產(chǎn)跟蹤式水位儀測量精度≤0.1mm，測量分辨率≤0.01mm。采用現(xiàn)有的測量方法，其自動化水平較低，人工計時、肉眼觀測游標(biāo)卡尺（精度0.02mm）方法所測結(jié)果誤差根據(jù)操作人員技能熟練程度不同，相差可能較大，影響水位儀參數(shù)的檢測結(jié)果；水利河工物理模型試驗中，水位變化一般是呈周期性漲落變化，類似于正弦或余弦函數(shù)曲線變化模式，因此需要跟蹤式水位儀具有良好的動態(tài)響應(yīng)頻率和響應(yīng)時間，但現(xiàn)有方法和操作設(shè)施不能檢測跟蹤式水位儀的動態(tài)響應(yīng)性能。為了科學(xué)有效地對跟蹤式水位儀進行校驗和率定，本發(fā)明提出一種更科學(xué)合理的跟蹤式水位儀檢測裝置及方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種自動化程度高，使用方便且檢測精度高的跟蹤式水位儀性能參數(shù)檢測裝置和方法。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案；

一種跟蹤式水位儀性能參數(shù)檢測裝置，包括第一驅(qū)動電機、第二驅(qū)動電機、升降機構(gòu)、套管絲杠副、第一可調(diào)平臺、光柵位移傳感器、滾珠絲杠和第二可調(diào)平臺；

所述第二可調(diào)平臺、第二驅(qū)動電機、升降機構(gòu)和套管絲杠副從上至下依次連接，第二驅(qū)動電機驅(qū)動套管絲杠副垂直運動，帶動升降機構(gòu)和第二可調(diào)平臺垂直運動；

所述第二可調(diào)平臺還垂直固定設(shè)有滾珠絲杠，滾珠絲杠一側(cè)平行固定有光柵位移傳感器，另一側(cè)固定第一可調(diào)平臺，第一驅(qū)動電機驅(qū)動滾珠絲杠垂直運動，帶動第一可調(diào)平臺垂直運動，光柵位移傳感器采集第一可調(diào)平臺的位移信息；

上位機通過運動控制器控制第一驅(qū)動電機和第二驅(qū)動電機啟閉，并通過運動控制器獲取光柵位移傳感器采集的位移信息，計算待檢測參數(shù)性能。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述第一驅(qū)動電機選用伺服電機。第一驅(qū)動電機是用于檢測跟蹤式水位儀的性能參數(shù)，跟蹤式水位儀的測量精度要求為0.1mm，因此第一驅(qū)動電機選用伺服電機，并配置高精度絲杠，以便獲得高測量精度；第二驅(qū)動電機可采用普通電機或伺服電機，從成本、效益角度考慮，采用普通電機及一般精度的絲杠即可達到性能要求。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述第二可調(diào)平臺為鏤空結(jié)構(gòu)。第二可調(diào)平臺上放置跟蹤式水位儀，鏤空設(shè)計便于跟蹤式水位儀測針上、下運動。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述光柵位移傳感器通過滑塊平行固定于滾珠絲杠上。

作為本發(fā)明的進一步改進，光柵位移傳感器的測量精度高于待檢測跟蹤式水位儀的測量精度。

本發(fā)明還提供了上述跟蹤式水位儀性能參數(shù)檢測裝置的一種使用方法，具體包括如下步驟：

步驟一、將待檢測跟蹤式水位儀固定在第二可調(diào)平臺上，盛有液體的盛水器皿放置在第一可調(diào)平臺上，調(diào)整跟蹤式水位儀至測量零點，并使得水位儀測針與盛水器皿內(nèi)的水面接觸，上位機驅(qū)動運動控制器發(fā)出脈沖信號，驅(qū)動第一驅(qū)動電機運動，第一驅(qū)動電機驅(qū)動滾珠絲杠帶動第一可調(diào)平臺向下運動，直至跟蹤式水位儀的測針脫離水面并不在跟隨，獲取跟蹤式水位儀的測量范圍；

步驟二、將上位機控制的位置參數(shù)及跟蹤式水位儀的位置參數(shù)均置為零值，在上位機中設(shè)置平臺位移距離，使第一可調(diào)平臺向上、向下移動一段距離，帶第一可調(diào)平臺穩(wěn)定后，對比跟蹤式水位儀位移讀數(shù)并與上位機中設(shè)置的平臺位移距離，經(jīng)過多次測量，獲得跟蹤式水位儀的測量精度；

步驟三、設(shè)定第一可調(diào)平臺向上、向下移動距離即為給定的跟蹤式水位儀分辨率，觀測跟蹤式水位儀在第一可調(diào)平臺位移變化前后的讀數(shù)，獲取跟蹤式水位儀的測量分辨率；

步驟四、在上位機中，輸入某一固定的移動速度，使得第一可調(diào)平臺帶動平臺上的盛水器皿，以一定的速度向上、向下移動，被檢測的跟蹤式水位儀測針也跟隨盛水器皿向上、向下運動，若跟蹤式水位儀的測針一直與水面恰好接觸，則認(rèn)定跟蹤式水位儀測針的向上、向下移動移動速度即為第二可調(diào)平臺向上或向下的移動速度，通過不斷的改變第二可調(diào)平臺的向上、向下移動速度，獲得跟蹤式水位儀測針的跟蹤速度，當(dāng)跟蹤式水位儀的測針不能及時跟隨第二可調(diào)平臺上的盛水器皿內(nèi)的水面向上、向下移動時，即獲取跟蹤式水位儀的向上、向下最大跟蹤速度；

步驟五、通過上位機設(shè)置第一可調(diào)平臺的運動距離及運動周期，上位機自動生成相應(yīng)的正弦或余弦的位置序列，并將位置序列命令發(fā)送給運動控制器，不同的位置命令產(chǎn)生不同的脈沖信號，使得第一驅(qū)動電機驅(qū)動滾珠絲杠及第一可調(diào)平臺升降模擬水位周期性漲落過程，將水位儀測量的水位變化值與上位機自動生成的正弦或余弦位置序列數(shù)據(jù)對比，獲取跟蹤式水位儀的動態(tài)響應(yīng)頻率和響應(yīng)時間。

本發(fā)明的裝置和方法具有如下有益效果：

（1）本發(fā)明的裝置和方法測量等級及測量精度更高，更能精確測量跟蹤式水位儀的精度、分辨率及跟蹤速度指標(biāo)。

（2）本發(fā)明提出的跟蹤式水位儀性能參數(shù)檢測裝置和方法大大提升了跟蹤式水位儀檢測的自動化水平及檢測的可靠性。

（3）本發(fā)明提出采用計算機自動生成的位置序列模擬水位周期性漲落過程，以此檢測跟蹤式水位儀的動態(tài)響應(yīng)頻率和響應(yīng)時間，可對跟蹤式水位儀的動態(tài)性能做出具體指標(biāo)檢測。

附圖說明

圖1為跟蹤式水位儀檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是跟蹤式水位儀檢測平臺控制流程示意圖。

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，本發(fā)明的裝置包括第一驅(qū)動電機1、第二驅(qū)動電機2、升降機構(gòu)3、套管絲杠副4、第一可調(diào)平臺5、光柵位移傳感器6、滾珠絲杠7和第二可調(diào)平臺8；

所述第二可調(diào)平臺8、第二驅(qū)動電機2、升降機構(gòu)3和套管絲杠副4從上至下依次連接，第二可調(diào)平臺為鏤空結(jié)構(gòu)，第二驅(qū)動電機2驅(qū)動套管絲杠副4垂直運動，帶動升降機構(gòu)3和第二可調(diào)平臺8垂直運動，使得固定在第二可調(diào)平臺8上的跟蹤式水位儀獲得足夠的測量范圍；

所述第二可調(diào)平臺8還垂直固定設(shè)有滾珠絲杠7，滾珠絲杠7一側(cè)通過滑塊平行固定有光柵位移傳感器6，另一側(cè)固定第一可調(diào)平臺5，第一驅(qū)動電機1驅(qū)動滾珠絲杠7垂直運動，帶動第一可調(diào)平臺5垂直運動，光柵位移傳感器6采集第一可調(diào)平臺5的位移信息；

上位機通過運動控制器控制第一驅(qū)動電機1和第二驅(qū)動電機2啟閉，并通過運動控制器獲取光柵位移傳感器6采集的位移信息，計算待檢測參數(shù)性能。

其中，光柵位移傳感器的測量精度高于待檢測跟蹤式水位儀的測量精度，第一驅(qū)動電機1選用伺服電機。

另外，為方便和美觀起見，檢測平臺涉及的線纜、硬件電路模塊等，均可放置在升降機構(gòu)3內(nèi)。

實施例2

本實施例說明實施例1所述裝置的一種具體使用方法，具體包括如下步驟：

步驟一、將待檢測跟蹤式水位儀固定在第二可調(diào)平臺8上，盛有液體的盛水器皿放置在第一可調(diào)平臺5上，調(diào)整跟蹤式水位儀至測量零點，并使得水位儀測針與盛水器皿內(nèi)的水面接觸，上位機驅(qū)動運動控制器發(fā)出脈沖信號，驅(qū)動第一驅(qū)動電機1運動，第一驅(qū)動電機1驅(qū)動滾珠絲杠7帶動第一可調(diào)平臺5向下運動，直至跟蹤式水位儀的測針脫離水面并不在跟隨，獲取跟蹤式水位儀的測量范圍；

步驟二、將上位機控制的位置參數(shù)及跟蹤式水位儀的位置參數(shù)均置為零值，在上位機中設(shè)置平臺位移距離，使第一可調(diào)平臺5向上、向下移動一段距離，帶第一可調(diào)平臺5穩(wěn)定后，對比跟蹤式水位儀位移讀數(shù)并與上位機中設(shè)置的平臺位移距離，經(jīng)過多次測量，獲得跟蹤式水位儀的測量精度；

步驟三、設(shè)定第一可調(diào)平臺5向上、向下移動距離即為給定的跟蹤式水位儀分辨率，觀測跟蹤式水位儀在第一可調(diào)平臺5位移變化前后的讀數(shù)，獲取跟蹤式水位儀的測量分辨率；

步驟四、在上位機中，輸入某一固定的移動速度，使得第一可調(diào)平臺5帶動平臺上的盛水器皿，以一定的速度向上、向下移動，被檢測的跟蹤式水位儀測針也跟隨盛水器皿向上、向下運動，若跟蹤式水位儀的測針一直與水面恰好接觸，則認(rèn)定跟蹤式水位儀測針的向上、向下移動移動速度即為第二可調(diào)平臺5向上或向下的移動速度，通過不斷的改變第二可調(diào)平臺5的向上、向下移動速度，獲得跟蹤式水位儀測針的跟蹤速度，當(dāng)跟蹤式水位儀的測針不能及時跟隨第二可調(diào)平臺5上的盛水器皿內(nèi)的水面向上、向下移動時，即獲取跟蹤式水位儀的向上、向下最大跟蹤速度；

步驟五、通過上位機設(shè)置第一可調(diào)平臺5的運動距離及運動周期，上位機自動生成相應(yīng)的正弦或余弦的位置序列，并將位置序列命令發(fā)送給運動控制器，不同的位置命令產(chǎn)生不同的脈沖信號，使得第一驅(qū)動電機1驅(qū)動滾珠絲杠7及第一可調(diào)平臺5升降模擬水位周期性漲落過程，將水位儀測量的水位變化值與上位機自動生成的正弦或余弦位置序列數(shù)據(jù)對比，獲取跟蹤式水位儀的動態(tài)響應(yīng)頻率和響應(yīng)時間。

其中，以光柵位移傳感器6所測量的位移值為標(biāo)準(zhǔn)給定值，上位機通過pid算法計算使第一驅(qū)動電機1獲取與光柵位移傳感器6一致的工作脈沖，該脈沖由與第一驅(qū)動電機1同軸的線性編碼器反饋給運動控制器實現(xiàn)閉環(huán)控制。具體閉環(huán)控制流程如圖2所示。