專利名稱：無線電導率傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種傳感器，特別是涉及一種無線電導率傳感器。
背景技術：
隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，各類工礦企業(yè)建設速度加快，江河流域及各種水體污染時有發(fā)生，環(huán)境保護已是社會發(fā)展的重要課題。水質(zhì)監(jiān)測是環(huán)境保護、預警的關鍵依據(jù)，監(jiān)測和控制影響水體環(huán)境的水質(zhì)參數(shù)具有重大的理論和現(xiàn)實意義。水的電導率反映了其所含無機酸、堿、鹽的量，且受溫度的影響，該指標常用于推測水中離子的總濃度或含鹽量。因此水質(zhì)電導率間接反映了水體中各類電解質(zhì)的濃度，它是水質(zhì)監(jiān)測中常規(guī)監(jiān)測參數(shù)之一，因而電導率監(jiān)測設備在國內(nèi)的應用已很廣泛。但是電導率監(jiān)測設備目前主要應用在工礦企業(yè)、水廠或城市內(nèi)河中等地方，以手持式人工觀測設備為主，在線監(jiān)測設備也在逐步推廣應用之中。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，提供環(huán)境污染或環(huán)境預報及時，在各江河流域、湖泊、海洋等水體中建立水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡已非常必要。然而，在廣闊的江河流域、湖泊、海洋等水體中應用在線電導率監(jiān)測設備遇到了長距離供電及數(shù)據(jù)傳輸、安裝布線等困難，難以快速形成廣闊區(qū)域的監(jiān)測網(wǎng)絡。另一方面，現(xiàn)在各種移動通信網(wǎng)絡已基本覆蓋我們整個國土的各個角落，為利用移動網(wǎng)絡實現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡通信提供了可能。目前市場上應用的在線式電導率儀主要采用有線數(shù)據(jù)傳輸方式，其缺點是數(shù)據(jù)傳輸距離較為有限，采集數(shù)據(jù)不能直接傳輸?shù)竭h程監(jiān)測中心或數(shù)據(jù)采集站點，需要另外增加有線或無線通信中繼(如含GPRS無線通信模塊的遠程通信中繼器)才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠距離傳輸；另外也出現(xiàn)了基于Zigbee無線電導率傳感器，其缺點是無線數(shù)據(jù)傳輸距離短，需要大量的傳感器節(jié)點才能形成一個數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡。因此，現(xiàn)有的電導率傳感器在廣闊江河流域、湖泊、海洋等各類水體應用時，不能快速地構建起不間斷遠程監(jiān)測網(wǎng)絡，建設成本較高，維護難度大。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術的不足，本實用新型的目的在于，提供一種無線電導率傳感器，將無線通信模塊與傳感器直接集成到一體，形成一個結構簡單、體積小的無線電導率傳感器，實現(xiàn)了測量數(shù)據(jù)直接遠程傳輸?shù)礁鱾€數(shù)據(jù)采集站點或監(jiān)測中心，解決了電導率傳感器在江河流域、湖泊、海洋等各類水體的數(shù)據(jù)不能直接遠程傳輸問題，可在廣闊區(qū)域快速地建立起不間斷監(jiān)測網(wǎng)絡，為環(huán)境報告和環(huán)境污染預警提供了可靠依據(jù)；另外，由于不需要布線、不需要通信中繼，不需要其他相關傳感器節(jié)點即可獨立實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸，因此建設成本低、后期維護簡單。為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:一種無線電導率傳感器，包括一安裝底座和固定于安裝底座上的外殼，其特征在于:所述外殼的上方固定安裝有一天線保護罩，所述天線保護罩內(nèi)設有一天線；所述外殼內(nèi)設有無線通信模塊和與無線通信模塊相連接的變送器模塊，所述無線通信模塊與所述天線相連接；所述外殼的一側設有電極和溫度探頭接口，另一側設有電源與有線通信接口。進一步的技術方案是:所述的變送器模塊包括微控制器和分別與微控制器相連接的電導率測量電路、補償溫度測量電路、時鐘電路、電源控制電路、串口 /RS232轉(zhuǎn)換電路和RS485通信電路，所述的串口 /RS232轉(zhuǎn)換電路與所述的無線通信模塊相連接。所述的電導率測量電路通過電纜連接電極探頭，所述的補償溫度測量電路通過電纜連接溫度探頭。所述變送器模塊的下部設有變送器模塊固定座。所述的電極和溫度探頭接口通過電纜與集成一體的電極和溫度探頭相連接，所述的電極和溫度探頭接口與所述變送器模塊上的相應接口相連接。所述的電源與有線通信接口處設有4根接口線，其中兩根線作為電源接口線與外部的太陽能電池及蓄電池相連接，另外兩根線作為通信接口線與RS485通信電路相連接。在所述天線保護罩與所述外殼之間的相互連接處及所述外殼與所述安裝底座之間的相互連接處分別設有防水圈。所述電極和溫度探頭接口、所述電源與有線通信接口均為防水接頭。所述外殼的材質(zhì)為不銹鋼。所述的無線通信模塊為GPRS、GSM或CDMA無線通信模塊。本實用新型的有益效果是:由于采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術，可以充分利用現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)電導率監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠、直接地傳輸?shù)奖O(jiān)測中心站。建立監(jiān)測網(wǎng)絡時，僅需到監(jiān)測點安裝相應傳感器及其太陽能電池和蓄電池即可，不需要長距離布線，不需要額外的通信中繼的安裝調(diào)試，加快了廣擴區(qū)域內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡的建設速度，同時降低了建設成本；后期發(fā)生故障時僅需要更換相應的故障傳感器即可，維護簡單。

圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是本實用新型的電路原理框圖；圖3是本實用新型的電源控制流程圖。
具體實施方式
為進一步揭示本實用新型的技術方案，
以下結合附圖詳細說明本實用新型的實施方式:如圖1所示，一種無線電導率傳感器，包括一安裝底座9和固定于安裝底座9上的不銹鋼外殼4，外殼4采用不銹鋼材料，具備較好的抗銹蝕能力，適于長期在野外使用。外殼4的上方固定安裝有一天線保護罩2，天線保護罩2內(nèi)設有一天線I。天線保護罩2采用工程塑料制造，具有塑性好，強度高的特點，將天線I放置在天線保護罩2內(nèi)，保護天線免受外力損壞。外殼4內(nèi)設有GPRS無線通信模塊3和與GPRS無線通信模塊3相連接的變送器模塊5，GPRS無線通信模塊3與所述天線I相連接；變送器模塊5的下部設有變送器模塊固定座7。外殼4的一側設有電極和溫度探頭接口 8，另一側設有電源與有線通信接口 6。電極和溫度探頭接口 8通過高強度柔性電纜與集成一體的電極和溫度探頭10相連接，且電極和溫度探頭接口 8與變送器模塊5上的相應接口相連接。電源與有線通信接口 6處設有4根接口線，其中兩根線作為電源接口線與外部的太陽能電池及蓄電池相連接，由外部太陽能電池及蓄電池供電，能夠長期在線監(jiān)測；另外兩根線作為通信接口線與RS485通信電路相連接，有線通信接口對外提供RS485接口，支持標準SD1-12協(xié)議，便于安裝調(diào)試或維護工作。本實用新型整體進行了防水設計，如在天線保護罩2與外殼4之間、在外殼4與安裝底座9之間的相互連接處均采用防水圈進行防水，電極和溫度探頭接口 8和電源與有線通信接口 6均采用防水接頭，使傳感器電子部分防水等級達到IP67，電極和溫度探頭接口 8采用全密封一體化成型工藝，防水等級達到IP68，使傳感器能夠長期在室外使用，傳感器電極和溫度探頭10可以長期安裝到江河、湖泊、海洋等水體中進行測量。在傳感器測量時，變送器模塊5開啟電導率及溫度測量電路電源，進行電導率及水體溫度測量，然后將測量數(shù)據(jù)通過GPRS無線通信模塊3直接傳送到遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集站或監(jiān)測中心，實現(xiàn)廣域組網(wǎng)監(jiān)測。如圖2所示，傳感器的電子部分由變送器模塊5和GPRS無線通信模塊3兩個模塊組成。變送器模塊5包括微控制器和分別與微控制器相連接的電導率測量電路、補償溫度測量電路、時鐘電路、電源控制電路、串口 /RS232轉(zhuǎn)換電路和RS485通信電路，串口 /RS232轉(zhuǎn)換電路與GPRS無線通信模塊3相連接。電導率測量電路通過電纜連接電極探頭，補償溫度測量電路通過電纜連接溫度探頭。微控制器是整個傳感器的核心，其負責電導率測量的驅(qū)動信號產(chǎn)生、檔位控制、信息處理、溫度補償測量、溫度補償處理等工作，負責數(shù)據(jù)的發(fā)送和遠程命令的處理，控制傳感器各部分電路的供電，以達到最佳節(jié)能及準確測量。電導率測量電路和電極探頭構成電導率傳感與測量核心部分，其采用阻抗掃描測量技術，負責將電導率信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)過采樣后計算出電導率。阻抗掃描技術的應用，電導率探頭的引線可以較長，便于將電導率探頭放置于任何深度的測量點位，使用非常方便。由于電導率受水體溫度影響很大，必須對所測得的電導率進行溫度補償，因此傳感器設計了溫度補償電路和溫度探頭，其溫度測量精度可達到±0.rc，從而可以準確補償溫度引起的電導率誤差。時鐘電路可定時喚醒微處理器，啟動一次測量任務。電源控制電路可以接受微處理器的控制信號，給不同部分電路供電或關閉電源，最大化的節(jié)省電源，使傳感器在配置適當?shù)奶柲茈姵睾托铍姵丶纯砷L期在線測量。微控制通過串口/RS232轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)與GPRS通信模塊的信息交換。微控制發(fā)出測量數(shù)據(jù)、傳感器狀態(tài)等信息，經(jīng)串口 /RS232轉(zhuǎn)換電路傳給GPRS通信模塊，最終由GPRS通信模塊通過移動通信平臺將信息發(fā)送到遠程數(shù)據(jù)采集及控制中心；反之，遠程數(shù)據(jù)采集站或監(jiān)測中心也可將相關指令通過移動通信平臺將信息發(fā)送到GPRS通信模塊，再由微控制器獲取，并執(zhí)行，從而實現(xiàn)信息雙向傳遞，達到遠程數(shù)據(jù)采集及傳感器控制的目的。在進行電導率測量時，傳感器附近不能有強電磁干擾，并且要實現(xiàn)傳感器長期在野外在線測量，要求傳感器能耗低。為此本傳感器設計一套電源控制管理方案，來實現(xiàn)低功耗測量和降低測量時的電磁干擾，其控制流程如圖3所示。當?shù)皆O定測量時間時，時鐘電路自動發(fā)出喚醒信號，喚醒微處理器；微處理器被喚醒后，首先給電導率測量電路和補償溫度測量電路供電，然后測量電導率和液體溫度，經(jīng)過信號處理獲得經(jīng)過溫度補償后的電導率測值；然后關閉電導率測量電路和補償溫度測量電路電源，并給GPRS通信模塊供電，通過GPRS通信模塊，采取自報方式將測量數(shù)據(jù)發(fā)送給遠程數(shù)據(jù)采集站或監(jiān)測中心，實現(xiàn)定時測量；之后，GPRS通信模塊延時等待一段時間(5 10分鐘)，接收遠程命令，并執(zhí)行相關命令，完成各遠程命令后，關閉GPRS通信模塊電源，并將微處理器置于掉電模式，整個傳感器處于低功耗(功耗小于IOOuA)狀態(tài)。這種分時復用電源的電源控制方式不僅實現(xiàn)了節(jié)能，而且在電導率測量時因未給GPRS通信模塊供電，其處于關機狀態(tài)，因此移動通信電磁輻射不會對電導率測量造成干擾，確保電導率測值的正確性。本實用新型的無線數(shù)據(jù)遠程傳輸不僅限于使用GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸技術實現(xiàn)，還可以使用GSM、CDMA等無線數(shù)據(jù)傳輸技術實現(xiàn)。不論采用哪一種基于移動通信數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)無線直接遠程傳輸，均在本專利保護范圍內(nèi)。以上通過對所列實施方式的介紹，闡述了本實用新型的基本構思和基本原理。但本實用新型絕不限于上述所列實施方式，凡是基于本實用新型的技術方案所作的等同變化、改進及故意變劣等行為，均應屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種無線電導率傳感器，包括一安裝底座和固定于安裝底座上的外殼，其特征在于:所述外殼的上方固定安裝有一天線保護罩，所述天線保護罩內(nèi)設有一天線；所述外殼內(nèi)設有無線通信模塊和與無線通信模塊相連接的變送器模塊，所述無線通信模塊與所述天線相連接；所述外殼的一側設有電極和溫度探頭接口，另一側設有電源與有線通信接口。
2.根據(jù)權利要求1所述的無線電導率傳感器，其特征在于:所述的變送器模塊包括微控制器和分別與微控制器相連接的電導率測量電路、補償溫度測量電路、時鐘電路、電源控制電路、串口 /RS232轉(zhuǎn)換電路和RS485通信電路，所述的串口 /RS232轉(zhuǎn)換電路與所述的無線通信模塊相連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的無線電導率傳感器，其特征在于:所述的電導率測量電路通過電纜連接電極探頭，所述的補償溫度測量電路通過電纜連接溫度探頭。
4.根據(jù)權利要求1所述的無線電導率傳感器，其特征在于:所述變送器模塊的下部設有變送器模塊固定座。
5.根據(jù)權利要求1所述的無線電導率傳感器，其特征在于:所述的電極和溫度探頭接口通過電纜與集成一體的電極和溫度探頭相連接，所述的電極和溫度探頭接口與所述變送器模塊上的相應接口相連接。
6.根據(jù)權利要求1所述的無線電導率傳感器，其特征在于:所述的電源與有線通信接口處設有4根接口線，其中兩根線作為電源接口線與外部的太陽能電池及蓄電池相連接，另外兩根線作為通信接口線與RS485通信電路相連接。
7.根據(jù)權利要求1所述的無線電導率傳感器，其特征在于:在所述天線保護罩與所述外殼之間的相互連接處及所述外殼與所述安裝底座之間的相互連接處分別設有防水圈。
8.根據(jù)權利要求1所述的無線電導率傳感器，其特征在于:所述電極和溫度探頭接口、所述電源與有線通信接口均為防水接頭。
9.根據(jù)權利要求1-8中任一所述的無線電導率傳感器，其特征在于:所述外殼的材質(zhì)為不銹鋼。
10.根據(jù)權利要求1所述的無線電導率傳感器，其特征在于:所述的無線通信模塊為GPRS、GSM或CDMA無線通信模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種無線電導率傳感器，包括一安裝底座和固定于安裝底座上的外殼，所述外殼的上方固定安裝有一天線保護罩，所述天線保護罩內(nèi)設有一天線；所述外殼內(nèi)設有無線通信模塊和與無線通信模塊相連接的變送器模塊，所述無線通信模塊與所述天線相連接；所述外殼的一側設有電極和溫度探頭接口，另一側設有電源與有線通信接口。本實用新型采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術，可以實現(xiàn)電導率監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠、直接地傳輸?shù)奖O(jiān)測中心站，建立監(jiān)測網(wǎng)絡時，僅需到監(jiān)測點安裝相應傳感器及其太陽能電池和蓄電池即可，加快了廣擴區(qū)域內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡的建設速度，同時降低了建設成本，后期維護簡單。
文檔編號G08C17/02GK203054089SQ201220630938
公開日2013年7月10日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權日2012年11月26日
發(fā)明者羅孝兵, 盧欣春, 李學勝, 藍彥, 華濤, 李桂平, 袁穎華 申請人:國網(wǎng)電力科學研究院, 南京南瑞集團公司, 國家電網(wǎng)公司