水位监测系统国内外研究现状综述

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水位监测系统在我国的应用已相当普及。大型国家水坝常采用由PC机和单片机组成的主从式的多机联网系统，单片机作为下位机，负责现场各水位的选通和采集，作为上位机的PC机，负责水位信息的集中显示和管路记录，PC机作为通用机在用于专项的应用上时，难免会在很多方面存在问题，比如体积大、功耗大、运行部稳定、很难做到不间断运行等。49104

传感器是实现测量及控制的首要环节，一般传感器有模拟式和数字式两类。模拟式传感器在和计算机及数字化仪器相连的时候必须采用A/D转换器把模拟量转换为数字量，且易受电磁干扰，不利于远距离传输。数字式传感器直接将待测量转换成数字输出，其输出信号抗干扰能力强，功耗小，可与数字设备直接连接，但成本较高。

数据采集系统是以单片机为核心控制器件。单片机具有体积小、功耗小、成本低、可靠性高、灵活方便、价格低以及控制功能强等特点而得到广泛的应用。利用单片机的硬件、软件资源，实现信号采集的智能化控制和管理。一个具体的采集系统的构成，根据所测信号的特性而定。力求做到既能满足系统的性能要求又能在性能价格比上达到最优。

这种应用系统在现场使用时，大量的干扰源虽不能造成硬件系统的破坏论文网，但常常使数据采集系统不能正常运行。常见的受干扰后的表现有：1.数据误差加大；2.控制状态失灵；3.数据受干扰发生变化；4.程序失常。这些方面都需要我们进行抗干扰设计。

下面详细介绍相关传感器、传输技术和测量系统主机的发展状况：

（1）水位传感器方面

① 浮子式水位传感器

浮子式水位传感器利用液体浮力来测量液位，靠浮子随水面升降的位移反映水位变化。漂浮物通过绳索经轮滑与编码器相连，编码器的数字输出即为水位高度。机械浮子式和光电浮子式都是来用机械齿轮减速产生进位和退位的办法来形成编码。

浮子式水位传感器的优点：稳定性好，可靠性高，技术相对较成熟、运用广泛，价格比较低；其缺点：机械加工复杂，运行阻力较大，使用寿命不长，测试数据离散。

② 差压式水位传感器

差压式水位传感器计利用液体的压强原理，在液体的底部检测液体压强和标准大气压的压差。它通过液体底压强使半导体扩散硅薄膜产生形变, 引起电桥不平衡,电路输出与水位高度相对应的电压,从而获取水位信号。差压式水位传感器适用于液面边界测量和位式测量,能广泛用于难以处理的工艺液体的液面边界测量。

差压式水位传感器可以进行数字输出, 具有精度高、抗过载能力强等特点。但当介质的密度随介质的温度、压力、组分而变化时,差压式水位传感器会产生虚假水位, 所以在介质密度变化明显的环境中不应采用。

③ 磁致伸缩水位传感器

磁致伸缩水位传感器是采用磁致伸缩原理开发出的。即在外磁场作用下,铁磁材料内部随机取向的磁畴发生旋转直至与外磁场方向一致,使铁磁材料在几何尺寸上出现沿外磁场方向的伸长或缩短现象。利用传感器产生沿波导线传播的电流脉冲即起始脉冲,其产生的磁场与磁环形成的磁场相叠加,靠磁致伸缩效应产生瞬时扭力, 使波导线扭动并产生张力脉冲,该脉冲以固定的速度沿波导线传回,即终止脉冲,通过测量起始脉冲与终止脉冲之间的时间差即可精确地确定被测液体的水位。

磁致伸缩水位传感器的特点: 精度高, 稳定性好, 使用寿命长,可多信号输出, 具有反极性保护功能 ,应用范围广,适用于大量程、多参数、高精度的水位测量。对温度变化不敏感,可同时进行多点检测。其缺点是价格较高, 工作压力不能太高,并随液体的密度不同,其浮子在液体中的高度也不同,需要以实际介质进行标定。