[發明專利]重力式流速傳感器及明渠流速流量監測裝置

無效

• 申請號: 201310381037.9
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN103389389A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 魏巍
• 申請（專利權）人: 魏巍
• 主分類號: G01P5/02
• 分類號: G01P5/02;G01F1/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種流體流速測量傳感器，特別是涉及一種測量明渠水流流速的傳感器以及一種明渠流速流量監測裝置。

背景技術

目前，比較普及的流體流速測量方法和設備有：機械法的轉杯測速儀，動壓法的畢托管，散熱率法的熱線測速儀和多普勒效應的激光多普勒測速儀。在此基礎上改進的各類明渠水流測速設備雖然可以實現水流流速的自動連續監測，但是這些測量方法和設備都有設備結構復雜、安裝調試不便、產品維護成本高、價格較為昂貴的不足之處。

發明內容

本發明的目的，是為了克服現有明渠水流流速測量方法和設備的不足之處，而提出了一種根據流體阻力方程，利用三軸加速度傳感器間接推求水流流速的方法。根據此方法發明的重力式流速傳感器結構簡單明了，便于安裝。以及在此基礎上發明的明渠流速流量監測裝置調試便捷、維護成本低、價格低廉。可廣泛應用于各類明渠水流的流速流量監測。

本發明為實現目的所采用的技術方案如下。

一種重力式流速傳感器，該傳感器由重力球、連接線和三軸加速度傳感器三部分構成。用抗拉強度大、質量輕、不親水的連接線，將一定質量的，密度大于水密度的，表面光滑的圓球懸掛于明渠水流之中，在連接線的固定端，聯結三軸加速度傳感器。在水流中的光滑球體，會在重力、浮力、連接線的拉力和水流對球體的水平推力的共同作用下，動態的受力平衡。根據流體阻力方程可知，當水流流速越大，水流對球體的推力也就越大。水平推力大小決定了拉力的大小和方向，拉力的方向決定了拉力和重力的夾角角度。利用三軸加速度傳感器測量拉力與重力的夾角角度，然后根據三角幾何關系，即可推求水流對球體的水平推力，該水平推力即流體阻力，再根據流體阻力方程，即可計算出水流的速度。

在恒定流速的水流中，重力球的材質和半徑大小決定了球體受到的重力、浮力和水平推力，從而決定了拉力的大小和方向，而拉力的方向又決定了三軸加速度傳感器所測量出的角度。因此，在固定流速的水流中，不同材質和不同半徑的重力球都會影響重力式流速傳感器測量流速的靈敏度。由此可以根據實際需要選取不同材質或者不同半徑的重力球，來測量不同的流速范圍。

一種明渠流速流量監測裝置，該裝置包括上述重力式流速傳感器、測距傳感器、微控制器、GSM/GPRS通信模塊和電源。通過對微控制器編程，首先利用上述重力式流速傳感器測量水流流速；然后利用測距傳感器測量水深，結合明渠斷面尺寸換算過水斷面，計算明渠水流流量；最后利用GSM/GPRS通信模塊上傳流速流量監測數據，由此實現遠程自動監測；還可以利用電話或者短信做出操作指令，實現對微控制器中數據處理程序的基本參數的遠程校對和修改。

本發明提出的重力式流速傳感器的三個組成部分成本低廉，可以直接購買組裝，零件更換容易，設備維護成本低，保證率高?？蛇m應泥沙水、生活污水、工業廢水等各類惡劣水質環境。根據懸掛不同材質或者不同半徑的光滑球體，可以測量不同的流速范圍。本發明提出的明渠流速流量監測裝置可以動態的采集、處理、查看明渠流速流量的監測數據，還可以通過電話或者短信交互式地調整或修改設備中的關鍵參數，來適應各種不同監測環境，以滿足排澇防洪渠、灌溉引水渠、水庫溢洪道、擋潮排澇閘站等各種水工建筑物的監測需要。本發明提出的重力式流速傳感器和明渠流速流量監測裝置可以為水利設施的運行管理或者防汛抗旱指揮調度提供有效的參考數據。

附圖說明

圖1是重力式流速傳感器的結構和力學原理圖。

圖2是明渠流速流量監測裝置的安裝使用示意圖。

圖3是明渠流速流量監測裝置的構造概要圖。

圖4是流速及流量數據處理程序的流程圖。

附圖標記說明：?1、重力球，1-1、重力，1-2、拉力，1-3、浮力，1-4、水平推力，1-5、夾角，2、連接線，3、三軸加速度傳感器，4、明渠流速流量監測裝置，4-1、重力式流速傳感器，4-2、測距傳感器，4-3、微控制器，4-4、GSM/GPRS通信模塊，5、水面線，6、渠墻，7、交通橋，8、渠底板，9、水流流向，10、電源。

具體實施方式

下面結合說明書附圖和具體實施方式對本發明內容進行詳細說明。