[發明專利]一種雨天路面上水流流速和深度檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 201310591225.4
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN103630707A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 張馳;郭鑫鑫;燕姣;丁夢華;惠冰;周博聞;李甜甜;王雪;劉時雨
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24;G01F23/296
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種雨天路面上水流流速和深度檢測裝置，其特征在于，包括控制器及放置式超聲波傳感器(4)，控制器包括第一信號放大電路(3)、轉換電路(5)、第二信號放大電路(6)、單片機(7)、顯示器(8)、用于產生電信號的集成電路(2)、以及用于控制集成電路(2)的開關(1)，開關(1)與集成電路(2)的控制端相連接，集成電路(2)的輸出端與第一信號放大電路(3)的輸入端相連接，第一信號放大電路(3)的輸出端與放置式超聲波傳感器(4)的輸入端相連接，放置式超聲波傳感器(4)的輸出端與轉換電路(5)的輸入端相連接，轉換電路(5)的輸出端與第二信號放大電路(6)的輸入端相連接，第二信號放大電路(6)的輸出端與單片機(7)的輸入端相連接，單片機(7)的輸出端與顯示器(8)的輸入端相連接。

2.根據權利要求1所述的雨天路面上水流流速和深度檢測裝置，其特征在于，所述放置式超聲波傳感器(4)包括長方體框架，長方體框架的底部設有扇葉(43)及順流斜探頭換能器(42)，長方體框架的頂部設有刻度盤(45)及指針，指針的一端設有逆流斜探頭換能器(41)，指針的另一端通過連接桿(44)與扇葉(43)的一側相連接，當指針指向刻度盤(45)的零刻度時，順流斜探頭換能器(42)與逆流斜探頭換能器(41)的連線處于扇葉(43)與連接桿(44)組成的平面內。

3.根據權利要求2所述的雨天路面上水流流速和深度檢測裝置，其特征在于，所述逆流斜探頭換能器(41)及順流斜探頭換能器(42)均包括接收器、發射器及換能器。

4.根據權利要求1所述的雨天路面上水流流速和深度檢測裝置，其特征在于，所述單片機(7)為MSP430單片機。

5.一種雨天路面上水流流速和深度檢測方法，基于權利要求3所述的雨天路面水流流速和深度檢測裝置，其特征在于，包括以下步驟：

1)將放置式超聲波傳感器(4)放置到水流中，調整放置式超聲波傳感器(4)的位置，使指針指向刻度盤(45)的零刻度，然后再打開開關(1)使集成電路(2)正常工作，集成電路(2)產生第一電信號，所述第一電信號經第一信號放大電路(3)放大后輸入到放置式超聲波傳感器(4)中；

2)所述放置式超聲波傳感器(4)內的逆流斜探頭換能器(41)接收所述第一電信號，并根據所述第一電信號產生第一超聲波信號，第一超聲波信號經轉換電路(5)轉換為第二電信號，第二電信號經第二信號放大電路(6)放大后輸入到單片機(7)中，同時第一超聲波信號經傳遞后被順流斜探頭換能器(42)的接收器接收，順流斜探頭換能器(42)接收所述第一超聲波信號，并將第一超聲波信號通過轉換電路(5)轉換為第三電信號，第三電信號經第二信號放大電路(6)放大后輸入到單片機(7)中；放置式超聲波傳感器(4)內的順流斜探頭換能器(42)接收第一電信號，并根據所述第一電信號產生第二超聲波信號，再通過轉換電路(5)將所述第二超聲波信號轉換為第四電信號，第四信號經第二信號放大電路(6)放大后輸入到單片機(7)中，同時第二超聲波信號經傳遞后被逆流斜探頭換能器(41)的接收器接收，逆流斜探頭換能器(41)接收所述第二超聲波信號，并通過轉換電路(5)將第二超聲波信號轉換為第五電信號，第五電信號經第二信號放大電路(6)放大后輸入到單片機(7)中；

3)所述單片機(7)記錄接收到第二電信號及第三電信信號的時間差t_2，，單片機(7)記錄接收到第四電信號及第五電信號的時間差t₁，再根據t1=1v+ucosθ+L-1v,]]>t2=1v-ucosθ+L-1v]]>及h=1·sinθ得到水流流速u及水流深度h，其中，v為靜止水中超聲波的速度，L為逆流斜探頭換能器(41)與順流斜探頭換能器(42)之間的距離，1為超聲波傳播過程中水中部分的長度，θ為超聲波的傳播方向與水流方向的夾角，然后再將水流流速u及水流深度h轉發至顯示器(8)。

6.一種雨天路面上水流流速和深度檢測方法，其特征在于，步驟3)中θ的取值為30°～60°之間。