[實用新型]河道二維流速測量及獲取河道斷面的裝置

有效

• 申請號: 201520157428.7
• 申請日: 2015-03-19
• 公開（公告）號: CN204514954U
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 申昱騫
• 申請（專利權）人: 杭州水進環境科技有限公司
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所 33230
• 代理人: 占國霞

技術領域

本實用新型涉及一種河道二維流速測量及獲取河道斷面的裝置。

背景技術

傳統的聲學多普勒流速剖面測量系統，一般采用岸邊固定安裝，水平發射聲波的方式獲取一維的流速剖面數據，此流速數據稱之為指標流速。指標流速對整個河道斷面平均流速的代表性較差，并且當水位發生變化時，指標流速與斷面平均流速的關系將發生根本性變化，必須重新率定二者關系才能保證測流系統的數據可用性，這將導致人力物力的大量消耗，且無法保證所測得流量數據的實時準確有效性。此外，由于洪水、淤積等原因可能造成河床形狀的變化，而河床形狀變化將直接導致測流系統得出的斷面流量數據準確性下降，傳統的測流系統無法實時得知斷面情況，只有重新對河床進行人工斷面掃描才能對斷面數據進行修改完善，耗時耗力。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種河道二維流速測量及獲取河道斷面的裝置，解決了現有測量系統無法保證測得流量數據的實時準確有效性等問題，實現了使用一臺聲學多普勒流速剖面儀獲取全斷面二維多點位流速剖面數據的目的。

為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案：

一種河道二維流速測量及獲取河道斷面的裝置，包括驅動伺服電路和供電輔助模塊，驅動伺服電路與水下機械轉動設備電連接，水下機械轉動設備上設有超聲波測距儀和聲學多普勒流速剖面儀，聲學多普勒流速剖面儀上設有三維姿態儀，驅動伺服電路、超聲波測距儀、聲學多普勒流速剖面儀和三維姿態儀分別與數據傳輸采集模塊電連接，供電輔助模塊提供整個裝置電源；由驅動伺服電路控制水下機械轉動設備進行垂直二維方向任意角度轉動，通過水下機械轉動設備驅動聲學多普勒流速剖面儀，使得聲學多普勒流速剖面儀的一維流速剖面數據擴展為二維掃描流速數據，根據姿態儀獲取聲學多普勒流速剖面儀當前波束的垂直方向夾角，結合聲學多普勒流速剖面分層單元數及分層單元尺寸，綜合計算出二維掃描流速數據各點基于測量斷面的二維坐標值，實現使用一臺聲學多普勒流速剖面儀獲取全斷面二維多點位流速剖面數據的目的，此外，通過機械轉動設備驅動超聲波測距儀，同步獲取測量位置的河床斷面曲線；通過三維姿態儀獲得聲學多普勒流速剖面儀當前垂向夾角值，反饋至驅動伺服電路，與機械轉動機構光電脈沖編碼器的電機位置和速率信息數值對比運算，通過數字PID控制，實現機械轉動機構的精準預設角度運動控制；通過聲學多普勒流速剖面儀發射波束的垂向夾角、流速剖面分層單元數以及流速剖面分層單元距離，以及水下機械轉動機構安裝初始位置，計算出各流速剖面數據的二維坐標值；由驅動伺服電路控制水下機械轉動機構進行預設角度及時間間隔的旋轉，使得超聲波測距儀從安裝點位置垂直向下開始向對岸掃描，將各角度所測得的距離數據綜合處理后，得到測量點的河床斷面數據。

優選為，水下機械轉動設備包括高精度直流伺服電機和光電脈沖編碼器，兩者電連接，水下機械轉動設備采用高精度直流伺服電機，配備光電脈沖編碼器，進行精準步進控制，實現聲學多普勒流速剖面儀及超聲波測距儀的精確工作角度微調。

優選為，數據傳輸采集模塊包括高性能數據采集儀和無線傳輸模塊，兩者通過RS232通訊接口電連接，通過高性能數據采集儀對上述設備進行控制與數據采集；無線傳輸模塊使用透明傳輸方式，利用GPRS/GSM/3G等無線網絡，使高性能數據采集儀與遠程服務器形成雙向數據通訊，服務器端可通過遠程指令控制本裝置運行，同步將各設備運行數據實時傳輸至遠程服務器。

優選為，供電輔助模塊包括供電單元、GPS單元、防雷單元，三者并聯，供電單元提供整個裝置電源；供電單元包含太陽能-風能供電及交流市電接入兩種模式，可靈活地滿足本裝置在不同應用場所的供電需求；GPS單元可為本裝置在野外無人監管場合應用時提供防盜及位置提示功能；防雷單元可有效地提高本裝置在野外應用時的安全性能。

本實用新型的有益效果是：本河道二維流速測量及獲取河道斷面的裝置利用水下機械轉動設備與超聲波測距儀和聲學多普勒流速剖面儀相結合的設計，使得聲學多普勒流速剖面儀的一維流速剖面數據擴展為二維掃描流速數據；根據姿態儀獲取聲學多普勒流速剖面儀當前波束的垂直方向夾角，結合聲學多普勒流速剖面分層單元數及分層單元尺寸，綜合計算出二維掃描流速數據各點基于測量斷面的二維坐標值，實現使用一臺聲學多普勒流速剖面儀獲取全斷面二維多點位流速剖面數據的目的；此外，通過機械轉動設備驅動超聲波測距儀，同步獲取測量位置的河床斷面曲線。

附圖說明

圖1為本實用新型的模塊示意圖。

具體實施方式