[實用新型]一種基于實時姿態的電磁流速流量測量裝置

有效

• 申請號: 201820092806.1
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN207894955U
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 王劍平;李善超;車國霖;徐嵩;楊曉洪;張果;歐陽鑫;劉偉;魏汝哲;張銳
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01P21/02
• 分類號: G01P21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型涉及一種基于實時姿態的電磁流速流量測量裝置，屬于水文數據測量技術領域。本實用新型包括壓力傳感器、電磁流速儀、姿態傳感器、CPU電路、控制開關、LoRa電路、天線、上位機；電磁流速儀采集實時單點水流速度，壓力傳感器采集實時氣壓、水壓及水溫數據，姿態傳感器采集水下鉛魚的實時姿態數據；CPU電路存儲實時姿態數據、壓力數據和流速數據并通過LoRa電路與天線發送到上位機；上位機解算融合得到三維姿態角數據和水深數據，并結合流速數據計算得到水流流量數據。本實用新型采用電磁流速儀測量流速，并根據實時姿態選取穩定狀態下的流速數據，實現了精確流速測量及水流流量計算，適應于各種復雜水域環境。

技術領域

本實用新型涉及一種基于實時姿態的電磁流速流量測量裝置，屬于水文數據測量技術領域。

背景技術

目前，在水文數據測量技術領域內，水域流量是反映江河、湖泊、水庫等水體水量變化的基本數據，是河流最重要的水文特征。傳統水文流速測量方法是依靠水流對轉子式流速儀旋槳的沖擊，并通過旋槳的回轉率與流速之間的函數關系，進而計算得到流速數據。但轉子式流速儀機械結構精密，含有旋轉活動部件，對測量環境有較高的要求，在天然的河道中容易出現泥沙堵塞、水草纏繞、雜物撞擊造成機械部件的損壞和頂針、瑪瑙座、寶石軸承等零件生銹等問題；且其測量范圍小，連續工作時間較短（只有8個小時），無法滿足水文監測的需求，且必須經常加儀器油來進行保護，操作繁瑣復雜。電磁流速儀沒有旋轉活動部件，就不會出現被雜物纏繞的問題，其較低的功耗也保證了其在水下長時間穩定地工作，且其測量范圍和測量精度都要高于轉子式流速儀。但電磁流速儀在測量的過程中會在水流的作用下隨著鉛魚搖擺、旋轉不定，由于河水的能見度較低，無法通過人眼判斷當前流速儀的姿態是否穩定，就無法準確獲得動態情況下相對準確的流速數據，從而導致電磁流速儀測量出的流速數據誤差大，計算出的流量數據不準確。同時，在計算流量值時需要用到鉛魚所在的水深數據，傳統水文測量水深方法是采用的模擬式相對壓力傳感器測量水深數據或者在鋼纜上設置數字編碼器并結合入水開關信號測得入水鋼纜長度來得到水深數據，但二者都有其局限性，模擬式相對壓力傳感器精度低，體積大，操作不方便，且無法固定在鉛魚上，而鋼纜由于自身形變拉伸和水流帶動鉛魚發生偏移使得測得的入水鋼纜長度與實際水深數據有較大的誤差。數字式壓力傳感器測量水深相較于傳統測量水深方法，有著精度高，體積小，功耗低的優點，更適合水文測量工作。

發明內容

本實用新型要解決的技術問題是：本實用新型提供了一種基于實時姿態的電磁流速流量測量裝置，用于解決水文纜道測流速時傳統轉子式流速儀數據精度低、采集數據工作效率低下、設備維護不方便和電磁流速儀隨鉛魚搖擺旋轉從而導致流速數據誤差大的問題，及解決水文纜道測水深時傳統方法得到的水深數據誤差大、應用環境苛刻等問題。

本實用新型采用的技術方案是：一種基于實時姿態的電磁流速流量測量裝置，包括壓力傳感器1、電磁流速儀2、姿態傳感器3、CPU電路4、控制開關5、LoRa電路6、天線7、上位機8；壓力傳感器1輸出端、電磁流速儀2輸出端和姿態傳感器3輸出端分別與CPU電路4輸入端相連，CPU電路4輸出端與控制開關5控制端相連，CPU電路4通信端與LoRa電路6信號輸入端相連，控制開關5電源輸出端與LoRa電路6電源輸入端相連，LoRa電路6信號輸出端與天線7相接，天線7與上位機8相通信。

具體地，所述的壓力傳感器1用于采集鉛魚入水前當地氣壓及入水后實時水壓、水溫數據；電磁流速儀2用于采集實時水流流速數據；姿態傳感器3用于采集水下鉛魚的實時姿態數據；CPU電路4存儲壓力傳感器1、電磁流速儀2、姿態傳感器3的檢測數據，然后將檢測數據封裝成數據包通過LoRa電路6、天線7發送給上位機8，同時CPU電路4還通過控制開關5來開啟或關閉LoRa電路6；上位機8接收數據包后，解算出三維姿態角數據和水深數據，并篩選出穩定狀態下的流速數據和水深數據，代入流速面積法計算公式中計算得到準確的水流流量數據。

優選地，所述壓力傳感器1采用低功耗直流供電的數字式壓力傳感器。

優選地，所述電磁流速儀2采用低功耗直流供電的電磁流速儀。