[發明專利]一種定點懸掛式冰厚、水位一體化連續監測裝置在審
| 申請號： | 201910177810.7 | 申請日： | 2019-03-10 |
| 公開（公告）號： | CN109883479A | 公開（公告）日： | 2019-06-14 |
| 發明（設計）人： | 張寶森;李春江;郜國明;崔海濤;陳潔;田治宗;李書霞;謝學東;王亞飛;沈國庭;鄧宇;于國卿;謝志剛;岳瑜素;趙蘇磊;曾賀;時芳欣;郭曉明;張曉華;徐路凱;馬子普;周文君;何麗娜 | 申請（專利權）人： | 黃河水利委員會黃河水利科學研究院 |
| 主分類號： | G01D21/02 | 分類號： | G01D21/02 |
| 代理公司： | 暫無信息 | 代理人： | 暫無信息 |
| 地址： | 450003 河*** | 國省代碼： | 河南;41 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 冰蓋 連續監測裝置 雷達傳感器 自動計算 雷達 上表面 雙程 高程 水位 風光互補控制器 太陽能發電裝置 風力發電裝置 發射機 集成控制箱 遠程計算機 接收機 安裝基座 儲能電池 監測裝置 空氣耦合 控制模塊 模塊接收 時間標注 數傳模塊 水文監測 圖譜記錄 相關參數 遠程遙測 自由水面 一體化 避雷器 回旋臂 雷達波 三角鋼 下表面 懸掛式 圖譜 發送 | ||
1.一種定點懸掛式冰厚、水位一體化連續監測裝置，其特征在于，包括避雷器（1）、風力發電裝置（2）、三角鋼塔（3）、太陽能發電裝置（4）、安裝基座（5）、儲能電池（6）、回旋臂（7）、空氣耦合雷達傳感器（8）（以下簡稱“雷達”）和集成控制箱（9）：其中，
所述避雷器（1）可選用BLZ-800型避雷器，避雷器中圓球安裝高度應比風力發電裝置（2）的扇葉最高位置高出0.2m以上；
所述三角鋼塔（3）由三根鋼管和橫向支撐桿構成，三根鋼管構成等邊三角形，鋼管直徑50mm，橫向支撐桿采用螺紋鋼筋，間距不大于20cm，三角鋼塔埋于基座內；
所述安裝基座（5）采用漿砌石結構，埋于地面以下部分不少于1m；
所述儲能電池（6）采用耐低溫的硅能電池，安置在集中控制箱內（9）或者埋于基座內地面1m以下；
所述回旋臂（7）由兩根大小不同鋼管構成，直徑分別45mm、50mm，每根各15m，嵌套方式連接，連接部位處兩根鋼管每隔5cm打一個8mm直徑孔，再采用6mm直徑長螺絲（21）將兩根鋼管固定，回旋臂一端焊接一個與回旋臂橫桿垂直的套管（23），直徑55m，長度15cm，回旋臂套管（23）套入至三角鋼塔的一個鋼管后，在該套管（23）下部三角鋼塔鋼管焊接一個阻滯環（24）。
2.根據權利要求1所述空氣耦合雷達傳感器（8），其特征在于，主要包含雷達控制器（14）、發射機（15）、接收機（16）、發射天線、接收電線、供電接口、數據接口等；
所述空氣耦合雷達傳感器（8）的探測冰厚工作方式如附圖3，遠程計算機通過4G數傳模塊（13）向雷達控制器發送相關參數（雷達波空氣傳播速度、冰介電常數、采樣點數、采樣頻率、累加次數、采集間隔時間等），遠程計算機自動計算雷達（8）底部中心至冰期冰蓋上表面或非冰期自由水面的距離，再計算冰蓋厚度，基于河道周邊水準高程，將其相應數據分別換算成相應高程；
所述空氣耦合雷達傳感器中（8）雷達控制器（14）將實現數據接口通訊、發射機觸發信號、接收機步進取樣時鐘、接收機輸出信號模數轉換等功能，其內部工作時序見附圖4；
所述空氣耦合雷達傳感器（8）中發射機（15）選用雪崩三極管和SRD器件來構成脈沖源電路，其脈沖寬度和脈沖重復周期易于控制，且體積不大，適合定點懸掛于河道附近；
所述空氣耦合雷達傳感器（8）中接收機（16）采用等效采樣技術對信號進行降頻處理技術，降頻后回波信號為音頻信號，從而提高A/D轉換器的轉換速率，降低成本；
所述空氣耦合雷達傳感器（8）中發射天線和接收天線，采用Bow-tie天線或其變形結構UWB天線，實現超寬帶特性，該類天線結構簡單、體積小，適合懸掛于河道附近；
所述空氣耦合雷達傳感器（8）采用3個U型螺栓固定在回旋臂（7）末端1m范圍內。
3.根據權利要求1所述集成控制箱（9），其特征在于，主要包含風光互補控制器（10）、遠程遙測開關（11）、GPS模塊（12）、4G數傳模塊（13），同時集成控制箱內部各個模塊位置布置及連接方式如附圖2；
所述風光互補控制器（10）選用MPPT（最大功率點跟蹤）控制器，該控制器能夠追蹤最高電壓電流值，能夠有效地協調太陽能電池板、蓄電池、負載的工作，充電效率能夠達到95%；
所述風光互補控制器（10）其工作方式是風力發電裝置（2）和太陽能發電裝置（4）的電能通過風光互補控制器（10）傳輸入遠程遙測開關（11）或儲存于儲能電池（6）中，同時儲能電池（6）存儲的電能可以在無光無風時通過風光互補控制器（10）傳輸入遠程遙測開關（11）中；
所述遠程遙測開關（11）可選用ST248-TAS型號控制器，其工作方式是通過GSM天線接收手機或電腦遠程發射控制信號，來控制雷達（8）、GPS模塊（12）、4G數傳模塊（13）的開啟；
所述GPS模塊（12）可選用GPS15xL 型號，作用是為雷達（8）提供秒脈沖信號（PPS）和時間信息，根據PPS信號可以進行計時，還能控制雷達（8）數據的采集間隔時間；
另外GPS提供的時間信息也將記錄在雷達（8）的回傳數據中，將雷達回波數據打上時間標簽，使得雷達數據可以根據時間回溯；
所述4G數傳模塊（13）可選用MZ382型號，作用是實現雷達（8）與遠程計算機之間的遠程無線通信，建立數據鏈接，采集的雷達圖譜數據實時回傳至遠程計算機，同時該型號4G模塊還有WIFI功能，可現場通過WIFI功能連接雷達（8），測試雷達數據采集質量。
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