中小河流截面水流速高頻聲學監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及中小河流水流速監(jiān)測技術領域，特別涉及一種中小河流截面水流速高頻聲學監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]河流流速及流量資料具有極為重要的作用，涉及防洪安全、水文水利計算、水資源評價等多個方面，因此河流檢測是水文工作的重要內(nèi)容。
[0003]目前，中小河流流速測量多采用ADCP多普勒剖面流速儀，其原理是利用多普勒效應原理進行流速測量，用聲波換能器作傳感器，換能器發(fā)射聲脈沖波，聲脈沖波通過水體中不均勻分布的泥沙顆粒、浮游生物等反散射體反散射，然后該換能器接收信號，經(jīng)測定多普勒頻移而測算出流速，該測量方式存在以下缺陷:
[0004]—、走航式ADCP多普勒剖面流速儀需要雇船下水測試，在岸兩端架線纜，耗時，耗力，而且由于需人員操作，測量會對人員安全造成威脅，導致其無法在洪水來臨時測量，測量時段受限、難度較大；
[0005]二、走航式ADCP只能測量河流中單點斷面的流速，對于橫跨兩岸范圍的截面無法測量；
[0006]三、水平式ADCP雖然可以測量河流截面面積，但是設備安裝要求高，且測量距離有限，維護困難，價格高昂。
[0007]有鑒于此，本發(fā)明人特別研制出一種成本低、測量范圍大且對工作環(huán)境適應性強的中小河流截面水流速高頻聲學監(jiān)測系統(tǒng)，本案由此產(chǎn)生。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實用新型的目的在于提供一種中小河流截面水流速高頻聲學監(jiān)測系統(tǒng)，其結(jié)構簡單，應用范圍廣，降低了設備引進成本和人工成本，實現(xiàn)了整個河流截面全天候的流速監(jiān)測以及監(jiān)測數(shù)據(jù)快速地批量獲取、存儲。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術方案如下:
[0010]中小河流截面水流速高頻聲學監(jiān)測系統(tǒng)，包括兩臺流速測量儀和至少一監(jiān)測中心;
[0011]所述流速測量儀包括控制主機、換能器、水聽器、GPS定位裝置、功放模塊、功率放大器和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊；控制主機內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器，換能器、功放模塊和D/A轉(zhuǎn)換器依次連接，水聽器、功率放大器和A/D轉(zhuǎn)換器依次連接，GPS定位裝置和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊分別與控制主機連接，GPS定位裝置為控制主機提供高精度授時及位置和時間報文，控制主機還通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與檢測中心無線通訊。
[0012]進一步，所述流速測量儀還包括濾波器，濾波器與水聽器及功率放大器連接。
[0013]進一步，所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊為WIFI模塊或3G模塊。
[0014]進一步，所述監(jiān)測中心至少包括一云端服務器，控制主機將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊上傳至云端服務器。
[0015]進一步，所述控制主機為工業(yè)計算機。
[0016]采用上述方案后，本實用新型工作原理為:
[0017]進行數(shù)據(jù)監(jiān)測前，將本實用新型的兩臺流速測量儀分別部署在河流兩岸；
[0018]首先，由其中一臺流速測量儀發(fā)射高頻聲波信號，在該測量儀中:GPS定位裝置產(chǎn)生PPS (秒脈沖)上升沿到達相應頻率時，控制主機產(chǎn)生電信號，D/A轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)換為模擬信號并發(fā)送至功放模塊，經(jīng)功放模塊進行能量放大處理后發(fā)送至換能器，換能器發(fā)送高頻聲波信號，GPS定位裝置同時高頻率地發(fā)送時間信號至控制主機，控制主機記錄聲波信號的發(fā)射時間；
[0019]然后，另一臺流速測量儀接收該高頻聲波信號，在該測量儀中:水聽器接收到聲波信號，轉(zhuǎn)換為模擬信號并發(fā)送至功率放大器，經(jīng)功率放大器后到達A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為電信號返回至控制主機，GPS定位裝置同時高頻率地發(fā)送時間信號至控制主機，控制主機記錄聲波信號接收時間；
[0020]上述高頻聲波發(fā)射和接收過程重復多次進行，并且兩臺流速測量儀之間進行多次的聲波信號互發(fā)互收，控制主機通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將監(jiān)測到的聲波傳輸?shù)臅r間數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測中心，統(tǒng)一處理，便可根據(jù)聲波傳輸時間反演出流速和溫度(河流中聲速擾動主要由溫度引起)。
[0021]本實用新型的有益效果為:通過兩臺測量儀之間在河流中進行高頻聲波信號的互發(fā)互收，獲取大量聲波傳輸時間數(shù)據(jù)，方便快捷，能夠測得整個河流截面的流速，聲波發(fā)射和接收均有控制主機來控制運行，無需人工現(xiàn)場作業(yè)，安全得到有效保證，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線通訊的方式上傳至監(jiān)測中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的批量獲取和存儲，提高測量效率及監(jiān)測結(jié)果的實效性。
[0022]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步說明。
【附圖說明】
[0023]圖1是本實用新型的結(jié)構示意圖；
[0024]圖2是本實用新型兩臺流速測量儀安裝在河流兩岸的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]如圖1所示本實用新型揭示的一種中小河流截面水流速高頻聲學監(jiān)測系統(tǒng)，包括兩臺流速測量儀和至少一監(jiān)測中心；
[0026]所述流速測量儀包括控制主機、換能器、水聽器、GPS定位裝置、功放模塊、功率放大器和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊；本實施例中，控制主機采用工業(yè)計算機；
[0027]控制主機內(nèi)置A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器，換能器、功放模塊和控制主機的D/A轉(zhuǎn)換器依次連接，水聽器、功率放大器和控制主機的A/D轉(zhuǎn)換器依次連接，GPS定位裝置和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊分別與控制主機連接，GPS定位裝置為控制主機提供高精度授時及位置和時間報文，控制主機還通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與檢測中心無線通訊。
[0028]本實施例中，專業(yè)水聲通信功放模塊，功放模塊主要分為開關電源和數(shù)字功放兩部分，功放部分主要完成對高頻信號的放大，以便信號能傳輸?shù)母h。
[0029]為了減少水流及電路的噪聲對監(jiān)測信號干擾，流速測量儀還包括濾波器，濾波器與水聽器及功率放大器連接，水聽器將信號發(fā)送給功率放大器和A/D轉(zhuǎn)換器之前通過濾波器處理，提高信號精度。
[0030]無線數(shù)據(jù)傳輸模塊為3G模塊，3G模塊可以是外置3G模塊或內(nèi)置于控制主機的內(nèi)置3G模塊，本實施例采用的是外置3G模塊。
[0031]監(jiān)測中心至少包括一云端服務器，控制主機將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊上傳至云端服務器，如圖2所示，監(jiān)測中心可以設置多個，每個監(jiān)測中心與流速測量儀建立網(wǎng)絡連接即可將監(jiān)測數(shù)據(jù)分別上傳至個監(jiān)測中心的云端服務器，便于監(jiān)測人員多地獲取數(shù)據(jù)。
[0032]本實用新型運行時:請參閱圖2，進行數(shù)據(jù)監(jiān)測前，將本實用新型的兩臺流速測量儀分別部署在河流兩岸；
[0033]首先，由其中一臺流速測量儀發(fā)射高頻聲波信號，在該測量儀中:GPS定位裝置產(chǎn)生PPS (秒脈沖)上升沿到達相應頻率時，控制主機產(chǎn)生電信號，D/A轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)換為模擬信號并發(fā)送至功放模塊，經(jīng)功放模塊進行能量放大處理后發(fā)送至換能器，換能器發(fā)送高頻聲波信號，GPS定位裝置同時高頻率地發(fā)送時間信號至控制主機，控制主機記錄聲波信號的發(fā)射時間；
[0034]然后，另一臺流速測量儀接收該高頻聲波信號，在該測量儀中:水聽器接收到聲波信號，轉(zhuǎn)換為模擬信號并發(fā)送至功率放大器，經(jīng)功率放大器后到達A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為電信號返回至控制主機，GPS定位裝置同時高頻率地發(fā)送時間信號至控制主機，控制主機記錄聲波信號接收時間；
[0035]上述高頻聲波發(fā)射和接收過程重復多次進行，并且兩臺流速測量儀之間進行多次的聲波信號互發(fā)互收，控制主機通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將監(jiān)測到的聲波傳輸?shù)臅r間數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測中心，統(tǒng)一處理，便可根據(jù)聲波傳輸時間反演出流速和溫度(河流中聲速擾動主要由溫度引起)。
[0036]本實用新型的有益效果為:通過兩臺測量儀之間在河流中進行高頻聲波信號的互發(fā)互收，獲取大量聲波傳輸時間數(shù)據(jù)，方便快捷，能夠測得整個河流截面的流速，聲波發(fā)射和接收均有控制主機來控制運行，無需人工現(xiàn)場作業(yè)，安全得到有效保證，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線通訊的方式上傳至監(jiān)測中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的批量獲取和存儲，提高測量效率及監(jiān)測結(jié)果的實效性。
[0037]以上僅為本實用新型的具體實施例，并非對本實用新型的保護范圍的限定。凡依本案的設計思路所做的等同變化，均落入本案的保護范圍。
【主權項】
1.中小河流截面水流速高頻聲學監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括兩臺流速測量儀和至少一監(jiān)測中心； 所述流速測量儀包括控制主機、換能器、水聽器、GPS定位裝置、功放模塊、功率放大器和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊；控制主機內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器，換能器、功放模塊和D/A轉(zhuǎn)換器依次連接，水聽器、功率放大器和A/D轉(zhuǎn)換器依次連接，GPS定位裝置和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊分別與控制主機連接，GPS定位裝置為控制主機提供高精度授時及位置和時間報文，控制主機還通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與檢測中心無線通訊。2.如權利要求1所述的中小河流截面水流速高頻聲學監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述流速測量儀還包括濾波器，濾波器與水聽器及功率放大器連接。3.如權利要求1所述的中小河流截面水流速高頻聲學監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊為3G模塊。4.如權利要求1所述的中小河流截面水流速高頻聲學監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測中心至少包括一云端服務器，控制主機將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊上傳至云端服務器。5.如權利要求1所述的中小河流截面水流速高頻聲學監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述控制主機為工業(yè)計算機。
【專利摘要】本實用新型公開一種中小河流截面水流速高頻聲學監(jiān)測系統(tǒng)，包括兩臺流速測量儀和至少一監(jiān)測中心；所述流速測量儀包括控制主機、換能器、水聽器、GPS定位裝置、功放模塊、功率放大器和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊；控制主機內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器，換能器、功放模塊和D/A轉(zhuǎn)換器依次連接，水聽器、功率放大器和A/D轉(zhuǎn)換器依次連接，GPS定位裝置和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊分別與控制主機連接，GPS定位裝置為控制主機提供高精度授時及位置和時間報文，控制主機還通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與檢測中心無線通訊。本實用新型結(jié)構簡單，應用范圍廣，降低了設備引進成本和人工成本，實現(xiàn)了整個河流截面全天候的流速監(jiān)測。
【IPC分類】G01P5/24
【公開號】CN204903569
【申請?zhí)枴緾N201520596482
【發(fā)明人】范智敏, 張宇, 葉光忠, 林榕彬
【申請人】蛟龍（廈門）科技有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月10日