CN104597284B - 漂浮式河渠水流速测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种漂浮式河渠水流速测量仪。流速传感器1与流速测算系统4的信号输入端通过信号线9电连接，流速传感器1安装在支杆2下端，支杆2的上端与框架3相互固定，框架3底部安装有浮筒8及顺水板11，框架3的底部与定位绳10的上端相连接，定位绳10的下端与定位錨13相连接。它把现有技术中的费时费力的复杂的施工式安装，变成了投放式安装，并且可不局限于安装在岸边，可方便地投放在河面的中央，来提高水速测量的精度，灵活方便地更换测试地点，降低安装使用成本。它适用于河渠水流流速测量仪或接入物联网水情监测系统。

Description

漂浮式河渠水流速测量仪

技术领域

本发明涉及一种液体流速测量仪器，尤其是指一种漂浮式河渠水流速测量仪。

背景技术

河渠水流流速测量是水利、厂矿、环保监测、水文地质调查、农业等部门对环境进行监控管理的重要测试内容。现有的与河水接触式水流流速测量仪，按照水流速传感器的不同有螺旋桨式和旋杯式等，但主流的还是螺旋桨式。螺旋桨式流速传感器的物理原理是：水推动螺旋桨叶片转动，螺旋桨叶片转动通过连接机构驱动转子转动，带动转子上的两个磁钢转动，当磁钢转到靠近干簧管时，干簧管导通，输出一个开关信号。螺旋桨转动一圈，可输出两个开关信号。水流速越快，螺旋桨叶片转动也就越快，干簧管输出的开关信号频率就越高。干簧管输出的开关信号送到流速测算仪进行信号处理，就可以显示水的流速了。流速传感器最前端是螺旋桨，中间是机壳和转子等，后端是尾翼或尾锥。尾翼或尾锥的作用是自动维持流速传感器与水流方向平行（或相同）。流速传感器是安装在支撑机构上的，现有技术中的第一种支撑机构有立杆式（或称测杆式），这种安装方式简单，但不适合深水区域，并且安装和维护麻烦；第二种用钢丝绳悬吊铅鱼配重式，这种方式的支撑机构笨重庞大，安装使用不便，并且只能在河岸附近安装使用，不能测量河中心的水速。另外，现有技术中的河渠水流速测量仪需要用很长的导线将流速传感器与河岸的流速测算仪连接起来，当河渠很宽时，这条导线更长，由于水中情况复杂，其可靠性将大打折扣。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以漂浮式安装的河渠水流流速测量仪，它可很方便地投放在河渠的任何位置使用，更换测试地点很方便，并且可以结构简单、成本低，易于制造和使用。它还可以利用太阳能发电进行无线传输。

为了实现上述目的，本发明把流速传感器1与流速测算系统4的信号输入端通过信号线9电连接，流速传感器1安装在支杆2下端，支杆2的上端与框架3相互固定，框架3底部安装有浮筒8，框架3的底部与定位绳10的上端相互固定，定位绳10的下端与定位錨13相互固定。

为了使流速传感器1始终保持与水流方向一致，框架3的底部安装有顺水板11，在支杆2的下端安装有夹板19，流速传感器1置于夹板19内，转轴20穿过夹板19及流速传感器1上的小孔。

为了进行无线传输，框架3上端还安装有水平安装的太阳能电池板7，太阳能电池板7与电源盒6的输入端通过充电线16电连接，电源盒6的输出端与流速测算系统4的电源输入端电通过电源线14电连接。流速测算系统4可以是物联网中的一个测水速节点。

为了避免晚上船只等人为的碰触，太阳能电池板1上端安装有警示灯17，警示灯17与电源盒6的警示灯供电输出端通过灯导线18电连接。

为了给流速测算系统4及电源盒6遮雨水，流速测算系统4及电源盒6安装在太阳能电池板7的下部。

由于本发明把流速传感器1安装在了由浮筒8、框架3、定位绳10、定位錨13、支杆2等组成的漂浮式悬吊机构上，把现有技术中的费时费力的复杂的施工式安装，变成了投放式安装，可不局限于安装在岸边，方便地投放在河面的中央，从而提高水速测量的精度。并且可经常更换投放点，灵活方便地更换测试地点。本发明带有的顺水板11及夹板19和转轴20安装流速传感器1的结构方式，保证了在水流速度大幅度变化及大风情况下，流速传感器1沿水流方向不受影响。本发明的结构简单实用、成本低、可靠性好。另外，本发明附带的太阳能电池板7、电源盒6、流速测算系统4等省去了河岸上庞大复杂的配套装置，为物联网水情监视系统的水速测量环节提供了方便。太阳能电池板7水平安装方式，减小了风力的影响，并可兼做防雨罩。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的流速传感器的仰俯角自动调节机构示意图。

具体实施方式

在图1中，流速传感器1与流速测算系统4的信号输入端通过信号线9电连接（当传感器是干簧管时，信号线9是双根线），流速传感器1安装在支杆2下端，支杆2的上端与框架3相互固定。支杆2是由多节不锈钢管端头套接再加紧固螺丝构成，以适应不同测试水深的需求而改变总长度。框架3是由不锈钢金属方管焊接而成的，其底部可增加同样材料的加固金属条，以方便安装支杆2等部件。框架3底部安装有两个不锈钢材料制成的浮筒8。浮筒8的沿着顺水方向为细长形状，且迎水方向制成尖头状。这样可减小河水的冲击力及保持它与水流方向一致性强，还能保持支2在大风及强水流的冲击下始终保持竖直方向，从而保证流速传感器1与水流方向的平行性，提高水速测量精度。要注意，流速传感器1要与顺水板11或浮筒8平行安装。浮筒8与框架3的安装方式用紧固螺丝或焊接方式均可。浮筒8也可制成长方形状的，竖向长、横向短，以充分利用它顺水和漂浮。框架3的底部与定位绳10的上端相互固定，定位绳10的下端与定位錨13相互固定。定位绳10用耐水腐蚀的套环式铰链结构的不锈钢或硬质塑料材料制作，也可用普通化纤塑料绳。定位錨13可用水泥倒入磨具内成型制成（也可用铸铁的，但成本高），预制时要事先放上一个拴定位绳10的小金属或塑料环。

为了增加稳定性，使流速传感器1始终保持与水流方向一致，可在支杆2的最下端再安装一个含铅铸铁或水泥材料的重物，该重物的重量在1-5千克。也可用图2所示的把流速传感器1安装在仰俯角自动调节机构上。在图2中，支杆2的下端与夹板19（垂直于纸面还有一片完全相同的夹板）的上端相互固定（用焊接或螺丝紧固方式均可），在流速传感器1的横向重心部位，水平钻个小孔，夹板19上也水平钻小孔。把流速传感器1置于夹板19内，转轴20穿过夹板19及流速传感器1上的水平小孔，转轴20的端头再插上销子防止脱落。转轴20的直径略小于流速传感器1上的小孔，这样，当立杆2的竖直度变化时，在水流的带动下，流速传感器1可自动上下摆头，从而保持了与水流方向的一致性。流速传感器1的尾翼要带水平方向尾翼21，也可买来市售成品后再增加水平尾翼的面积。

为了使流速传感器1始终保持与水流方向一致，框架3的底部安装有顺水板11。顺水板11与浮筒8轴线方向平行。顺水板11可用螺丝或焊接的方式固定在框架3的底部，并增加加固条15来增加牢度。顺水板11可用不锈钢或硬质塑料或玻璃钢材料的。当浮筒8做的在水流方向的横截面水平方向足够窄，也可取消顺水板11，此时的浮筒8实际起到了顺水作用。

上述方案在实际使用时非常简单：把定位錨13投入河水中沉底（要尽量靠近河渠中央部位，因该处的水速测量最准，而现有技术中的安装方式对于宽河道，都是安装在河岸附近），而浮筒8把框架3漂浮在水面之上，当河水流动时，定位绳10就把框架3定位在河面上（定位绳10不要太长，以靠浮力刚好拉紧定位绳10且略松点为宜），靠着水流对浮筒8及顺水板11的冲击力，可自动保持顺水板11等部件与水流方向一致（平行）从而保证流速传感器1也与水流方向一致（平行）。其他部分可参照现有技术方案，流速测算系统4也可以安装在岸上，并通过信号线9与流速传感器1电连接。这就省去了现有技术中用庞大沉重的铅鱼及悬吊系统的方案，也避免了用立杆安装在河床底部的方案的安装及移动测试点不便的麻烦，也避免了立杆在河水中随着水流速度变化等情况，发生倾斜而引起水速测量的减小的弊端。

可见，本发明把流速传感器1安装在了由浮筒8、框架3、定位绳10、定位錨13、支杆2等组成的漂浮式悬吊机构上，把现有技术中的费时费力的复杂的施工式安装，变成了投放式安装，并且可经常更换投放点，灵活方便地更换测试地点。

为了进行无线传输，框架3上端还安装有水平放置的太阳能电池板7（太阳能电池板7的水平安装可减小风阻，使得在各个方向吹来的风带来的影响都不大），太阳能电池板的电源输出端7与电源盒6的输入端通过充电线16电连接，电源盒6的输出端与流速测算系统4的电源输入端电通过电源线14电连接。流速测算系统4可以是物联网水情监视系统中的一个测水速节点（该测水速节点用现有技术中的就可，此时必须附带天线5）。此情况下，耗电功率很小，而流速传感器的干簧管根本不耗电，因此太阳能电池板7的面积及电源盒6内的蓄电池体积都不大。电源盒6内安装有现有技术中的蓄电池和太阳能充电控制器，还有串联在警示灯17和蓄电池之间的限流电阻（或用现有技术中的微功耗亮度控制自动开关电路）。

为了避免晚上船只等人为的碰触，可以在太阳能电池板1上端安装警示灯17，警示灯17与电源盒6的警示灯供电输出端通过灯导线18电连接。为节电，要用发光二极管制造警示灯17。可用两个高亮度发光二极管背对背并联焊接并且平行于顺水板11安装，这样，无论在河道的上游和下游，夜晚都可清晰的看到，并且耗电电流仅仅几到十几个毫安，可全天候连接到电源盒6的警示灯供电输出端。也可用现有技术中的微功耗亮度自动控制开关电路，白天自动关断警示灯17，夜晚再自动打开。

为了给流速测算系统4及电源盒6遮雨水，流速测算系统4及电源盒6安装在太阳能电池板7的下部并尽量靠近太阳能电池板7的部位，图1中是用较高的、起托起作用的固定件12固定在了框架3的底部，也可把流速测算系统4及电源盒6直接安装在太阳能电池板7的背面。太阳能电池板7的四周边缘最好再竖向安装宽度3-7厘米左右的遮雨帘（不要太宽，以减小风阻），可用宽度3-7厘米的铝带制成，可用螺丝安装再涂上防水材料。

上述附带的太阳能电池板7、电源盒6、流速测算系统4等省去了河岸上的配套装置，为物联网水情监视系统的水速测量环节提供了方便。

本发明可以做各种变化，比如流速传感器1用其他类型的、一些部件的形状及材料变化等等，但是这些变化都没有偏离本发明的实质。

Claims (3)

1.一种漂浮式河渠水流速测量仪，其特征是流速传感器（1）与流速测算系统（4）的信号输入端通过信号线（9）电连接，流速传感器（1）安装在支杆（2）下端，支杆（2）的上端与框架（3）相互固定，框架（3）底部安装有浮筒（8），框架（3）的底部与定位绳（10）的上端相互固定，定位绳（10）的下端与定位锚（13）相互固定，支杆（2）的下端安装有夹板（19），流速传感器（1）置于夹板（19）内，转轴（20）穿过夹板（19）及流速传感器（1）上的小孔，框架（3）的底部安装有顺水板（11），框架（3）上端还水平安装有太阳能电池板（7），太阳能电池板（7）与电源盒（6）的输入端通过充电线（16）电连接，电源盒（6）的输出端与流速测算系统（4）的电源输入端通过电源线（14）电连接，流速测算系统（4）及电源盒（6）安装在太阳能电池板（7）的下部。

2.按权利要求1所述的漂浮式河渠水流速测量仪，其特征是流速测算系统（4）是物联网系统中的一个测水速节点。

3.按权利要求1或2所述的漂浮式河渠水流速测量仪，其特征是太阳能电池板（7）上端安装有警示灯（17），警示灯（17）与电源盒（6）的警示灯供电输出端通过灯导线（18）电连接。