CN104807517A - 一种用于灌区明渠自动量水的监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于灌区明渠自动量水的监测系统，包括设备箱，设备箱安装于一立杆上，立杆上还安装有太阳能电池板；设备箱内装超声波水位计的仪表、流量积算仪、太阳能蓄电池及太阳能控制器，超声波水位计的仪表与处于外部的探头通过信号线联接，超声波水位计的仪表与流量积算仪通过信号线连接，超声波水位计用于探测渠道水位，其将水位信号通过脉冲电流输入流量积算仪；流量积算仪将水位信号转化成水深数值，得到流量、累计水量数据；超声波水位计的仪表、流量积算仪都与太阳能控制器通过电线联接，太阳能控制器与太阳能蓄电池、太阳能电池板都相联。本发明系统不仅能统计累计水量，还能现场存贮或查询瞬时水位、流量、日水量等数据。

Description

一种用于灌区明渠自动量水的监测系统

技术领域

本发明属于灌区量水设备技术领域，具体涉及一种用于灌区明渠自动量水的监测系统。

背景技术

我国从20世纪50年代开始灌区量水技术的研究和应用，灌区量水经过60多年的发展，在量水方式、计量精度、数据读取、信号传输等环节都取得一定的研究成果。现有的量水设备已达100多种。目前，灌区渠道自动量水设备主要有如下几种类型：

1、利用水工建筑物或特设量水设备配合二次仪表统计水量。其原理是通过传感器对水闸、跌水等水工建筑物或三角堰、矩形堰、巴歇尔量水槽、简易量水槛等特设量水设备上下游水位进行及时采样，根据仪表上数学模型实现对流量的计量，并累积水量。

2、自身能自动统计水量的仪器设备，如电磁流量汁、机械水表、超声波水表等。此类仪器设备的主要原理是利用超声波、电磁波、机械转盘等相关技术，计算流量，累计水量。

上述两类设备结合GPRS、微波等技术可将数据远传。由于我国灌区众多，工程类型、管理水平、经济状况也千差万别，对于量水设备的要求差异较大，现有的量水设备及技术与灌区实际需求仍有较大的差距，产品在经济性、实用性、通用性等方面还存在不足。

现有自动量水设备存在的主要问题是：(1)二次仪表功能只限于统计累计水量，瞬时水位、流量、日水量等数据无法现场存贮、导出；(2)可远转的系统，投资大，后期维修成本高、信号不稳定；(3)供电以AC220伏为主，电力难保障，特别是对于偏远地区，从而不适宜灌区的广泛运用。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明公开了一种用于灌区明渠自动量水的监测系统。

本发明采取如下技术方案：一种用于灌区明渠自动量水的监测系统，包括设备箱，所述的设备箱安装于一立杆上，立杆上还安装有太阳能电池板；所述的设备箱内装超声波水位计的仪表、流量积算仪、太阳能蓄电池及太阳能控制器，超声波水位计的仪表与处于外部的探头通过信号线联接，超声波水位计的仪表与流量积算仪通过信号线连接，超声波水位计用于探测渠道水位，其将水位信号通过脉冲电流输入流量积算仪；流量积算仪将水位信号转化成水深数值，得到流量、累计水量数据；超声波水位计的仪表、流量积算仪都与太阳能控制器通过电线联接，太阳能控制器与太阳能蓄电池、太阳能电池板都相联。

优选的，立杆底端固定一法兰；立杆的底部外壁固定有数块加固肋，加固肋沿立杆的四周均布，加固肋的一边沿与立杆的外壁相贴并固接，加固肋垂直于法兰，其底边与法兰的上表面相贴并固接。

优选的，太阳能电池板安装于立杆的顶部，太阳能电池板呈朝上的倾斜状。

优选的，太阳能电池板的背面固定有焊接片，该焊接片与一支撑钢管顶部焊接，支撑钢管从立杆的上端伸入，支撑钢管与焊接片的连接部处于立杆之外，支撑钢管与立杆间固定连接。

优选的，设备箱的侧壁形成通风口，通风口处的设备箱壁呈弧形向外下翻。

优选的，设备箱的内壁固定一铁板，该铁板用于安装超声波水位计的仪表、流量积算仪、太阳能控制器及太阳能蓄电池。

优选的，设备箱的背面外壁通过螺杆固定连接一联接件，联接接与立杆焊接。

优选的，立杆焊接支架，支架支撑于设备箱的底面，设备箱采用螺杆与支架固定连接。

优选的，设备箱与立杆间采用管箍及螺杆而固定连接。

优选的，探头安装于探头箱。

本发明是一种用于灌区明渠的自动量水系统，通过把超声波水位计、流量积算仪、太阳能系统等仪器设备有机结合组成一个自动量水系统，该系统不仅能统计累计水量，还能现场存贮或查询瞬时水位、流量、日水量等数据，而且存贮数据能通过U盘导出到后台操作。此外，其供电电源灵活多变，不仅可以采用DC24太阳能供电，也可以采用AC220供电，是一套面向灌区的实用且低成本的自动量水系统。

附图说明

图1是本发明用于灌区明渠自动量水的监测系统的整体安装结构图。

图2是钢管与太阳能电池板的装配结构图。

图3是钢管与设备箱的装配结构图。

图4是设备箱内的各仪器联接图。

图5是设备箱的结构简图。

图6是探头保护箱的结构简图。

图7是探头保护箱的仰视图。

图8是流量积算仪信号处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明优选实施例作详细说明。

参见图1-7，镀锌钢管1的直径114mm、厚3.25mm，其表面浅色喷塑，底端固定法兰2，通过法兰2安装于混凝土基座3之上。钢管1的底部外壁固定有四块加固肋4，加固肋4沿钢管1的四周均布，加固肋4的一边沿与钢管1的外壁相贴并固接，加固肋4垂直于法兰2，其底边与法兰2的上表面相贴并固接。

钢管1的顶部安装太阳能电池板5，其结构如下：太阳能电池板5呈朝上的倾斜状，其背面固定有电池板焊接片6，该焊接片6与镀锌支撑钢管7顶部(呈朝上的倾斜状)焊接，镀锌支撑钢管7的直径100mm，其局部从钢管1的上端伸入，两者间通过螺杆8固定连接，螺杆8的直径8mm，共6个，上下各沿圆周方向均布3个。

于钢管1的2.5m高处固定安装一设备箱9，箱体材料为1.2mm厚的206不锈钢板，尺寸为高43cm，深30cm，长40cm。

设备箱9的正面为箱门，箱门上设有暗锁。设备箱9的两侧壁形成竖向一排长条形的通风口，通风口处的设备箱壁呈弧形向外下翻，使通风口朝下，以防雨水进入。

设备箱9的内壁面采用螺丝固定一块2.0mm厚的安装铁板，尺寸为35×35cm，该铁板用于安装超声波水位计、流量积算仪、供电设备等部件。

设备箱9的背面外壁通过螺杆固定连接联接件10，联接件10为角钢，其与钢管1焊接。(设备箱9与钢管1间也可以采用不锈钢管箍及螺杆而固定连接。)

设备箱9的箱底形成一个直径20mm的线路通口9-1。

钢管1焊接不锈钢支架11，支架11支撑于设备箱9的底面，设备箱9采用螺杆与不锈钢支架11固定连接，不锈钢支架11能承重几十公斤重量。

与设备箱9相对应处的钢管1上预留一个线路口1-1，其直径12mm。

超声波水位计由探头及仪表构成，探头与仪表采用分体式结构，两者间通过信号线联接，信号线最大距离可延伸100m。

探头安装于探头箱12内，探头箱12置于输水渡槽。探头箱12的箱体材料为2mm厚的206不锈钢板，其长为40cm、宽为15cm、高为15cm。

探头箱12的一头采用不锈钢片堵住，不锈钢片焊接角钢支架13，角钢支架13的该边长45cm，另一边(底边)长9cm，角钢支架底边预留3个φ8螺杆口；探头箱9的另一头设有门，门上带挂锁。

探头箱12的箱壁预留一个出线口12-1(直径40mm)和探头口12-2(直径65mm)。

设备箱9内安装超声波水位计(如UTG21-PS、HDLCSY-03K)的仪表、流量积算仪(如SK-908、HD-908)、供电的太阳能蓄电池、太阳能控制器(LR10A)等，将超声波水位计、流量积算仪、蓄电池、太阳能控制器等仪器放置于不绣钢设备箱9内，设备箱9及太阳能电池板5固定在钢管1上，不占地，简便实用，既美观，又具有防锈、防盗等功能。

超声波水位计与流量积算仪通过聚氯乙烯绝缘电子线AWG28信号线连接，超声波水位计信号通过4-20mA输入流量积算仪。

太阳能蓄电池与太阳能控制器相联，太阳能控制器与太阳能电池板5相联，太阳能控制器通过BV1.0m²铜芯电线分别与超声波水位计、流量积算仪相联。各仪器设备体积小、连接简单、性能可靠。

目前市面上流量积算仪主要用于工业较多，一般都具有瞬时流量、流量累计功能。而农业灌溉水量计量需要了解瞬时水深、流量、累计水量，而且需要剔出非灌溉期进入渠道的雨水量，现有的流量积算仪难以区别灌溉水量与雨水量。本发明流量积算仪具有显示瞬时流量、流量累计、显示瞬时水深等功能，本发明根据农业灌溉水量计量特点，将流量积算仪与超声波水位计相配合，利用水深与流量之间的相关关系，在流量积算仪内置相应的处理方法(公式)，通过参数的设置，利用水深计算出流量，流量积算仪能记录瞬时水深、流量、累积水量等。在流量积算仪上还设置一个水深的阀值窗口(阀值根据实际定)，确定低于此阀值的流量为零，避免统计进入渠道的雨水量。参见图8，探头取得水位信号后，输入流量积算仪，流量积算仪获得了水位模拟信号，通过A/D转换成数字信号，通过处理器的处理，由数字液晶显示板对外显示，通过模拟信号(4-20mA等)输出、数字信号(通讯通道RS-485等)等输出；流量积算仪还通过数字面板进行操作，并且还能将数据导出。

本发明将各仪器有机衔接，发挥各自功能作用。超声波水位计用于探测渠道水位，信号通过4-20mA脉冲电流输入流量积算仪；流量积算仪设置探头的高度参数，将水位转化成水深，通过幂指数数学模型计算出流量、累计水量，并将相关数据存贮，供查询、导出使用。计算公式如下：

h_i＝H_i-H_a

q_i＝c.h_i ⁿ

w_i＝q_i.t_i

$W=\underset{i}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i$

上述公式中：

h_i——为每次观测的水深，m；

H_i——探头到液面的距离，m；

H_a——探头安装高度，m；

q_i——瞬时流量，m³/s；

c——流量系数，测试确定；

_n——流量指数，测试确定；

w_i——时段水量，m³；

t_i——时段时间，秒；

W——多个时段累计水量，m³。

通过在流量积算仪设置协议流量，避免统计进入渠道雨水量，提高灌溉水量精度。

本发明与现有技术相比：

①本发明将超声波水位计、数据计算存贮仪(流量积算仪)、太阳能等仪器设备有机结合用于灌区明渠水量自动观测，特别首次将工业用的数据计算存贮仪用于农业，实现了以往自动量水系统不能现场存贮或查询、导出瞬时水位、流量、日水量等数据的功能。

②现有的自动量水系统主要通过观测水位，计算流量，统计水量，基本上渠道有水，不管是雨水还是死水，都算入灌溉水量，误差较大。本发明通过在数据计算存贮仪设置协议流量，可将低于一定水位的流量设置为零，避免统计进入渠道的雨水量、死水量，提高了灌溉水量统计精度。

本发明技术方案具有如下技术效果：

①其可现场存贮或查询瞬时水位、流量、日水量等数据，而且存贮数据能通过U盘导出到后台操作。

②能自动排除非灌溉期水量以及进入渠道的雨水量。

③不占地，简便实用，还具有防锈、防盗等功能。

④供电电源灵活多变，不仅可以采用DC24太阳能供电(适用于偏远的农田，且节能)，也可以采用AC220，是一套面向灌区的实用且低成本的自动量水系统。

本领域普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明的，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变型都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于灌区明渠自动量水的监测系统，包括设备箱，其特征在于：所述的设备箱安装于一立杆上，立杆上还安装有太阳能电池板；所述的设备箱内装超声波水位计的仪表、流量积算仪、太阳能蓄电池及太阳能控制器，超声波水位计的仪表与处于外部的探头通过信号线联接，超声波水位计的仪表与流量积算仪通过信号线连接，超声波水位计用于探测渠道水位，其将水位信号通过脉冲电流输入流量积算仪；流量积算仪将水位信号转化成水深数值，得到流量、累计水量数据；超声波水位计的仪表、流量积算仪都与太阳能控制器通过电线联接，太阳能控制器与太阳能蓄电池、太阳能电池板都相联。

2.如权利要求1所述的用于灌区明渠自动量水的监测系统，其特征在于：立杆底端固定一法兰；立杆的底部外壁固定有数块加固肋，加固肋沿立杆的四周均布，加固肋的一边沿与立杆的外壁相贴并固接，加固肋垂直于法兰，其底边与法兰的上表面相贴并固接。

3.如权利要求1或2所述的用于灌区明渠自动量水的监测系统，其特征在于：太阳能电池板安装于立杆的顶部，太阳能电池板呈朝上的倾斜状。

4.如权利要求3所述的用于灌区明渠自动量水的监测系统，其特征在于：太阳能电池板的背面固定有焊接片，该焊接片与一支撑钢管顶部焊接，支撑钢管从立杆的上端伸入，支撑钢管与焊接片的连接部处于立杆之外，支撑钢管与立杆间固定连接。

5.如权利要求1所述的用于灌区明渠自动量水的监测系统，其特征在于：设备箱的侧壁形成通风口，通风口处的设备箱壁呈弧形向外下翻。

6.如权利要求1所述的用于灌区明渠自动量水的监测系统，其特征在于：设备箱的内壁固定一铁板，该铁板用于安装超声波水位计的仪表、流量积算仪、太阳能控制器及太阳能蓄电池。

7.如权利要求1或5或6所述的用于灌区明渠自动量水的监测系统，其特征在于：设备箱的背面外壁通过螺杆固定连接一联接件，联接接与立杆焊接。

8.如权利要求7所述的用于灌区明渠自动量水的监测系统，其特征在于：立杆焊接支架，支架支撑于设备箱的底面，设备箱采用螺杆与支架固定连接。

9.如权利要求1或5或6所述的用于灌区明渠自动量水的监测系统，其特征在于：设备箱与立杆间采用管箍及螺杆而固定连接。

10.如权利要求1所述的用于灌区明渠自动量水的监测系统，其特征在于：探头安装于探头箱。