CN105222762A - 河道流在体监测装置和方法 - Google Patents

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李军
郭晓军
严炎
崔鹏
刘昌明
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    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M10/00—Hydrodynamic testing; Arrangements in or on ship-testing tanks or water tunnels

Abstract

本发明提供了一种河道流在体监测装置和方法。河道流在体监测装置包括：MEMS陀螺仪加速度计，用于检测三维加速度和三维角速度；存储卡；控制器，与MEMS陀螺仪加速度计和存储卡连接，用于按预定间隔采集时间、三维加速度、三维角速度、三维姿态角数据构建成数据帧，并将数据帧存储到存储卡中；防水壳体，MEMS陀螺仪加速度计、存储卡和控制器置于防水壳体内；配重块，安装在防水壳体内，用于调整河道流在体监测装置的密度使之等于水密度、并使河道流在体监测装置保持不倒翁的状态。本发明可用于降雨山洪河道流运动信息的在体监测和记录，以获得降雨山洪河道流质点运动的真实状态信息，为山洪的研究和模拟提供真实的原始数据。

Description

河道流在体监测装置和方法
技术领域
本发明涉及河道流监测领域，特别涉及一种河道流在体监测装置和方法。
背景技术
我国地质构造复杂，地形起伏大，降雨集中，山地特有的能量梯度和丰富的降雨使得山洪灾害非常发育，分布广泛、暴发频繁，是世界上暴雨洪水灾害最严重的国家之一。但是，由于山洪成灾过程的暴发性、短历时和极强的破坏力，使得山洪发生、发展过程运动状态的实时监测异常困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种在体监测和记录河道水流运动过程状态信息的河道流在体监测装置和方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种河道流在体监测装置，包括：MEMS陀螺仪加速度计，用于检测三维加速度和三维角速度；存储卡；控制器，与MEMS陀螺仪加速度计和存储卡连接，用于按预定间隔采集时间、三维加速度、三维角速度、三维姿态角数据构建成数据帧，并将数据帧存储到存储卡中；防水壳体，MEMS陀螺仪加速度计、存储卡和控制器置于防水壳体内；配重块，安装在防水壳体内，用于调整河道流在体监测装置的密度使之等于水密度、并使河道流在体监测装置保持不倒翁的状态。
优选地，泥石流在体监测装置还包括用于向MEMS陀螺仪加速度计、存储卡和控制器供电的电池。
优选地，配重块包括用作回收的强磁探测标记物的X方向偏心配重块和底盖整体配重块，X方向偏心配重块安装在底盖整体配重块的下方，用于回收的强磁探测标记物。
优选地，防水壳体包括密封连接的顶盖和底盖。
优选地，防水壳体上形成有用于回收的探测标记色，其中，顶盖为红色塑料顶盖，底盖为白色塑料底盖。
优选地，顶盖和底盖之间设置有防水密封圈。
本发明还提供了一种河道流在体监测方法，包括：提供一个防水壳体；将MEMS陀螺仪加速度计、存储卡和控制器置于防水壳体内；其中，控制器与MEMS陀螺仪加速度计和存储卡连接，控制器按预定间隔采集时间、三维加速度、三维角速度、三维姿态角数据构建成数据帧，并将数据帧存储到存储卡中；在防水壳体内设置一个配重块，以调整河道流在体监测装置的密度使之等于水密度、并使河道流在体监测装置保持不倒翁的状态。
优选地，将顶盖和底盖密封连接后形成防水壳体。
优选地，将顶盖制成红色，将底盖制成白色，以将防水壳体作为回收的探测标记物。
优选地，将X方向偏心配重块安装在底盖整体配重块的下方以构成所述配重块，其中，X方向偏心配重块和底盖整体配重块用作强磁性探测标记物。
本发明可用于降雨山洪河道流运动信息的在体监测和记录，以获得降雨山洪河道流质点运动的真实状态信息，为山洪的研究和模拟提供真实的原始数据。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图中标号如下：1、MEMS陀螺仪加速度计；2、存储卡；3、控制器；4、防水壳体；5、底盖整体配重块；6、电池；7、顶盖；8、底盖；9、防水密封圈；10、卡座；11、X方向偏心配重块。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种河道流在体监测装置，包括：MEMS陀螺仪加速度计1，用于检测三维加速度和三维角速度；存储卡2；控制器3，与MEMS陀螺仪加速度计1和存储卡2连接，用于按预定间隔采集时间、三维加速度、三维角速度、三维姿态角数据构建成数据帧，并将数据帧存储到存储卡2中；防水壳体4，MEMS陀螺仪加速度计1、存储卡2和控制器3置于防水壳体4内；配重块，安装在防水壳体4内，用于调整河道流在体监测装置的密度使之等于水密度、并使河道流在体监测装置保持不倒翁的状态。优选地，控制器3采用ARM32系列，存储卡2选择32G容量的迷你SD卡。
优选地，河道流在体监测装置还包括卡座10，存储卡2安装在卡座10上。
工作时，控制器3通过收到的系统运行状态信息，判断系统是否处于静止状态，如果是，则不写数据；否则，每隔预定时间采集和记录1帧数据(时间、3维加速度、3维角速度、3维姿态角)，以FAN32格式存入存储卡中。
由于采用了上述技术方案，本发明可用于降雨山洪河道流运动信息的在体监测和记录，以获得降雨山洪河道流质点运动的真实状态信息，为山洪的研究和模拟提供真实的原始数据。
特别地，MEMS陀螺仪加速度计1可采用MPU6050。利用MEMS陀螺仪加速度计1可以得到3维(x,y,z)加速度、3维(x,y,z)角速度、3维(x,y,z)姿态角数据。控制器将时间、3维(x,y,z)加速度、3维(x,y,z)角速度、3维(x,y,z)姿态角数据这10个数据构建成一个数据帧，每隔10ms采集和记录1帧数据，以FAN32格式存入存储卡中。优选地，MEMS陀螺仪加速度计1通过I2C接口总线与控制器3连接，控制器3直接以FAN32格式写数据到存储卡中。
优选地，泥石流在体监测装置还包括用于向MEMS陀螺仪加速度计1、存储卡2和控制器3供电的电池6。优选地，电池6、MEMS陀螺仪加速度计1、存储卡2和控制器3构成的电路模块集成在一个2×1.5×1cm(长×宽×高)的空间内。电池6采用聚合物锂电池，例如为200mAh的聚合物锂电池，可保证3个月的供电。
优选地，配重块包括用作回收的强磁探测标记物的X方向偏心配重块11和底盖整体配重块5，X方向偏心配重块11安装在底盖整体配重块5的下方，用于回收的强磁探测标记物。例如，X方向偏心配重块11和底盖整体配重块5均采用铁质材料制成，这样，可利用配重块作为一种探测标记物。特别地，底盖整体配重块5设置在防水壳体4的底部，X方向偏心配重块11沿MEMS陀螺仪加速度计1的x方向偏心安装。
优选地，防水壳体4包括密封连接的顶盖7和底盖8。优选地，防水壳体4上形成有用于回收的探测标记色，其中，顶盖7为红色塑料顶盖，底盖8为白色塑料底盖。这样，可利用防水壳体4作为另一种探测标记物。优选地，顶盖7和底盖8之间设置有防水密封圈9。
本发明还提供了一种河道流在体监测方法，包括：提供一个防水壳体4；将MEMS陀螺仪加速度计1、存储卡2和控制器3置于防水壳体4内；其中，控制器3与MEMS陀螺仪加速度计1和存储卡2连接，控制器3按预定间隔采集时间、三维加速度、三维角速度、三维姿态角数据构建成数据帧，并将数据帧存储到存储卡2中；在防水壳体4内设置一个配重块，以调整河道流在体监测装置的密度使之等于水密度、并使河道流在体监测装置保持不倒翁的状态。
优选地，将顶盖7和底盖8密封连接后形成防水壳体4。
优选地，将顶盖7制成红色，将底盖8制成白色，以将防水壳体4作为回收的探测标记物。
优选地，将X方向偏心配重块11安装在底盖整体配重块5的下方以构成所述配重块，其中，所述X方向偏心配重块11和底盖整体配重块5用作强磁性探测标记物。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种河道流在体监测装置，其特征在于，包括：
MEMS陀螺仪加速度计(1)，用于检测三维加速度和三维角速度；
存储卡(2)；
控制器(3)，与所述MEMS陀螺仪加速度计(1)和所述存储卡(2)连接，用于按预定间隔采集时间、三维加速度、三维角速度、三维姿态角数据构建成数据帧，并将所述数据帧存储到所述存储卡(2)中；
防水壳体(4)，所述MEMS陀螺仪加速度计(1)、所述存储卡(2)和所述控制器(3)置于所述防水壳体(4)内；
配重块，安装在所述防水壳体(4)内，用于调整所述河道流在体监测装置的密度使之等于水密度、并使所述河道流在体监测装置保持不倒翁的状态。
2.根据权利要求1所述的河道流在体监测装置，其特征在于，所述泥石流在体监测装置还包括用于向所述MEMS陀螺仪加速度计(1)、所述存储卡(2)和所述控制器(3)供电的电池(6)。
3.根据权利要求1至2所述的河道流在体监测装置，其特征在于，所述配重块包括用作回收的强磁探测标记物的X方向偏心配重块(11)和底盖整体配重块(5)，所述X方向偏心配重块(11)安装在所述底盖整体配重块(5)的下方。
4.根据权利要求1至3所述的河道流在体监测装置，其特征在于，所述防水壳体(4)包括密封连接的顶盖(7)和底盖(8)。
5.根据权利要求4所述的河道流在体监测装置，其特征在于，所述防水壳体(4)上形成有用于回收的探测标记色，其中，所述顶盖(7)为红色塑料顶盖，所述底盖(8)为白色塑料底盖。
6.根据权利要求4所述的河道流在体监测装置，其特征在于，所述顶盖(7)和底盖(8)之间设置有防水密封圈(9)。
7.一种河道流在体监测方法，其特征在于，包括：
提供一个防水壳体(4)；
将MEMS陀螺仪加速度计(1)、存储卡(2)和控制器(3)置于所述防水壳体(4)内；其中，所述控制器(3)与所述MEMS陀螺仪加速度计(1)和所述存储卡(2)连接，所述控制器(3)按预定间隔采集时间、三维加速度、三维角速度、三维姿态角数据构建成数据帧，并将所述数据帧存储到所述存储卡(2)中；
在所述防水壳体(4)内设置一个配重块，以调整所述河道流在体监测装置的密度使之等于水密度、并使所述河道流在体监测装置保持不倒翁的状态。
8.根据权利要求7所述的河道流在体监测方法，其特征在于，将顶盖(7)和底盖(8)密封连接后形成所述防水壳体(4)。
9.根据权利要求8所述的河道流在体监测方法，其特征在于，将所述顶盖(7)制成红色，将所述底盖(8)制成白色，以将所述防水壳体(4)作为回收的探测标记物。
10.根据权利要求7所述的河道流在体监测方法，其特征在于，将X方向偏心配重块(11)安装在底盖整体配重块(5)的下方以构成所述配重块，其中，所述X方向偏心配重块(11)和底盖整体配重块(5)用作强磁性探测标记物。
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