CN112648978A - 一种高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于水流流速测定技术领域，具体涉及一种高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统。本发明的高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统，包括球形的监测装置本体，所述监测装置本体为空心结构，其外表面均匀设置有凹坑，所述凹坑内设置有能够沿所述监测装置本体径向伸缩的固定钩，所述固定钩收缩时定位在凹坑中，固定钩弹出时定位在所述监测装置本体外表面，所述监测装置本体还包括一穿过球心且贯穿整个球体的通道，所述通道内设置有流速仪。本发明的监测装置使用简单，无须临时搭建水文观测站，随时随地都可测量流速数据，为城市应急管理等提供有力数据支持。

Description

一种高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统

技术领域

本发明属于水流流速测定技术领域，具体涉及一种高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统。

背景技术

在鄂尔多斯高原的砒砂岩区治理过程中，对于河道内或者小流域内降雨中径流的监测，现有技术中通常采用在沟底修建三角堰，在三角堰口设置测量仪器进行测量，但是由于小流域内沟底存在多条沟道，降雨后雨水随机的顺着某个沟道或者多个沟道排走，如果在每条沟道都修建三角堰并设置测量仪器进行测量，成本太大。

另外，我国南方夏季经常由于暴雨洪水等出现城市内涝，城市内涝时需要对通过城市的水体流速等进行测量，以便于应急管理部门改善或者治理城市内涝，但是由于水文站处于固定的位置，对于城市内涝时的水体流速不能准确测量，现有的便携式流速计由于需要手持或者简易固定，并不适合突发内涝时水体流速的测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统。本发明的高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统使用简单，无须临时搭建水文观测站，随时随地都可测量流速数据，为城市应急管理等提供有力数据支持；本发明的高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统的外壳采用金属材质，能够沉入水底，火工品能量密度大，体积小，可以有效的弹出固定钩，弹出后的固定钩勾住水底固定物，同时流速仪螺旋桨与监测装置本体通过球铰的方式连接，能够实现万向转动，因此可以准确的测量流速数据。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统，包括球形的监测装置本体，所述监测装置本体为空心结构，其外表面均匀设置有多个凹坑，所述凹坑内设置有能够沿所述监测装置本体径向伸缩的固定钩，所述固定钩处于收缩状态时定位在所述凹坑中，所述固定钩处于伸出状态时伸出所述监测装置本体的外表面，所述监测装置本体还包括一个穿过球心且贯穿整个球体的通道，所述通道内设置有流速仪。

所述凹坑侧壁从下到上依次设有弹性销和固定销，所述弹性销能够在侧壁上自由滑动，弹性销露出侧壁的一端为球头或者弧面，所述弹性销的另一端位于侧壁内，且所述弹性销的另一端与侧壁之间设有弹簧；所述固定销能够在侧壁上自由滑动，固定销露出侧壁的一端为斜面，所述斜面朝下，所述固定销的另一端位于侧壁内，且所述固定销的另一端与侧壁之间设有弹簧。

所述固定钩包括钩体和底座，所述钩体与底座之间通过连接杆连接，所述底座为圆柱体或者长方体。

当固定钩处于收缩状态时，所述弹性销卡在底座侧边上；当固定钩处于伸出状态时，所述底座位于所述固定销上方。

所述监测装置本体的外壳为金属材质，且外壳上设置有开关。

所述底座与凹坑底部之间设置启动器，所述启动器为火工品、压缩空气或电磁铁。

所述启动器为火工品，所述火工品包括基座、活塞以及导线，所述基座固定在凹坑底部，所述活塞抵接在底座下表面。

所述监测装置本体内设置有控制电路，所述控制电路设置在环形PCB板上，所述环形PCB板上还设置有火工品的导线的自由端，所述环形PCB板围绕监测装置本体的球心设置。

所述控制电路包括单片机、三轴加速度传感器、无线发射模块以及所述流速仪的采集电路，整个控制电路采用干电池供电。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统使用简单，无须临时搭建水文观测站，随时随地都可测量流速数据，为城市应急管理等提供有力数据支持。

2、本发明的高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统的外壳采用金属材质，能够沉入水底，火工品能量密度大，体积小，可以有效的弹出固定钩，弹出后的固定钩勾住水底固定物，从而可以实时测出水体流速。

3、弹性销、固定销以及链条的组合，使得固定钩不使用时牢固的固定在凹坑内，弹出后既能保证固定钩不与监测装置本体脱离，又能保证不重新缩回凹坑内。

附图说明

图1是本发明径流高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统的截面示意图。

图2是本发明径流高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统固定钩收缩在凹坑内的结构示意图。

图3是本发明径流高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统弹性销的结构示意图。

图4是本发明径流高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统固定销的结构示意图

图5是本发明径流高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统通电前火工品的结构示意图。

图6是本发明径流高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统通电后火工品的结构示意图。

图7是本发明径流高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统中流速仪的结构示意图。

图8是本发明径流高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统中控制电路的排布图。

附图标记说明：1-监测装置本体；2-凹坑；3-开关；4-固定钩；5-火工品；6-流速仪；7-固定销；8-弹性销；9-通道；10-绳索或者链条；11-环形PCB板；41-钩体；42-底座；51-基座；52-活塞；53-导线。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“上、下”、“内、外”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

如图1-2所示，一种高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统，包括球形的监测装置本体1，所述监测装置本体1为空心结构，其外表面均匀设置有多个凹坑2，所述凹坑2内设置有能够沿所述监测装置本体1径向伸缩的固定钩4，所述固定钩4收缩时定位在凹坑2中，弹出时伸出所述监测装置本体1的外表面，所述监测装置本体1还包括一个穿过球心且贯穿整个球体的通道9，所述通道内设置有流速仪6。

所述凹坑2侧壁从下到上依次设有弹性销8和固定销7，所述弹性销8露出侧壁的一端为球头或者弧面，所述弹性销8的另一端位于侧壁内，且所述弹性销8的另一端与侧壁之间设有弹簧，弹性销8可在侧壁内自由滑动；所述固定销7露出侧壁的一端为斜面，所述斜面朝下，所述固定销7的另一端位于侧壁内，且所述固定销7的另一端与侧壁之间设有弹簧，固定销7可在侧壁内自由滑动。

所述固定钩4包括钩体41和底座42，所述钩体41与底座42之间通过连接杆43连接，所述底座42为圆柱体或者长方体。当固定钩4处于收缩状态时，所述弹性销8卡在底座42侧边上，用于固定固定钩，当固定钩4处于伸出状态时，所述底座42位于所述固定销7上方，固定销使得底座42无法后退。

所述底座42与凹坑2底部之间设置启动器5，所述启动器5优选为火工品，也可以为压缩空气或电磁铁。

火工品是装有火炸药的较敏感的小型起爆/传爆元件或装置，能在外界较小的初始冲能(如机械能、热能或者电能)作用下，发生燃烧、爆炸等化学反应，并以其所释放的能量去获得某种化学、物理或机械效应，如点燃火药、起爆炸药或作某种特定的动力能源等；火工品的特点是能量密度大，可靠性高，尺寸小，瞬时释放能量大。

火工品包括动力源火工品，包括很多完成某种特定动作的小型启动器，如切割器、爆炸螺栓、抛射管、推力器等，本申请中选用电能触发的火工品作为推力器使用，在通电的瞬间将固定钩4弹出。

所述火工品可以根据需求定制，也可以购买现成产品使用，本发明中火工品的购买厂家为西安庆华公司，所述火工品包括基座51，活塞52以及导线53，所述基座51固定在凹坑2底部，所述活塞52抵接在底座42下表面，所述活塞52与底座42下表面没有固定连接关系。

如图6-7所示，所述火工品5未通电时，活塞52处于缩回状态，当导线53之间通电后，活塞52弹出；所述火工品5具有两根导线53，通电时分别连接正极和负极。其中，火工品为一次性消耗品，通电后即报废，无法二次利用。

所述底座42底部与凹坑2底部之间还设有绳索或者链条10，当火工品将底座42弹出时，绳索或者链条10防止固定钩4从监测装置本体1上脱落。

所述监测装置还包括单片机、三轴加速度传感器以及无线发射模块，其中，流速仪6的采集电路、三轴加速度传感器以及无线发射模块均连接在单片机上，所述单片机上还连接有每个火工品的导线53。

所述监测装置内置环形PCB板11，所述环形PCB板11围绕球心设置，所述单片机、三轴加速度传感器、无线发射模块以及流速仪6的采集电路均焊接在环形PCB板11上，如图8所示，单片机、三轴加速度传感器、无线发射模块以及流速仪6的采集电路均布在环形PCB板11四周，尽量使得监测装置重心保持平衡；且所述导线53的自由端也焊接在环形PCB板11上,整个控制电路采用干电池供电。

所述监测装置1外壳为金属材质，且外壳上设有开关3。

流速仪6选用市售的螺旋桨式流速仪，通道9内设置流速仪6的螺旋桨。

本发明工作原理如下：

当进行径流检测或者城市内涝需要测量水体流速时，站在岸边或者建筑内，手持本装置，摁下开关3使得单片机通电，激活本装置，然后将其扔到水里，由于是金属材质，可以沉到水底，单片机工作后，计时10s后给所有的火工品5供电，使得火工品5激发弹出活塞52从而弹出所有的固定钩4，水流冲击使得本装置在水底不断翻滚，当固定钩4弹出后，本装置会在翻滚过程中勾住水底固定物，从而使得本装置得到固定，当三轴加速度传感器判断到本装置不再移动时，此时单片机开始采集流速仪的流速信号，单片机通过无线方式将采集的流速数据实时传输给远程终端。

固定钩4弹出过程中，火工品的冲击力使得底座42脱离弹性销8的限制进而向上运动，由于固定销7下端为斜面，因此底座42上升过程中将固定销7压入侧壁内，当底座42越过固定销7后，固定销7在固定销弹簧的作用下重新弹出，链条10使得固定钩不脱离监测装置本体，固定销7使得底座42不能再缩回凹坑2中，从而保障固定钩的正常工作。

其中，三轴加速度传感器用于判断物体运动状态已经是公知常识，目前常用于智能穿戴，手机等场合，用于判断使用者的运动模式以及运动状态，因此关于三轴加速度传感器的控制原理，本发明中不再赘述。

由于本装置在水底的姿态无从确定，通过本装置通道的水流流速并不等于水体的真正流速，可在本装置内部设置三轴陀螺仪，从而计算出通道与水体流向的偏角，进而对流速进行校正；也可以直接测量流速，由于本装置是一次性的测量装置，抛入水体后就不再回收，仅仅作为粗略测量，因此测量结果也可以不用非常精确，测水体流速的大概范围即可。

如果采用三轴陀螺仪测量装置本身在水体内的三维姿态，由于三轴陀螺仪大量广泛应用于各种导航部件中，用于测量运动物体的三维空间姿态，因此，利用三轴陀螺仪测量本装置在水底的姿态也是本领域的公知常识，因此可以测量出通道与水体流向之间的夹角，从而对流速进行精确的矫正。

本申请中的装置均采用水密设计，各接口以及连接处都使用密封圈或者水密胶进行密封，保证装置在水底的正常使用，同时，本申请中，在固定钩弹出时，钩体41与固定销7并不接触。

以上仅就本发明较佳的实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统，其特征在于，包括球形的监测装置本体(1)，所述监测装置本体(1)为空心结构，其外表面均匀设置有多个凹坑(2)，所述凹坑(2)内设置有能够沿所述监测装置本体(1)径向伸缩的固定钩(4)，所述固定钩(4)处于收缩状态时定位在所述凹坑(2)中，所述固定钩(4)处于伸出状态时伸出所述监测装置本体(1)的外表面，所述监测装置本体(1)还包括一个穿过球心且贯穿整个球体的通道(9)，所述通道内设置有流速仪(6)。

2.根据权利要求1所述的高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统，其特征在于，所述凹坑(2)侧壁从下到上依次设有弹性销(8)和固定销(7)，所述弹性销(8)能够在侧壁上自由滑动，弹性销(8)露出侧壁的一端为球头或者弧面，所述弹性销(8)的另一端位于侧壁内，且所述弹性销(8)的另一端与侧壁之间设有弹簧；所述固定销(7)能够在侧壁上自由滑动，固定销(7)露出侧壁的一端为斜面，所述斜面朝下，所述固定销(7)的另一端位于侧壁内，且所述固定销(7)的另一端与侧壁之间设有弹簧。

3.根据权利要求1所述的高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统，其特征在于，所述固定钩(4)包括钩体(41)和底座(42)，所述钩体(41)与底座(42)之间通过连接杆(43)连接，所述底座(42)为圆柱体或者长方体。

4.根据权利要求3所述的高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统，其特征在于，当固定钩(4)处于收缩状态时，所述弹性销(8)卡在底座(42)侧边上；当固定钩(4)处于伸出状态时，所述底座(42)位于所述固定销(7)上方。

5.根据权利要求1所述的高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统，其特征在于，所述监测装置本体(1)的外壳为金属材质，且外壳上设置有开关(3)。

6.根据权利要求3所述的高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统，其特征在于，所述底座(42)与凹坑(2)底部之间设置启动器(5)，所述启动器(5)为火工品、压缩空气或电磁铁。

7.根据权利要求5所述的高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统，其特征在于，所述启动器(5)为火工品，所述火工品包括基座(51)、活塞(52)以及导线(53)，所述基座(51)固定在凹坑(2)底部，所述活塞(52)抵接在底座(42)下表面。

8.根据权利要求1所述的高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统，其特征在于，所述监测装置本体(1)内设置有控制电路，所述控制电路设置在环形PCB板(11)上，所述环形PCB板(11)上还设置有火工品(5)的导线(53)的自由端，所述环形PCB板(11)围绕监测装置本体(1)的球心设置。

9.根据权利要求7所述的高效便携式应急管理用径流泥沙监测装置系统，其特征在于，所述控制电路包括单片机、三轴加速度传感器、无线发射模块以及所述流速仪(6)的采集电路，整个控制电路采用干电池供电。

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