CN113415388A - 一种一体化剖面测流仪 - Google Patents

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李哲
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Abstract

本发明涉及一种一体化剖面测流仪，属于水利河道或渠道流速监测技术领域。技术方案是：多个浮体（2）通过连接架（3）组装在一起，构成多体船（1），多体船（1）尾部通过尾舵连杆（4）连接尾舵浮子（5），尾舵舵板6设置在尾舵浮子（5）的下方；多体船（1）上设置二维稳定舵机（9）和太阳能电池板（13），二维稳定舵机（9）下方设置传感器（10），所述二维稳定舵机能够调整下方的保持传感器始终垂直向下；牵引索匹配在多体船上。本发明无需人工充电，保持传感器始终对着水流方向，无需考虑水流方向、水流波浪颠簸对传感器对测流角度影响，免挂住水中漂浮物允许长期水中测流，可确保达到无人值守，实现输水断面流速的自动测流。

Description

一种一体化剖面测流仪
技术领域
本发明涉及一种一体化剖面测流仪，属于水利河道或渠道流速监测技术领域。
背景技术
目前，水利行业中河道或明渠流量测量使用剖面测流仪，采用双体船或三体船结构，由站立在两岸的人员进行人工牵引，测流完成后人工带回，读取测流数据、充电、防止丢失。已有技术存在如下缺陷：①由岸边拉到对岸、充电、防盗等，全部为人工操作，无法做到无人值守，无法自动测流；②在测流时，水中的漂浮物会挂在测流仪上，需要人工进行清理；③在测流时，由于多普勒流速传感器的测流波束指向前下方，船体方向、水流方向、水面波浪颠簸等不确定因素影响传感器测流角度、水流速度及人工牵引速度合成等，水位测量波束也不再垂直朝下，这些不确定因素，造成测流算法非常困难，严重影响应用；④水中漂浮物经常挂在测流仪上，不得不进行人工清理。已有技术的主要问题：即测流波束指向的不可预测性，以及受影响后测流值复杂的算法与走航速度叠加后，使得测流算法更加复杂和不确定。以上缺陷，加上水中漂浮物，使得现有技术无法实现无人值守的自动测流，测流算法极其复杂，测流精度稳定性极差，目前又没有更好的解决办法。
发明内容
本发明的目的是提供一种一体化剖面测流仪，保持传感器始终对着水流方向，无需考虑水流方向、水流波浪颠簸对传感器对测流角度影响，避免挂住水中漂浮物允许长期水中测流，采用太阳能供电，达到无人值守，实现输水断面流速的自动测流，解决背景技术存在的问题。
本发明的技术方案是：
一种一体化剖面测流仪，包含多体船、尾舵连杆、尾舵浮子、尾舵舵板、二维稳定舵机、传感器、太阳能电池板和牵引索；多个浮体通过连接架组装在一起，构成多体船，多体船尾部通过尾舵连4连接尾舵浮子，尾舵舵板设置在尾舵浮子的下方；多体船上设置二维稳定舵机和太阳能电池板，二维稳定舵机下方设置传感器；牵引索匹配在多体船上；所述传感器至少包含声学多普勒流速传感器和重力传感器，重力传感器设置在声学多普勒流速传感器上；所述传感器还包含水位传感器；所述二维稳定舵机是一个二维运动机构，基于重力传感器进行自动调节，通过流速传感器上的重力传感器输出的信号，自动进行二维平面调整，使得声学多普勒传感器的声学多普勒波束保持与垂线45度角度，水位传感器的声学水位波束保持与垂线平行。
所述二维稳定舵机包含Y轴环、X轴环、固定架、X轴电机、Y轴电机、X转轴和Y转轴，固定架设置在多体船上，Y轴环的两侧分别通过Y转轴设置在固定架上，Y轴环与Y轴电机连接，Y轴电机驱动Y轴环在固定架上翻转；X轴环的两侧分别通过X转轴设置在Y轴环内，X轴环与X轴电机连接，X轴电机驱动X轴环在Y轴环内翻转； X转轴和Y转轴相互垂直；X轴环的下方设置传感器；所述二维稳定舵机通过流速传感器上的重力传感器输出的信号，自动控制X轴电机和Y轴电机启动，通过Y轴环和X轴环的翻转进行二维平面调整。
所述多体船是双体船或三体船，由浮体和连接架组合构成，多船体一侧至少设置一段浮体。
所述浮体、尾舵舵板及传感器的前部均设置抗漂浮物旋轮；抗漂浮物旋轮为中间带孔可以自由旋转的圆片，圆片边缘可以是光滑的也可以带齿。抗漂浮物旋轮应用时两个一组，分别布设在浮体、尾舵舵板及传感器前端的两侧，抗漂浮物旋轮的前端边缘超过浮体、尾舵舵板及传感器的前端，也就是浮体、尾舵舵板及传感器前端缩进在两个抗漂浮物旋轮之间。多体船前端过来漂浮物时首先接触抗漂浮物旋轮，水中漂浮物在水流的作用下，拉动抗漂浮物旋轮旋转，使漂浮物滑过多体船，从而达到抗漂浮物的作用。如果多体船某一部分吃水较深，抗漂浮物旋轮设置多组，多组抗漂浮物旋轮上下布设，无论一组或多组布设，最上面的一组抗漂浮物旋轮会有一部分露出水面，从而保证漂浮物从多体船的下方滑过。
所述多体船的主机舱内还带有电路板。
所述牵引索由绝缘体和金属索连接构成，牵引索与多体船连接部分为抗雷击的绝缘体，绝缘体一端固定在多体船上，另一端与金属索连接，绝缘体与金属索连接处引出一段金属接地索，金属接地索与水面接触，用于将雷电引入水中，保护多体船不受雷击。
所述牵引索与横跨河道或渠道的走航索连接，牵引索至少一根，一端固定在多体船上，另一端固定在走航索的一点或分开的两点。所述横跨渠道的走航索，上下闭环，一端连接牵引箱，另一端连接张紧箱。
所述多体船的顶层设有太阳能电池板。
牵引索牵引多体船在河道或渠道内行走，多体船上的水位传感器和声学多普勒流速传感器完成对河道或渠道的测流；
一体化走航式剖面测流仪带有北斗定位系统，防止偷盗丢失、防止故障丢失，在丢失后追回。
本发明的有益之处在于：
①采用太阳能供电，无需人工充电；
②采用尾舵保持传感器始终对着水流方向；
③二维姿态稳定舵机，克服水流波浪颠簸；
④采用太阳能供电，无需考虑水流方向、水流波浪颠簸对传感器对测流角度影响；
⑤抗漂浮物结构避免挂住水中漂浮物允许长期水中测流；
⑥上述特点可确保达到无人值守，实现输水断面流速的自动测流。
附图说明
图1是本发明实施例整体结构示意图；
图2是本发明实施例俯视示意图；
图3是本发明实施例二维稳定舵机示意图；
图4是本发明实施例多船体头上倾示意图；
图5是本发明实施例多船体头下倾示意图；
图6是本发明实施例多船体头左倾示意图；
图7是本发明实施例多船体头右倾示意图；
图中：多船体1、浮体2、连接架3、尾舵连杆4、尾舵浮子5、尾舵舵板6、主机舱7、电路板8、二维稳定舵机9、传感器10、声学多普勒传感器11、水位传感器12、太阳能电池板13、太阳能电池板支架14、蓄电池15、牵引索16、抗漂浮物旋轮（抗污轮）17、声学多普勒波束18、声学水位波束19、Y轴环22、X轴环21、固定架20、X轴电机23、Y轴电机24、X转轴25、Y转轴26。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
参照附图1-3，一种一体化剖面测流仪，包含多体船1、尾舵连杆4、尾舵浮子5、尾舵舵板6、二维稳定舵机9、传感器10、太阳能电池板13和牵引索16；多个浮体2通过连接架3组装在一起，构成多体船1，多体船1尾部通过尾舵连杆4连接尾舵浮子5，尾舵舵板6设置在尾舵浮子5的下方；多体船1上设置二维稳定舵机9和太阳能电池板13，二维稳定舵机9下方设置传感器10；牵引索16匹配在多体船1上；所述传感器10至少包含声学多普勒流速传感器11和重力传感器，重力传感器设置在声学多普勒流速传感器上；所述传感器10还包含水位传感器12；所述二维稳定舵机9是一个二维运动机构，基于重力传感器进行自动调节，通过流速传感器上的重力传感器输出的信号，自动进行二维平面调整，使得声学多普勒传感器11的声学多普勒波束18保持与垂线45度角度，水位传感器12的声学水位波束19保持与垂线平行。
所述二维稳定舵机9包含Y轴环22、X轴环21、固定架20、X轴电机23、Y轴电机24、X转轴25和Y转轴26，固定架20设置在多体船1上，Y轴环22的两侧分别通过Y转轴26设置在固定架20上，Y轴环22与Y轴电机24 连接，Y轴电机24驱动Y轴环22在固定架上翻转；X轴环21的两侧分别通过X转轴25设置在Y轴环22内，X轴环21与X轴电机23连接，X轴电机23驱动X轴环21在Y轴环22内翻转； X转轴25和Y转轴26相互垂直；X轴环21的下方设置传感器10；所述二维稳定舵机9通过流速传感器上的重力传感器输出的信号，自动控制X轴电机23和Y轴电机24启动，通过Y轴环22和X轴环21的翻转进行二维平面调整。
所述多体船1是双体船或三体船，由浮体2和连接架3组合构成，多船体一侧至少设置一段浮体。
所述浮体2、尾舵舵板6及传感器10的前部均设置抗漂浮物旋轮17。抗漂浮物旋轮为中间带孔可以自由旋转的圆片，圆片边缘可以是光滑的也可以带齿。抗漂浮物旋轮应用时两个一组，分别布设在浮体、尾舵舵板及传感器前端的两侧，抗漂浮物旋轮的前端边缘超过浮体、尾舵舵板及传感器的前端，也就是浮体、尾舵舵板及传感器前端缩进在两个抗漂浮物旋轮之间。多体船前端过来漂浮物时首先接触抗漂浮物旋轮，水中漂浮物在水流的作用下，拉动抗漂浮物旋轮旋转，使漂浮物滑过多体船，从而达到抗漂浮物的作用。如果多体船某一部分吃水较深，抗漂浮物旋轮设置多组，多组抗漂浮物旋轮上下布设，无论一组或多组布设，最上面的一组抗漂浮物旋轮会有一部分露出水面，从而保证漂浮物从多体船的下方滑过。
所述多体船1的主机舱7内还带有电路板8。
所述牵引索16由绝缘体和金属索连接构成，牵引索16与多体船1连接部分为抗雷击的绝缘体，绝缘体一端固定在多体船1上，另一端与金属索连接，绝缘体与金属索连接处引出一段金属接地索，金属接地索与水面接触，用于将雷电引入水中，保护多体船不受雷击。
所述牵引索与横跨河道或渠道的走航索连接，牵引索至少一根，一端固定在多体船上，另一端固定在走航索的一点或分开的两点。所述横跨渠道的走航索，上下闭环，一端连接牵引箱，另一端连接张紧箱。
所述多体船的顶层设有太阳能电池板。
牵引索16牵引多体船1在河道或渠道内行走，多体船1上的水位传感器12和声学多普勒流速传感器11完成对河道或渠道的测流；
一体化走航式剖面测流仪带有北斗定位系统，防止偷盗丢失、防止故障丢失，在丢失后追回。
本实施例结合附图4-7说明：
图4是本发明实施例多船体头上倾示意图，当多体船的船头上倾，流速传感器上的重力传感器发出信号，通过公知的控制系统，自动控制X轴电机23和Y轴电机24启动，通过Y轴环22和X轴环21的翻转进行二维平面调整，使流速传感器始终向下，声学多普勒传感器11的声学多普勒波束18保持与垂线45度角度，水位传感器12的声学水位波束19保持与垂线平行。
图5是本发明实施例多船体头下倾示意图；当多体船的船头下倾，流速传感器上的重力传感器发出信号，通过公知的控制系统，自动控制X轴电机23和Y轴电机24启动，通过Y轴环22和X轴环21的翻转进行二维平面调整，使流速传感器始终向下，声学多普勒传感器11的声学多普勒波束18保持与垂线45度角度，水位传感器12的声学水位波束19保持与垂线平行。
图6是本发明实施例多船体头左倾示意图；当多体船的船头左倾，流速传感器上的重力传感器发出信号，通过公知的控制系统，自动控制X轴电机23和Y轴电机24启动，通过Y轴环22和X轴环21的翻转进行二维平面调整，使流速传感器始终向下，声学多普勒传感器11的声学多普勒波束18保持与垂线45度角度，水位传感器12的声学水位波束19保持与垂线平行。
图7是本发明实施例多船体头右倾示意图；当多体船的船头右倾，流速传感器上的重力传感器发出信号，通过公知的控制系统，自动控制X轴电机23和Y轴电机24启动，通过Y轴环22和X轴环21的翻转进行二维平面调整，使流速传感器始终向下，声学多普勒传感器11的声学多普勒波束18保持与垂线45度角度，水位传感器12的声学水位波束19保持与垂线平行。

Claims (7)

1.一种一体化剖面测流仪，其特征在于：包含多体船（1）、尾舵连杆（4）、尾舵浮子（5）、尾舵舵板（6）、二维稳定舵机（9）、传感器（10）、太阳能电池板（13）和牵引索（16）；多个浮体（2）通过连接架（3）组装在一起，构成多体船（1），多体船（1）尾部通过尾舵连杆（4）连接尾舵浮子（5），尾舵舵板（6）设置在尾舵浮子（5）的下方；多体船（1）上设置二维稳定舵机（9）和太阳能电池板（13），二维稳定舵机（9）下方设置传感器（10）；牵引索（16）匹配在多体船（1）上；所述传感器（10）至少包含声学多普勒流速传感器（11）和重力传感器，重力传感器设置在声学多普勒流速传感器上；所述传感器（10）还包含水位传感器（12）；所述二维稳定舵机（9）是一个二维运动机构，基于重力传感器进行自动调节，通过流速传感器上的重力传感器输出的信号，自动进行二维平面调整，使得声学多普勒传感器（11）的声学多普勒波束（18）保持与垂线45度角度，水位传感器（12）的声学水位波束（19）保持与垂线平行。
2.根据权利要求1所述的一种一体化剖面测流仪，其特征在于：所述二维稳定舵机（9）包含Y轴环（22）、X轴环（21）、固定架（20）、X轴电机（23）、Y轴电机（24）、X转轴（25）和Y转轴（26），固定架（20）设置在多体船（1）上，Y轴环（22）的两侧分别通过Y转轴（26）设置在固定架（20）上，Y轴环（22）与Y轴电机（24） 连接，Y轴电机（24）驱动Y轴环（22）在固定架上翻转；X轴环（21）的两侧分别通过X转轴（25）设置在Y轴环（22）内，X轴环（21）与X轴电机（23）连接，X轴电机（23）驱动X轴环（21）在Y轴环（22）内翻转； X转轴（25）和Y转轴（26）相互垂直；X轴环（21）的下方设置传感器（10）；所述二维稳定舵机（9）通过流速传感器上的重力传感器输出的信号，自动控制X轴电机（23）和Y轴电机（24）启动，通过Y轴环（22）和X轴环（21）的翻转进行二维平面调整。
3.根据权利要求1或2所述的一种一体化剖面测流仪，其特征在于：所述多体船（1）是双体船或三体船，由浮体（2）和连接架（3）组合构成，多船体一侧至少设置一段浮体。
4.根据权利要求1或2所述的一种一体化剖面测流仪，其特征在于：所述牵引索（16）由绝缘体和金属索连接构成，牵引索（16）与多体船（1）连接部分为抗雷击的绝缘体，绝缘体一端固定在多体船（1）上，另一端与金属索连接，绝缘体与金属索连接处引出一段金属接地索，金属接地索与水面接触，用于将雷电引入水中，保护多体船不受雷击。
5.根据权利要求1或2所述的一种一体化剖面测流仪，其特征在于：所述多体船的顶层设有太阳能电池板。
6.根据权利要求1或2所述的一种一体化剖面测流仪，其特征在于：所述牵引索（16）牵引多体船（1）在河道或渠道内行走，多体船（1）上的水位传感器（12）和声学多普勒流速传感器（11）完成对河道或渠道的测流；
根据权利要求1或2所述的一种一体化剖面测流仪，其特征在于：多体船（1）上带有北斗定位系统。
7.根据权利要求1或2所述的一种一体化剖面测流仪，其特征在于：所述浮体（2）、尾舵舵板（6）及传感器（10）的前部均设置抗漂浮物旋轮（17）；抗漂浮物旋轮为中间带孔可以自由旋转的圆片，圆片边缘是光滑的或者带齿。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210921

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