CN204214888U - 一种基于pvdf的无线在线多功能流速测量装置 - Google Patents

Abstract

一种基于PVDF的无线在线多功能流速测量装置，它涉及一种流速测量装置。本实用新型的目的是为了解决现有的流速测量装置结构复杂，不能同时测量水深，受河流扰动影响大的问题。本实用新型的固定部分包括设备支架和固定支架，设备支架和固定支架之间通过导轨建立连接，设备支架沿导轨滑动，数据采集部分包括水深PVDF压电换能器和流速PVDF压电换能器，水深PVDF压电换能器和流速PVDF压电换能器对称安装在设备支架下端外壁两侧；数据处理传输部分安装在设备支架上，数据采集部分通过导线与数据处理传输部分建立连接。本实用新型实现了流速与水深集成测量。为我国物联网建设提供了技术。

Description

一种基于PVDF的无线在线多功能流速测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种流速测量装置，具体涉及一种基于PVDF的无线在线多功能流速测量装置，属于河流流速测量领域。

背景技术

现有的在线式沟渠、河流水流速、流量的测量装置的种类有螺旋桨式流速仪、电磁式流速仪、超声波流速测算仪，这些流速仪安装复杂、价格偏高、功率较大、操作复杂，不适合于野外环境复杂和无持续电源供给的条件下使用，而水深传感器一般安装在水面上方，受河流扰动影响较大，限制了河流流速的在线、持续调查。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有的流速测量装置结构复杂，不能同时测量水深，受河流扰动影响大的问题。

本实用新型的技术方案是：一种基于PVDF的无线在线多功能流速测量装置，包括固定部分、数据采集部分、数据处理传输部分，所述固定部分包括设备支架和固定支架，所述设备支架和固定支架之间通过导轨建立连接，设备支架沿导轨滑动，所述数据采集部分包括水深PVDF压电换能器和流速PVDF压电换能器，所述水深PVDF压电换能器和流速PVDF压电换能器对称安装在设备支架下端外壁两侧；所述数据处理传输部分安装在设备支架上，所述数据采集部分通过导线与数据处理传输部分建立连接。

所述数据处理传输部分包括模数转换模块、变送滤波模块和无线传感器网络节点，所述变送滤波模块包括第一变送电路、第二变送电路、第一滤波电路和第二滤波电路，无线传感器网络节点包括运算处理模块和无线通信模块，所述水深PVDF压电换能器的输出端与第一变送电路和第一滤波电路依次连接后与模数转换模块的输入端建立连接，流速PVDF压电换能器的输出端与第二变送电路和第二滤波电路依次连接后与模数转换模块的输入端建立连接，模数转换模块的输出端与无线传感器节点的运算处理模块的输入端建立连接，运算处理模块的输出端与无线通信模块建立连接，将PVDF水深换能器和PVDF流速换能器检测到的原始数据通过变送滤波模块进行变压和滤波功能实现了数据的预处理，以去除信号中的噪声，提高测量精度，再通过无线传感器节点的运算处理模块进行运算处理分析，通过无线通信模块将数据信息送到装置外的接受终端处，数据传输更加及时，准确，检测结果更加精确。

所述无线通信模块为ZigBee无线通信模块，ZigBee无线通信模块传输复杂度低、功耗低，适合野外的长时间测量，价格低廉，节约成本。

所述无线传感器网络节点包括存储模块，可以在突发事件产生时对数据进行保存。

所述模数转换模块为双通道模数转换模块，双通道使数据传输更加快速，同时降低数据之间的干扰。

数据处理传输部分包括模数转换模块、变送滤波模块、嵌入式处理器和GPRS模块，所述变送滤波模块包括第一变送电路、第二变送电路、第一滤波电路和第二滤波电路，所述水深PVDF压电换能器的输出端与第一变送电路和第一滤波电路依次连接后与模数转换模块的输入端建立连接，流速PVDF压电换能器的输出端与第二变送电路和第二滤波电路依次连接后与模数转换模块的输入端建立连接，模数转换模块的输出端与嵌入式处理器的输入端建立连接，嵌入式处理器的输出端与GPRS模块建立连接。

所述数据处理传输部分包括缓存模块，嵌入式处理器的输出端连接缓存模块。

所述装置包括电源，所述电源为太阳能蓄电池，太阳能蓄电池具有免维护性，对环境污染小，适合本装置的长时间序列的野外工作。

本实用新型与现有技术相比具有以下效果：本专利利用智能材料PVDF压电薄膜制作的压电传感器结合无线传感器网络研制适合林区小径流产生河流的监测、山洪监测、防洪安全水文水利计算、水资源评价等各个方面适用的无线在线流速仪，该装置测量方便、造价低廉，同时由于该装置的测量结果只与压力有关，而水深传感器和流速传感器置于河床上相应位置时，解决了扰动流场、漂浮杂物、流沙、水中气泡等对测量结果的影响，提高了测量的准确性，在线流速测量提供低成本、时效性强的测量仪器，减少流速测量的人工工作量，提升工作效率，解决了由于待测环境环境的复杂性带来的测量难度问题，由于本测量装置采用PVDF换能器和传输技术都采用低能耗器件，本测量装置的能耗较低，所述压电传感材料是利用压力与电荷的关系进行测量的，利用水压对背水面水深PVDF换能器产生的压力通过计算得出水深，同时通过水流流速对迎水面流速PVDF产生的压力和水压对背水面水深PVDF换能器产生的压力进行计算，得出水流速，实现了流速与水深集成测量。为我国物联网建设提供了技术。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构主视图；

图2是实施方式一的设备支架结构视图；

图3是实施方式一的数据传输框图；

图4是实施方式二的设备支架结构视图；

图5是实施方式二的数据传输框图。

图中1、设备支架，2、滑轨，3、固定支架，4、河床，5、运算处理模块，6、无线通信模块，7、存储模块，8、缓存模块，11、电源，12无线传感器网络节点、13、模数转换模块，14、变送滤波模块，14-1、第一变送电路，14-2、第二变送电路，14-3、第一滤波电路，14-4、第二滤波电路，15、水深PVDF压电换能器，16、流速PVDF压电换能器，22、GPRS模块，27、嵌入式处理器模块。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2和图3说明本实施方式，一种基于PVDF的无线在线多功能流速测量装置，包括固定部分、数据采集部分、数据处理传输部分，所述固定部分包括设备支架1和固定支架3，所述设备支架1和固定支架3之间通过导轨2建立连接，设备支架1沿导轨2滑动，所述数据采集部分包括水深PVDF压电换能器15和流速PVDF压电换能器16，所述水深PVDF压电换能器15和流速PVDF压电换能器16对称安装在设备支架1下端外壁两侧；所述数据处理传输部分安装在设备支架1上，所述数据采集部分通过导线与数据处理传输部分建立连接。

所述数据处理传输部分包括模数转换模块13、变送滤波模块14和无线传感器网络节点12，所述变送滤波模块14包括第一变送电路14-1、第二变送电路14-2、第一滤波电路14-3和第二滤波电路14-4，无线传感器网络节点12包括运算处理模块5和无线通信模块6，所述水深PVDF压电换能器15的输出端与第一变送电路14-1和第一滤波电路14-3依次连接后与模数转换模块13的输入端建立连接，流速PVDF压电换能器16的输出端与第二变送电路14-2和第二滤波电路14-4依次连接后与模数转换模块13的输入端建立连接，模数转换模块13的输出端与无线传感器节点12的运算处理模块5的输入端建立连接，运算处理模块5的输出端与无线通信模块6建立连接。

所述无线通信模块6为ZigBee无线通信模块。

所述无线传感器网络节点12包括存储模块7。

所述模数转换模块13为双通道模数转换模块13。

所述装置包括电源11，所述电源11为太阳能蓄电池。

设备安装支架上又包括流速传感器安装法兰盘、水位传感器安装法兰盘、导线安装孔、无线传感器节点安装法兰盘、嵌入式控制器安装法兰盘、安装管。

所述电源11为可提供交流220v到12v、9V、5V、3.3V直流电源，也可以为提供直流12v到9V、5V、3.3V直流电源。

该PVDF材料属于无源器件，可测量0.1-10m/s的流速，同时可测量0.5-20米的水深。

所述设备支架1、安装导轨2、固定支架3用于装置固定，该固定支架3固定在河床4上，导轨2用于调整设备支架1在水中的位置，保证PVDF压电换能器距离河床20厘米的距离，水深PVDF压电换能器15安装于河流流向的背水面，流速PVDF压电换能器16安装于河流流向的迎水面，其他装置安装于水面以上。

当使用时，通过固定支架3和设备支架1将装置安装在被测河道的河床上，保证水深PVDF压电换能器15和流速PVDF压电换能器16与河流流向垂直，水深PVDF换能器15和流速PVDF压电换能器16检测的数据通过导线传输到变送滤波模块14进行电压变换，同时进行滤波，处理后的信号通过导线传输到模数转换模块13，经过转换后的数字信号送入无线传感器节点12进行数据处理，根据实验模拟的数据形成的公式计算水流流速和水深，通过ZigBee协议发送到远端接收设备，进行存储和显示。

本实施例所述的装置适合于物联网环境下水深和流速测量。

具体实施方式二：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式的数据处理传输部分包括模数转换模块13、变送滤波模块14、嵌入式处理器27和GPRS模块22，所述变送滤波模块14包括第一变送电路14-1、第二变送电路14-2、第一滤波电路14-3和第二滤波电路14-4，所述水深PVDF压电换能器15的输出端与第一变送电路14-1和第一滤波电路14-3依次连接后与模数转换模块13的输入端建立连接，流速PVDF压电换能器16的输出端与第二变送电路14-2和第二滤波电路14-4依次连接后与模数转换模块13的输入端建立连接，模数转换模块13的输出端与嵌入式处理器27的输入端建立连接，嵌入式处理器27的输出端与GPRS模块22建立连接。

所述数据处理传输部分包括缓存模块8，嵌入式处理器27的输出端连接缓存模块8。

    所述设备支架1、安装导轨2、固定支架3用于装置固定，该固定支架3由于设备支架1在河床的固定，导轨2用于调整设备支架1在水中的位置，保证PVDF压电换能器距离河床20厘米的距离，水深PVDF压电换能器15安装于河流流向的背水面，流速PVDF压电换能器16安装于河流流向的迎水面，其他装置安装于水面以上。

使用时通过国定支架3和设备支架2将装置安装在被测河道的河床上，保证水深PVDF压电换能器15和流速PVDF压电换能器16与河流流向垂直，换能器数据通过导线传输到变送滤波模块14处理后的信号通过导线传输到模数转换模块13，经过转换后的数字信号送入嵌入式处理器27进行数据处理，根据实验模拟的数据形成的公式计算水流流速和水深，通过GPRS模块22发送到远端接收设备，进行存储和显示，如果网络故障，嵌入式处理器27可通过缓存模块8对本地数据进行缓存，当网络恢复正常时可进行数据传输。

第二实施方式的测量装置适合于手机网络环境下水深和流速测量。

Claims (8)

1.一种基于PVDF的无线在线多功能流速测量装置，包括固定部分、数据采集部分、数据处理传输部分，其特征在于：所述固定部分包括设备支架（1）和固定支架（3），所述设备支架（1）和固定支架（3）之间通过导轨（2）建立连接，设备支架（1）沿导轨（2）滑动，所述数据采集部分包括水深PVDF压电换能器（15）和流速PVDF压电换能器（16），所述水深PVDF压电换能器（15）和流速PVDF压电换能器（16）对称安装在设备支架（1）下端两侧的外壁上；所述数据处理传输部分安装在设备支架（1）上，所述数据采集部分通过导线与数据处理传输部分建立连接。

2.根据权利要求1所述一种基于PVDF的无线在线多功能流速测量装置，其特征在于：所述数据处理传输部分包括模数转换模块（13）、变送滤波模块（14）和无线传感器网络节点（12），所述变送滤波模块（14）包括第一变送电路（14-1）、第二变送电路（14-2）、第一滤波电路（14-3）和第二滤波电路（14-4），无线传感器网络节点（12）包括运算处理模块（5）和无线通信模块（6），所述水深PVDF压电换能器（15）的输出端与第一变送电路（14-1）和第一滤波电路（14-3）依次连接后与模数转换模块（13）的输入端建立连接，流速PVDF压电换能器（16）的输出端与第二变送电路（14-2）和第二滤波电路（14-4）依次连接后与模数转换模块（13）的输入端建立连接，模数转换模块（13）的输出端与无线传感器节点（12）的运算处理模块（5）的输入端建立连接，运算处理模块（5）的输出端与无线通信模块（6）建立连接。

3.根据权利要求2所述一种基于PVDF的无线在线多功能流速测量装置，其特征在于：所述无线通信模块（6）为ZigBee无线通信模块。

4.根据权利要求3所述一种基于PVDF的无线在线多功能流速测量装置，其特征在于：所述无线传感器网络节点（12）包括存储模块（7）。

5.根据权利要求1所述一种基于PVDF的无线在线多功能流速测量装置，其特征在于：所述数据处理传输部分包括模数转换模块（13）、变送滤波模块（14）、嵌入式处理器（27）和GPRS模块（22），所述变送滤波模块（14）包括第一变送电路（14-1）、第二变送电路（14-2）、第一滤波电路（14-3）和第二滤波电路（14-4），所述水深PVDF压电换能器（15）的输出端与第一变送电路（14-1）和第一滤波电路（14-3）依次连接后与模数转换模块（13）的输入端建立连接，流速PVDF压电换能器（16）的输出端与第二变送电路（14-2）和第二滤波电路（14-4）依次连接后与模数转换模块（13）的输入端建立连接，模数转换模块（13）的输出端与嵌入式处理器（27）的输入端建立连接，嵌入式处理器（27）的输出端与GPRS模块（22）建立连接。

6.根据权利要求5所述一种基于PVDF的无线在线多功能流速测量装置，其特征在于：所述数据处理传输部分包括缓存模块（8），嵌入式处理器（27）的输出端连接缓存模块（8）。

7.根据权利要求2-6中任意一项所述一种基于PVDF的无线在线多功能流速测量装置，其特征在于：所述模数转换模块（13）为双通道模数转换模块。

8.根据权利要求1所述一种基于PVDF的无线在线多功能流速测量装置，其特征在于：所述装置包括电源（11），所述电源（11）为太阳能蓄电池。