CN205562588U - 一种防洪大坝水流速的高频声学监测设备 - Google Patents

Abstract

一种防洪大坝水流速的高频声学监测设备，其特征在于：包括设置在任意两端的检测设备和上位机监控系统，所述检测设备包括处理器单元，北斗定位授时装置等。本实用新型将高频声学应用于监测系统中，测量整个横截面的平均流速，在传统方式无法实时监控，在线式实时测量防洪水库的入水口的流速，降低成本，提高操作实用性。

Description

一种防洪大坝水流速的高频声学监测设备

技术领域

本实用新型涉及一种高频声学监测设备，具体涉及一种防洪大坝水流速的高频声学监测设备。

背景技术

防洪水库是我国防洪广泛采用的有效措施之一，在城镇居住区河流上游适当位置兴建能调蓄洪水的综合利用水库，利用书库库容拦蓄洪水，削减进入下游河道的洪峰流量，达到减免洪水灾害的目的。水库对于洪水的调节作用有两种方式，一种是滞洪作用，另一种起蓄洪作用。如何更好的起到水库的调节作用，就需要实时掌握流入蓄水库的水量，水流速，根据水库的蓄洪能力，及时调整水库的排水水量和排水时间，才能更好的保障水库的安全和下游居住地的安全，让水库发挥最大的功效。现行水库水流测量，有采用多普勒剖面仪，有采用超声测流仪，机械流速仪等，多普勒剖面仪多为进口设备，价格高昂，无法大规模使用，而超声测流仪和机械流速仪，只能测试单点和局部的水流速，而无法得到水库入水口整个横截面的平均流速，这样得到的水库入水的水流速和流量误差大，对于蓄洪排洪有影响，且在安装上不方便固定，易被大水破坏。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种防洪大坝水流速的高频声学监测设备。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

本实用新型包括设置在任意两端的检测设备和上位机监控系统，所述检测设备包括处理器单元，北斗定位授时装置，无线通信器，水声功放模块，高频水声换能器和水听器，所述水听器的输出端与所述处理器单元的输入端连接，所述处理器单元的输出端与所述换能器的输入端连接，所述北斗定位授时装置的输出端与所述处理器单元的输入端连接，所述无线通信器的数据端口与所述处理器单元的数据端口连接。

具体地，所述换能器的输入端设置有功率放大器。

进一步地，所述水听器的输出端设置有滤波器和放大电路。

具体地，所述无线通信器为433M无线通信器。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型将高频声学应用于监测系统中，测量整个横截面的平均流速，在传统方式无法实时监控，在线式实时测量防洪水库的入水口的流速，降低成本，提高操作实用性。

附图说明

图1是本实用新型所述检测设备的结构示意图；

图2是本实用新型的系统框架图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1和图2所示，本实用新型包括设置在任意两端的检测设备和上位机监控系统，所述检测设备包括处理器单元，北斗定位授时装置，无线通信器，水声功放模块，高频水声换能器和水听器，所述水听器的输出端与所述处理器单元的输入端连接，所述处理器单元的输出端与所述换能器的输入端连接，所述北斗定位授时装置的输出端与所述处理器单元的输入端连接，所述无线通信器的数据端口与所述处理器单元的数据端口连接。处理器单元根据声波的发送和接受定义为控制主机和控制从机。

所述换能器的输入端设置有功率放大器，所述水听器的输出端设置有滤波器和放大电路，所述无线通信器为433M无线通信器。

在实施例中，在水库入水口两端岸上，各建一小监控室，方便放置设备主机和供电，将靠近水库管理处端设为主机，如B端，主机通过无线网络，或是有线串口和监控中心通信。另一段为从机，如A端。在两端沿河岸做一牢固固定架，将水听器和换能器固定在架上，并浸入水中不小于1.5米。主机和从机互相发送声波信号，信号通过两点间水域传输，由对方接收，算出传输时间差，根据两点间的距离，反演出流速，并将数据传输到监控中心，由监控中心显示保存，直观得出水流速数据并图形化。

如图1所示：设备主机由控制处理器，北斗定位授时装置，水听器，换能器和无线通信器组成，控制主机内置高速AD和DA模块，换能器、功放模块和控制主机的D/A转换器依次连接，水听器、功放电路和控制主机的A/D转换器依次连接，北斗定位授时装置和433M无线通信器分别与控制主机连接，北斗定位装置为控制主机提供高精度授时及位置和时间报文，控制主机还通过无线通信器或是有线串口与检测中心无线。专业水声通信功放模块，功放部分主要完成对高频信号的放大，以便信号能传输的更远。同时为了减少水流及电路的噪声对监测信号干扰，控制主机内部还包括滤波器，滤波器与水听器及功率放大器连接，水听器将信号发送给功率放大器和A/D转换器之前通过滤波器处理，提高信号精度。

如图2，进行数据监测前，将两台主机分别部署在河流两岸；系统工作：首先，由主机发射高频声波信号，采样时间事先设定好。北斗定位装置产生PPS（秒脉冲）上升沿到达相应频率时，控制处理器单元产生电信号，D/A转换器将电信号转换为模拟信号并发送至功放模块，经功放模块进行能量放大处理后发送至换能器，换能器发送高频声波信号，北斗定位装置同时高频率地发送时间信号至控制处理器单元，控制处理器单元记录声波信号的发射时间；然后，从机接收该高频声波信号，水听器接收到声波信号，转换为模拟信号并发送至功率放大器，经功率放大器后到达A/D转换器，A/D转换器将模拟信号转换为电信号返回至控制处理单元，北斗定位装置同时高频率地发送时间信号至控制主机，控制主机记录声波信号接收间；

由控制主机和控制从机分别计算声波传输时间，并得出双向的时间差，根据北斗定位两点间的距离差，反演出流速和温度（河流中声速扰动主要由温度引起）。然后主机将计算结果通过433M无线或是串口通信方式，传输到监控中心平台，由监控中心统一保存和图形化显示，方便查询和查看。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种防洪大坝水流速的高频声学监测设备，其特征在于：包括设置在任意两端的检测设备和上位机监控系统，所述检测设备包括处理器单元，北斗定位授时装置，无线通信器，水声功放模块，高频水声换能器和水听器，所述水听器的输出端与所述处理器单元的输入端连接，所述处理器单元的输出端与所述换能器的输入端连接，所述北斗定位授时装置的输出端与所述处理器单元的输入端连接，所述无线通信器的数据端口与所述处理器单元的数据端口连接。

2.根据权利要求1所述的防洪大坝水流速的高频声学监测设备，其特征在于：所述换能器的输入端设置有功率放大器。

3.根据权利要求1所述的防洪大坝水流速的高频声学监测设备，其特征在于：所述水听器的输出端设置有滤波器和放大电路。

4.根据权利要求2所述的防洪大坝水流速的高频声学监测设备，其特征在于：所述无线通信器为433M无线数据传输模块。