CN208188332U

CN208188332U - 一种带增稳云台智能化雷达测流系统

Info

Publication number: CN208188332U
Application number: CN201820705042.9U
Authority: CN
Inventors: 毛小波; 陈德莉; 吴秋明
Original assignee: Shanghai Navigation Instrument Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Navigation Instrument Equipment Co Ltd
Priority date: 2018-05-13
Filing date: 2018-05-13
Publication date: 2018-12-04
Anticipated expiration: 2028-05-13

Abstract

本实用新型公开了一种带增稳云台智能化雷达测流系统，包括固定支架、风速风向仪、雨滴传感器、增稳云台以及雷达流速仪；风速风向仪、雨滴传感器以及增稳云台均固定安装在固定支架上；雷达流速仪安装在增稳云台上；雷达流速仪分别与风速风向仪、雨滴传感器以及增稳云台电连接。该雷达流速仪测流系统由风速传感器、风向传感器以及雨滴传感器分别采集风速、风向以及雨水信息，由微处理器根据预设的程序计算风速、风向以及雨水对检测的影响参数，从而增强流速的检测精度；同时通过增稳云台能够确保雷达流速仪在信号采集时的稳定性，且具有一定的减震功能。

Description

一种带增稳云台智能化雷达测流系统

技术领域

本实用新型涉及一种雷达测流系统，尤其是一种带增稳云台智能化雷达测流系统。

背景技术

随着测流技术手段和方法的不断发展，近年来江河、渠道的测流方式呈现出多样化，而非接触式雷达流速仪测流作为新的一种测流方法，已在全国不同的地域开始应用，也逐步被水利水文行业接受与认可。

雷达流速仪测流原理运用的是多普勒效应，如图1所示，当雷达流速仪与水体以相对速度V发生对运动时，雷达流速仪所收到的电磁波频率与雷达自身所发出的电磁波频率有所不同，此频率差称为多普勒频移。通过解析频移与V的关系，得到流体表面流速。雷达流速仪通常采用立杆或桥梁式安装方式，对渠道、河道的水流速度进行监测。

当水面表面流态受到雨滴影响流态紊乱、降雨空中雨滴影响以及雷达流速仪三维角度不恒定，雷达流速仪测出的表面流速准确度，会受到严重影响。目前雷达流速仪测流系统中，除了雷达流速仪探头之外，均未采用其它设备，来弥补雷达流速仪测流自身的缺陷。雷达流速仪均运用多普勒效应测得水流表面流速，存在以下缺点：

(1)风速因素影响：当河道和渠道水流表面，受到风速的作用，表面流态非常不稳定，会严重影响雷达流速仪测速精度；

(2)降雨因素影响：下雨天存在两种影响：1)当电磁波照射到下落的雨滴会反射回雷达流速仪，因此雷达流速仪测出的速度含有雨滴下落速度，进而影响雷达流速仪测速精度。2) 雨滴降落在水流表面，会造成水流表面流态紊乱，进而会降低电磁波反射强度，进而影响雷达流速仪测速精度；

(3)安装结构震动、抖动因素影响：当雷达流速仪安装的立杆或安装桥梁震动时，雷达流速仪的俯仰角会来回变化，进而影响雷达流速仪测速精度。

发明内容

实用新型目的：提供一种降低风速、降雨以及震动影响的雷达测流系统。

技术方案：本实用新型所述的一种带增稳云台智能化雷达测流系统，包括固定支架、风速风向仪、雨滴传感器、增稳云台以及雷达流速仪；风速风向仪、雨滴传感器以及增稳云台均固定安装在固定支架上；雷达流速仪安装在增稳云台上；雷达流速仪与风速风向仪以及雨滴传感器无线通信连接，雷达流速仪与增稳云台有线电连接。

进一步地，固定支架包括顶部横梁、竖向立柱以及用于固定竖向立柱的底部安装机构；顶部横梁水平安装在竖向立柱的顶端，底部安装机构固定安装在竖向立柱的底端；风速风向仪以及雨滴传感器固定安装在顶部横梁的上侧，增稳云台悬挂固定安装在顶部横梁的端部下侧。

进一步地，底部安装机构包括紧固螺栓以及截面为C形的夹持板；在竖向立柱的下端上设有螺纹柱；在夹持板上侧翼板的上侧面上设有连接柱，在连接柱的顶端设有对接螺纹孔；螺纹柱旋合在对接螺纹孔上；在夹持板的上侧翼板上设有紧固螺纹孔；紧固螺栓竖向旋合在紧固螺纹孔上；在紧固螺栓的螺杆端部上设有按压板；按压板位于夹持板的上侧翼板与下侧翼板之间。

进一步地，在夹持板下侧翼板的下侧面上竖向设置有用于埋插的尖刺头。

进一步地，增稳云台包括上安装板、下安装板、固定螺柱、固定螺母、水平角调节电机、 L形吊杆、横滚角调节电机、U形叉头、俯仰角调节电机、托盘以及两根限位螺栓；上安装板与下安装板上下平行设置，且在上安装板与下安装板之间设有橡胶弹性垫块；固定螺柱的下端固定在下安装板上，上端依次贯穿上安装板以及顶部横梁，固定螺母旋合安装在固定螺柱的上端上；水平角调节电机竖向安装在上安装板上，且下端贯穿下安装板；L形吊杆的水平杆端部固定安装在水平角调节电机的下端输出轴上；横滚角调节电机横向安装在L形吊杆的竖向杆下端上；U形叉头的弯折部固定安装在横滚角调节电机的输出轴上；俯仰角调节电机固定安装在 U形叉头的一侧叉头端部上；在U形叉头的另一侧叉头端部上摆动式铰接安装有一根摆动杆；在俯仰角调节电机的输出轴上固定安装有另一根摆动杆；在两根摆动杆的下端上均设有一个矩形侧板，在矩形侧板上设置有条形孔；在托盘的侧边上设有限位螺纹孔；两根限位螺栓分别穿过两块矩形侧板上对应位置处的条形孔后旋合在托盘相应侧的限位螺纹孔上；雷达流速仪安装在托盘上。

进一步地，在托盘的侧边设有安装背板；在雷达流速仪的背面设有安装螺纹孔；雷达流速仪的背面紧贴安装背板，并通过安装螺栓旋合在安装螺纹孔上紧固安装。

进一步地，在托盘内部设有电器安装腔，在电器安装腔内设有控制器、陀螺仪、水平角电机驱动电路、横滚角电机驱动电路、俯仰角电机驱动电路以及从串口通信模块；在雷达流速仪内部设有微处理器、主无线通信模块、主串口通信模块以及用于收发雷达信号的微波雷达模块；控制器分别与陀螺仪、水平角电机驱动电路、横滚角电机驱动电路、俯仰角电机驱动电路以及从串口通信模块电连接；微处理器分别与主无线通信模块、主串口通信模块以及微波雷达模块电连接；主串口通信模块与从串口通信模块串口通信；水平角电机驱动电路、横滚角电机驱动电路以及俯仰角电机驱动电路分别与水平角调节电机、横滚角调节电机以及俯仰角调节电机相连。

进一步地，风速风向仪包括风速传感器、风向传感器以及第一从无线通信模块；雨滴传感器上设有第二从无线通信模块；风速传感器和风向传感器与第一从无线通信模块电连接；雨滴传感器与第二从无线通信模块电连接；第一从无线通信模块和第二从无线通信模块均与主无线通信模块无线通信。

进一步地，在顶部横梁与竖向立柱的安装处设有三角加强筋板。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：由风速传感器、风向传感器以及雨滴传感器分别采集风速、风向以及雨水信息，并通过无线发送至雷达流速仪内部的微处理器，由微处理器根据预设的程序计算风速、风向以及雨水对检测的影响参数，从而增强流速的检测精度；通过增稳云台能够确保雷达流速仪在信号采集时的稳定性，且具有一定的减震功能。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的电路结构示意图；

图3为本实用新型的流速矢量分解图示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：

如图1和2所示，本实用新型公开的带增稳云台智能化雷达测流系统包括：固定支架、风速风向仪、雨滴传感器10、增稳云台以及雷达流速仪29；风速风向仪、雨滴传感器10以及增稳云台均固定安装在固定支架上；雷达流速仪29安装在增稳云台上；雷达流速仪29与风速风向仪以及雨滴传感器10无线通信连接，雷达流速仪29与增稳云台有线电连接。

进一步地，固定支架包括顶部横梁1、竖向立柱2以及用于固定竖向立柱2的底部安装机构；顶部横梁1水平安装在竖向立柱2的顶端，底部安装机构固定安装在竖向立柱2的底端；风速风向仪以及雨滴传感器10固定安装在顶部横梁1的上侧，增稳云台悬挂固定安装在顶部横梁1的端部下侧。

进一步地，底部安装机构包括紧固螺栓4以及截面为C形的夹持板3；在竖向立柱2的下端上设有螺纹柱7；在夹持板3上侧翼板的上侧面上设有连接柱6，在连接柱6的顶端设有对接螺纹孔；螺纹柱7旋合在对接螺纹孔上；在夹持板3的上侧翼板上设有紧固螺纹孔；紧固螺栓4竖向旋合在紧固螺纹孔上；在紧固螺栓4的螺杆端部上设有按压板5；按压板5位于夹持板3的上侧翼板与下侧翼板之间。采用夹持板3能够方便安装在桥梁的护栏上，并通过紧固螺栓4以及按压板 5的作用进行固定，安装使用方便。

进一步地，在夹持板3下侧翼板的下侧面上竖向设置有用于埋插的尖刺头31。采用尖刺头 31能够方便在河道边缘测量时插入土壤中进行固定，使用方便快捷。

进一步地，增稳云台包括上安装板14、下安装板15、固定螺柱11、固定螺母12、水平角调节电机13、L形吊杆17、横滚角调节电机18、U形叉头19、俯仰角调节电机21、托盘20以及两根限位螺栓25；上安装板14与下安装板15上下平行设置，且在上安装板14与下安装板15之间设有橡胶弹性垫块16；固定螺柱11的下端固定在下安装板15上，上端依次贯穿上安装板14以及顶部横梁1，固定螺母12旋合安装在固定螺柱11的上端上；水平角调节电机13竖向安装在上安装板14上，且下端贯穿下安装板15；L形吊杆17的水平杆端部固定安装在水平角调节电机13的下端输出轴上；横滚角调节电机18横向安装在L形吊杆17的竖向杆下端上；U形叉头19的弯折部固定安装在横滚角调节电机18的输出轴上；俯仰角调节电机21固定安装在U形叉头19的一侧叉头端部上；在U形叉头19的另一侧叉头端部上摆动式铰接安装有一根摆动杆22；在俯仰角调节电机21的输出轴上固定安装有另一根摆动杆22；在两根摆动杆22的下端上均设有一个矩形侧板 23，在矩形侧板23上设置有条形孔24；在托盘20的侧边上设有限位螺纹孔26；两根限位螺栓25 分别穿过两块矩形侧板23上对应位置处的条形孔24后旋合在托盘20相应侧的限位螺纹孔26上；雷达流速仪29安装在托盘20上。采用上安装板14、下安装板15、固定螺柱11、固定螺母12以及橡胶弹性垫块16构成弹性减震机构，将固定螺柱11的下端固定在下安装板15，而将水平角调节电机13固定在上安装板14，利用中间的橡胶弹性垫块16实现固定支架与增稳云台之间的震动缓冲作用；利用水平角调节电机13、横滚角调节电机18以及俯仰角调节电机21实现增稳云台的三个维度调节驱动；利用矩形侧板23以及矩形侧板23上的条形孔24来对托盘20进行安装，且能够实现前后和高度进行调节，满足不同大小型号的雷达流速仪29的安装需要。

进一步地，在托盘20的侧边设有安装背板27；在雷达流速仪29的背面设有安装螺纹孔；雷达流速仪29的背面紧贴安装背板27，并通过安装螺栓28旋合在安装螺纹孔上紧固安装。采用安装背板27和安装螺栓28来可拆卸安装雷达流速仪29，确保雷达流速仪29的安装稳定性和可拆卸维护性。

进一步地，在托盘20内部设有电器安装腔，在电器安装腔内设有控制器、陀螺仪、水平角电机驱动电路、横滚角电机驱动电路、俯仰角电机驱动电路以及从串口通信模块；在雷达流速仪29内部设有微处理器、主无线通信模块、主串口通信模块以及用于收发雷达信号的微波雷达模块；控制器分别陀螺仪、与水平角电机驱动电路、横滚角电机驱动电路、俯仰角电机驱动电路以及从串口通信模块电连接；微处理器分别与主无线通信模块、主串口通信模块以及微波雷达模块电连接；主串口通信模块与从串口通信模块串口通信；水平角电机驱动电路、横滚角电机驱动电路以及俯仰角电机驱动电路分别与水平角调节电机13、横滚角调节电机18以及俯仰角调节电机21相连；水平角调节电机13、横滚角调节电机18以及俯仰角调节电机21均采用微特电机；雷达流速仪29可采用型号为HZ-SVR-24V-100的雷达流速仪；陀螺仪实时采集雷达流速仪 29的角度位置，为测量参数计算提供支持；水平角电机驱动电路、横滚角电机驱动电路以及俯仰角电机驱动电路均为常规的电机驱动电路。

进一步地，风速风向仪包括风速传感器8、风向传感器9以及第一从无线通信模块；雨滴传感器10上设有第二从无线通信模块；风速传感器8和风向传感器9与第一从无线通信模块电连接；雨滴传感器10与第二从无线通信模块电连接；第一从无线通信模块和第二从无线通信模块均与主无线通信模块无线通信。利用第一从无线通信模块和第二从无线通信模块与主无线通信模块无线通信，实现了无线信号的传输，第一从无线通信模块、第二从无线通信模块以及主无线通信模块均采用Lora无线通信模块，功耗低。

进一步地，在顶部横梁1与竖向立柱2的安装处设有三角加强筋板30。利用三角加强筋板30 能够有效增强顶部横梁1与竖向立柱2安装处的结构强度。

本实用新型公开的带增稳云台智能化雷达流速仪测流系统在安装时：若需要架设在桥梁上，则将夹持板3的上下侧翼板夹持在桥梁护栏上，并通过调节紧固螺栓4，使得按压板5按压在桥梁护栏上进行固定；若需要架设在河道边缘，则直接将尖刺头31插设于河道边缘的土壤中固定即可。

本实用新型公开的带增稳云台智能化雷达测流系统在工作时：由风速传感器8、风向传感器9以及雨滴传感器10分别采集风速、风向以及雨水信息，并通过无线发送至雷达流速仪29内部的微处理器，由微处理器根据预设的程序计算风速、风向以及雨水对检测的影响参数，从而增强流速的检测精度。具体方法是：

针对风速影响：雷达流速仪外接风速风向仪，时刻采集风速值和风向值，微处理器内部预设的程序结合采集的风速值和风向值，进行流速迭代算法，去除风速风向影响，上述的流速迭代算法为常规的现有迭代算法，并不是本申请的创新点，且属于简单的小程序。

针对降雨影响：通过设定雷达流速仪特定的安装方式结合雷达流速仪方向滤波算法，即可消除空中下降雨滴的影响，上述的滤波算法为常规的现有滤波算法，并不是本申请的创新点，且属于简单的小程序。

如图3所示，在水流表面流速在雷达流速仪电磁波方向及与电磁波方向垂直方向两个方向上的矢量分解图中，V₁表示为水流表面流速V_水在电磁波方向的分量，V₂为V_水在与电磁波垂直方向上的分量，雷达流速仪实际测出的流速为V₁，则：

V_水＝V₁/cos_α

当雷达流速仪探头迎着水流方向安装，设定雷达流速仪方向滤波，只检测V₁方向上的速度，当出现V₁₁方向上的速度直接舍掉，_α为雷达流速仪俯仰角，约为55°，只有当雨滴的速度方向为从垂线右边川向左边，且与垂线的夹角大于55°时，降落的雨滴在V₁方向上才会有分量，而实际降落的雨滴基本与垂线的夹角小于45°，因此通过设定雷达流速仪的安装方向并结合雷达流速仪方向滤波，可以消除下落雨滴造成影响。

当雨滴造成水流表面流态紊乱，造成电磁波回波紊乱，雷达流速仪外接雨滴传感器10，时刻感知监测点是否下雨，一旦感知下雨状态，雷达流速仪启动降雨模式，消除水流表面流态紊乱所造成的影响。

在消除震动、抖动影响时，雷达流速仪通过增稳云台安装，增稳云台自带陀螺仪能控制雷达流速仪三维的角度，同时还带有减震装置，很大程度减少震动、抖动所造成的影响。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims

1.一种带增稳云台智能化雷达测流系统，其特征在于：包括固定支架、风速风向仪、雨滴传感器(10)、增稳云台以及雷达流速仪(29)；风速风向仪、雨滴传感器(10)以及增稳云台均固定安装在固定支架上；雷达流速仪(29)安装在增稳云台上；雷达流速仪(29)与风速风向仪以及雨滴传感器(10)无线通信连接，雷达流速仪(29)与增稳云台有线电连接。

2.根据权利要求1所述的带增稳云台智能化雷达测流系统，其特征在于：固定支架包括顶部横梁(1)、竖向立柱(2)以及用于固定竖向立柱(2)的底部安装机构；顶部横梁(1)水平安装在竖向立柱(2)的顶端，底部安装机构固定安装在竖向立柱(2)的底端；风速风向仪以及雨滴传感器(10)固定安装在顶部横梁(1)的上侧，增稳云台悬挂固定安装在顶部横梁(1)的端部下侧。

3.根据权利要求2所述的带增稳云台智能化雷达测流系统，其特征在于：底部安装机构包括紧固螺栓(4)以及截面为C形的夹持板(3)；在竖向立柱(2)的下端上设有螺纹柱(7)；在夹持板(3)上侧翼板的上侧面上设有连接柱(6)，在连接柱(6)的顶端设有对接螺纹孔；螺纹柱(7)旋合在对接螺纹孔上；在夹持板(3)的上侧翼板上设有紧固螺纹孔；紧固螺栓(4)竖向旋合在紧固螺纹孔上；在紧固螺栓(4)的螺杆端部上设有按压板(5)；按压板(5)位于夹持板(3)的上侧翼板与下侧翼板之间。

4.根据权利要求3所述的带增稳云台智能化雷达测流系统，其特征在于：在夹持板(3)下侧翼板的下侧面上竖向设置有用于埋插的尖刺头(31)。

5.根据权利要求2所述的带增稳云台智能化雷达测流系统，其特征在于：增稳云台包括上安装板(14)、下安装板(15)、固定螺柱(11)、固定螺母(12)、水平角调节电机(13)、L形吊杆(17)、横滚角调节电机(18)、U形叉头(19)、俯仰角调节电机(21)、托盘(20)以及两根限位螺栓(25)；上安装板(14)与下安装板(15)上下平行设置，且在上安装板(14)与下安装板(15)之间设有橡胶弹性垫块(16)；固定螺柱(11)的下端固定在下安装板(15)上，上端依次贯穿上安装板(14)以及顶部横梁(1)，固定螺母(12)旋合安装在固定螺柱(11)的上端上；水平角调节电机(13)竖向安装在上安装板(14)上，且下端贯穿下安装板(15)；L形吊杆(17)的水平杆端部固定安装在水平角调节电机(13)的下端输出轴上；横滚角调节电机(18)横向安装在L形吊杆(17)的竖向杆下端上；U形叉头(19)的弯折部固定安装在横滚角调节电机(18)的输出轴上；俯仰角调节电机(21)固定安装在U形叉头(19)的一侧叉头端部上；在U形叉头(19)的另一侧叉头端部上摆动式铰接安装有一根摆动杆(22)；在俯仰角调节电机(21)的输出轴上固定安装有另一根摆动杆(22)；在两根摆动杆(22)的下端上均设有一个矩形侧板(23)，在矩形侧板(23)上设置有条形孔(24)；在托盘(20)的侧边上设有限位螺纹孔(26)；两根限位螺栓(25)分别穿过两块矩形侧板(23)上对应位置处的条形孔(24)后旋合在托盘(20)相应侧的限位螺纹孔(26)上；雷达流速仪(29)安装在托盘(20)上。

6.根据权利要求5所述的带增稳云台智能化雷达测流系统，其特征在于：在托盘(20)的侧边设有安装背板(27)；在雷达流速仪(29)的背面设有安装螺纹孔；雷达流速仪(29)的背面紧贴安装背板(27)，并通过安装螺栓(28)旋合在安装螺纹孔上紧固安装。

7.根据权利要求5所述的带增稳云台智能化雷达测流系统，其特征在于：在托盘(20)内部设有电器安装腔，在电器安装腔内设有控制器、陀螺仪、水平角电机驱动电路、横滚角电机驱动电路、俯仰角电机驱动电路以及从串口通信模块；在雷达流速仪(29)内部设有微处理器、主无线通信模块、主串口通信模块以及用于收发雷达信号的微波雷达模块；控制器分别与陀螺仪、水平角电机驱动电路、横滚角电机驱动电路、俯仰角电机驱动电路以及从串口通信模块电连接；微处理器分别与主无线通信模块、主串口通信模块以及微波雷达模块电连接；主串口通信模块与从串口通信模块串口通信；水平角电机驱动电路、横滚角电机驱动电路以及俯仰角电机驱动电路分别与水平角调节电机(13)、横滚角调节电机(18)以及俯仰角调节电机(21)相连。

8.根据权利要求5所述的带增稳云台智能化雷达测流系统，其特征在于：风速风向仪包括风速传感器(8)、风向传感器(9)以及第一从无线通信模块；雨滴传感器(10)上设有第二从无线通信模块；风速传感器(8)和风向传感器(9)与第一从无线通信模块电连接；雨滴传感器(10)与第二从无线通信模块电连接；第一从无线通信模块和第二从无线通信模块均与主无线通信模块无线通信。

9.根据权利要求2所述的带增稳云台智能化雷达测流系统，其特征在于：在顶部横梁(1)与竖向立柱(2)的安装处设有三角加强筋板(30)。