CN210626507U - 一种采用电磁流速仪的测流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用电磁流速仪的测流装置，固定在铅鱼上，包括信号获取模块、信号处理模块、锂电池和单片机，信号获取模块包括电磁流速仪和铅鱼信号获取模块，电磁流速仪固定在铅鱼的头部，信号处理模块固定在铅鱼的铅鱼尾翼上，铅鱼信号获取模块与信号处理模块固定连接，锂电池固定在信号处理模块上；单片机从铅鱼信号获取模块中获取铅鱼信号，并传递给信号处理模块；信号处理模块与电磁流速仪通过线缆连接，并接收电磁流速仪发送过来的流速信号；信号处理模块对接收到的铅鱼信号和流速信号进行处理后，经由单片机控制，最后传递给水文缆道测流系统。采用电磁流速仪的测流装置可直接放入水中，测量范围广，数据精度高，可远程操控。

Description

一种采用电磁流速仪的测流装置

技术领域

本实用新型涉及水文测试的流速仪领域，更具体地说，它涉及一种采用电磁流速仪的测流装置。

背景技术

目前国家正在加大发展水文的力度，要求科技的创新。而现有技术中主要使用的是旋浆流速仪、旋杯流速仪来进行水文测试。旋浆流速仪、旋杯流速仪都属于转子式流速仪，工作原理基本相同，是利用水流动力推动转子旋转，再经过K、C、N计算出流速，流速计算公式：V＝KN+C；公式中：V-流速(m/s)；N-双音频信号个数；K-常数；C-仪器校准系数。现有技术中依靠这种方式进行水文流速流量测量都遇到了几个同样的问题：第一，由于环境富营养化，河流水道中水草大量繁殖，致使传统流速仪(旋浆、旋杯)经常被缠绕，致使测量中断或无法测量或测量数据误差；第二、河道中垃圾杂物很多，极易造成传统流速仪(旋浆、旋杯)损坏；第三、每施测一定时间后需重新校准流速仪的K、C、N值，并且不能长期将流速仪置于室外，长期风吹转动将很快造成K、C、N值偏移或报废。第四、传统流速仪的测量范围较小、分别有低速流速仪和高速流速仪，如果河流流速范围较大，就需要配两个流速仪。第五、由于传统流速仪不能长期置于室外，每次测流都需要人工到现场安装流速仪，每个水文站需要安排人员值守，加大了人工成本，实现远程测流较麻烦。而通常针对电磁流速仪测量水文信息，在现有技术中也有，但是无法使用到铅鱼上，直接放入水中进行测量，并且数据处理和控制部分难以解决，进行有效处理。因此需要针对上述问题，进行进一步研究。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种采用电磁流速仪的测流装置，其至少解决了上述部分技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案:

一种采用电磁流速仪的测流装置，固定在铅鱼上，包括信号获取模块、信号处理模块、锂电池和单片机，所述信号获取模块包括电磁流速仪和铅鱼信号获取模块，所述电磁流速仪固定在所述铅鱼的头部，所述信号处理模块固定在所述铅鱼的铅鱼尾翼上，所述铅鱼信号获取模块与所述信号处理模块固定连接，所述锂电池固定在所述信号处理模块上；所述单片机从所述铅鱼信号获取模块中获取铅鱼信号，并传递给所述信号处理模块；所述信号处理模块与所述电磁流速仪通过线缆连接，并接收所述电磁流速仪发送过来的流速信号；所述信号处理模块对接收到的铅鱼信号和流速信号进行处理后，经由所述单片机控制，最后传递给水文缆道测流系统。

进一步优选为：所述电磁流速仪包括探头、机身和流速仪尾翼，所述探头内部设有用于产生磁场的励磁线圈和对称设置在探头内壁的两个电极；所述机身为不锈钢身架，所述机身内设有用于放大电势信号的前置放大器，所述线缆从所述机身中部的过线通道穿入与所述前置放大器、所述励磁线圈和所述电极均连接；所述流速仪尾翼与所述探头相对固定连接在所述机身的两端，所述探头为流线型对称结构设计，所述探头远离所述机身的一端为水流导引端，所述流速仪尾翼用于保证所述探头的对称轴与河里水流方向一致。

进一步优选为：所述机身供所述线缆穿入处设有防水接头，所述线缆与所述前置放大器连接处设有防水塞；所述机身中部还设有固定孔，所述固定孔将所述电磁流速仪固定在所述铅鱼的头部，所述固定孔为贯穿所述机身的通孔，所述流速仪尾翼包括支架和第一螺丝，并通过所述支架、所述第一螺丝与所述机身固定连接；所述机身的过线通道与所述固定孔之间设置有辅助孔，所述辅助孔通过第二螺丝和防水圈密封，所述防水圈位于所述辅助孔靠近所述过线通道的一侧。

进一步优选为：所述单片机控制所述锂电池为所述电磁流速仪和所述信号处理模块供电，并对所述锂电池的电压进行监控；当所述锂电池的电压低于预设阈值时，所述单片机控制通过薄膜太阳能板对所述锂电池充电。

进一步优选为：所述铅鱼信号获取模块包括水阻开关、陀螺仪传感器和GPS传感器；所述水阻开关获取所述铅鱼的入水信号，并传递给所述单片机；所述陀螺仪传感器获取所述铅鱼的移动信号，并传递给所述单片机；所述GPS传感器获取所述铅鱼的水平位移信号，并传递给所述单片机。

进一步优选为：所述信号处理模块包括数据采集处理模块和双音频信号处理模块，所述单片机接收所述电磁流速仪检测到的流速信号，并通过所述数据采集处理模块处理后形成开关信号，再传递给所述双音频信号处理模块；所述双音频信号处理模块将所述开关信号转换成双音频信号，来最后传递给水文缆道测流系统。

进一步优选为：当所述单片机没有接收到所述水阻开关、陀螺仪传感器和GPS传感器传递过来的信号时，所述单片机控制所述锂电池停止为所述电磁流速仪和所述信号处理模块供电，并进入休眠模式；当所述单片机接收到所述水阻开关、陀螺仪传感器或GPS传感器传递过来的信号时，所述单片机控制所述锂电池开始为所述电磁流速仪和所述信号处理模块供电，并进入工作模式。

进一步优选为：所述信号处理模块包括壳体，所述壳体内部设有主板，所述主板通过柱头固定在所述壳体的内侧上，所述线缆贯穿通过所述壳体，将所述电磁流速仪、信号处理模块和单片机相连通；所述主板与所述线缆电连接，所述线缆贯穿所述壳体处通过防水件进行密封；所述锂电池固定在所述壳体内，所述水阻开关固定在所述壳体上。

进一步优选为：所述单片机包括测流模块，所述测流模块接收所述电磁流速仪检测到的流速信号，该接收所述流速信号过程前还包括对测流模块的参数控制。

进一步优选为：所述测流模块包括测流控件、参数设置控件、报表存储控件和退出控件；所述参数设置控件用于在所述流速仪工作之前对测流参数进行设置，所述测流参数包括系统参数、视觉效果参数、流速仪参数、河流断面参数、水平校正参数、垂直校正参数和人员参数中的一种或多种；所述测流控件用于在所述测流参数设定后，对测流垂线、测流方式、测流时间和测深方式进行预设；所述报表存储控件能够保存所述流速仪采集的所述流速信号，并根据时间进行查询数据来生成水文标准报表；所述退出控件用于退出所述测流模块。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：1、本实用新型的测流装置采用的电磁流速仪，无转动部件，使用金属外壳，不惧泥沙堵塞和水草缠绕，探头坚固耐用，不怕被外物撞击，适用各种河流环境。2、本实用新型的测流装置采用的电磁流速仪用法拉第电磁感应定律制做的。励磁线圈产生感应电势，该电势被两个电极所采集，此感应电势与流速大小成正比，由此实现流速的测量。得到的流速再经过换算得K、C、N值，所以不需要进行校准。3、本实用新型的测流装置采用无需每次测流时人工安装，不会损坏电磁流速仪，使用锂电池供电，太阳能进行浮充电，保证电磁流速仪可以长期外挂在铅鱼上，实现远程测流，并降低人工成本。4、电磁流速仪是将探头放入河水中，测量数据更精确，测量范围广，一个流速仪可以实现低速、中速、高速的测量。

附图说明

图1是本实用新型一实施例中一种采用电磁流速仪的测流装置的系统框图；

图2是本实用新型一实施例中一种采用电磁流速仪的测流装置的系统中信号处理模块的框图；

图3是本实用新型一实施例中一种采用电磁流速仪的测流装置的电磁流速仪的结构的俯视图；

图4是本实用新型一实施例中一一种采用电磁流速仪的测流装置的电磁流速仪的结构的侧视图；

图5是本实用新型一实施例中一种采用电磁流速仪的测流装置的信号处理模块20部分的结构的正视图；

图6是本实用新型一实施例中一种采用电磁流速仪的测流装置的信号处理模块20部分的结构的仰视图；

图7是本实用新型一实施例中一种采用电磁流速仪的测流装置的单片机的测流模块框图；

图中，10、电磁流速仪；11、探头；111、励磁线圈；112、电极；12、机身；121、前置放大器；122、固定孔；123、防水塞；124、防水接头；125、过线通道；126、辅助孔；127、防水圈；128、第二螺丝；13、流速仪尾翼；131、支架；132、第一螺丝；20、信号处理模块；21、壳体；22、主板；23、柱头；24、防水件；30、线缆；40、锂电池；50、水阻开关。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型进行详细描述。

在本实用新型的一个实施例中，参考图1至图7，提供一种采用电磁流速仪10的测流装置，固定在铅鱼上，包括信号获取模块、信号处理模块20、锂电池40和单片机，信号获取模块包括电磁流速仪10和铅鱼信号获取模块，电磁流速仪10固定在铅鱼的头部，信号处理模块20固定在铅鱼的铅鱼尾翼上，能够有效固定信号处理模块20，便于一起放入水中进行信号处理，锂电池40固定在信号处理模块20上，方便作业时，持续供电。铅鱼信号获取模块与信号处理模块20固定连接；单片机从铅鱼信号获取模块中获取铅鱼信号，并传递给信号处理模块20；信号处理模块20与电磁流速仪10通过线缆30连接，并接收电磁流速仪10发送过来的流速信号；信号处理模块20对接收到的铅鱼信号和流速信号进行处理后，经由单片机控制，最后传递给水文缆道测流系统。电磁流速仪是基于导电性流体在磁场中运动,产生感应的电势来推算流体流速的测量仪表,其基本工作原理是法拉第电磁感应定律。智能电磁流速仪在其探头周围产生均匀的磁场,水在探头11两侧流动时,作切割磁力线运动产生感应电势，此感应电势与流速大小成正比，得到的流速信号再经过换算得K、C、N值，获取流速，所以不需要进行校准，由此实现流速的测量。通过单片机信号处理模块20处理测量信号，再由单片机控制，能够确保整个测流装置作业稳定，且减少人工成本，同时便于实现远程操作。

可选地：再次参考图3至图4，电磁流速仪10包括探头11、机身12和流速仪尾翼13，探头11内部设有用于产生磁场的励磁线圈111和对称设置在探头11内壁的两个电极112；机身12为不锈钢身架，机身12内设有用于放大电势信号的前置放大器121，线缆30从机身12中部的过线通道125穿入与前置放大器121、励磁线圈111和电极112均连接；流速仪尾翼13与探头11相对固定连接在机身12的两端，探头11为流线型对称结构设计，探头11远离机身12的一端为水流导引端(未图示)，流速仪尾翼13保证探头11的对称轴与河里水流方向一致。探头11由不导磁材料制成,探头11前部是水流导引端,外形采用流线型设计以减小阻力,两侧镶嵌有不锈钢材料制成的电极112,探头11内部装有产生磁场的励磁线圈111,机身12装配有处理信号的前置放大器121。该电磁流速仪测量点在前方，且不需要转动部件，每次测量时直接放入河流中，不需要单独人工安装，测流数据精准。探头11和机身12使用金属外壳，为不锈钢身架结构，不惧泥沙堵塞和水草缠绕，探头坚固耐用，不怕被外物撞击，适用各种河流环境。整个流速仪有效完成流速测试，并传递给水文缆道测流系统。

可选地：机身12供线缆30穿入处设有防水接头124，线缆30与前置放大器121连接处设有防水塞123，实现线缆30在过线通道125的每处均有良好的防水效果；机身12中部还设有固定孔122，固定孔122将电磁流速仪10固定在铅鱼的头部，固定孔122为贯穿机身12的通孔，这样能够实现良好的固定效果，确保电磁流速仪稳固地位于铅鱼的头部。流速仪尾翼13包括支架131和第一螺丝132，并通过支架131、第一螺丝132与机身12固定连接；保证探头11的对称轴与河里水流方向一致，以便精准测量。机身12的过线通道125与固定孔122之间设置有辅助孔126，辅助孔126通过第二螺丝128和防水圈127密封，防水圈127位于辅助孔126靠近过线通道125的一侧。辅助孔126的设置能够方便过线通道125的制造形成，进而方便线缆30穿入，通过第二螺丝128填充辅助孔126，防水圈127密封第二螺丝128与辅助孔126之间的间隙，进而形成良好的密封。这样整个电磁流速仪具有防水密封性能。

可选地：单片机控制锂电池40为电磁流速仪10和信号处理模块20供电，并对锂电池40的电压进行监控；当锂电池40的电压低于预设阈值时，单片机控制通过薄膜太阳能板对锂电池40充电。这样方便实现远程自动操控，节约人工成本，且系统运行更加得到保障。

可选地：铅鱼信号获取模块包括水阻开关50、陀螺仪传感器和GPS传感器；水阻开关50获取铅鱼的入水信号，并传递给单片机；陀螺仪传感器获取铅鱼的移动信号，并传递给单片机；GPS传感器获取铅鱼的水平位移信号，并传递给单片机。具体地，系统中单片机会接收陀螺传感器的信号、GPS移动传感器信号、水阻开关信号。其中，陀螺传感器是铅鱼移动时会产生信号、GPS移动传感器在铅鱼移动一段距离后会产生信号、水阻开关30在进入水中时产生信号。单片机对传感器信号接收、处理并做出对电磁流速仪10、数据采集处理模块、信号双音频处理模块的供电控制以及自身休眠的控制。保证铅鱼用电磁流速仪的低功耗，节约能源。

可选地：再次参考图2，信号处理模块20包括数据采集处理模块和双音频信号处理模块20，单片机接收电磁流速仪10检测到的流速信号，并通过数据采集处理模块处理后形成开关信号，再传递给双音频信号处理模块20；双音频信号处理模块20将开关信号转换成双音频信号，来最后传递给水文缆道测流系统。信号的双音频处理模块接收到流速信号，为开关信号，使用单片机和双音频芯片把流速信号转换成双音频信号，再通过缆道将双音频信号发送回站房，加大信号的抗干扰能力。结合到整个系统中，电磁流速仪进入河水中采集流速数据，再将流速数据发送给单片机接收，单片机接收到流速数据，再根据传统流速仪流速计算公式(V＝KN+C)，计算出自己的K、C、N值，实时的转换成流速开关信号，并将开关信号发送给信号的双音频处理模块进行进一步处理。根据流速计算公式：V＝KN+C；公式中：V-流速(m/s)；N-双音频信号个数；K-常数；C-仪器校准系数。由于K和C均为固定的，同一台电磁流速仪10的K和C值一定，且设定后不需要再次调整，因此只要根据获得的双音频信号个数即可得到精准的流速数据。

可选地：当单片机没有接收到水阻开关50、陀螺仪传感器和GPS传感器传递过来的信号时，单片机控制锂电池40停止为电磁流速仪10和信号处理模块20供电，并进入休眠模式；当单片机接收到水阻开关50、陀螺仪传感器或GPS传感器传递过来的信号时，单片机控制锂电池40开始为电磁流速仪10和信号处理模块20供电，并进入工作模式。当单片机接收到三个信号中的任意一个信号或者多个信号，单片机激活自身，进入工作状态，并发出控制指令，打开电磁流速仪10、数据采集处理模块、信号双音频处理模块的供电开关。当单片机在没有接收到任意传感器信号后发出控制指令，关掉打开电磁流速仪10、数据采集处理模块、信号双音频处理模块的供电开关，并让自身进入休眠状态。结合太阳能薄膜充电以及电磁流速仪10的结构，保证铅鱼用电磁流速仪10长期外挂在铅鱼上，可以实现远程测流。在测流时，才通电，其他时间电源系统休眠状态，节约能源。

可选地：再次参考图5至图6，信号处理模块20包括壳体21，壳体21内部设有主板22，主板22通过柱头23固定在壳体21的内侧上，线缆30贯穿通过壳体21，将电磁流速仪10、信号处理模块20和单片机相连通；

主板22与线缆30电连接，线缆30贯穿壳体21处通过防水件24进行密封；锂电池40固定在壳体21内，水阻开关50固定在壳体21上。信号处理模块20通过线缆30与电磁流速仪10连接，并获取其流速信号，由主板22进行处理，信号处理模块20自身采用金属外壳的壳体21结构，具有良好的防水密封性能，跟随铅鱼放入水中，同时能够保证正常作业。

可选地：再次参考图7，单片机包括测流模块，测流模块接收电磁流速仪10检测到的流速信号，该接收流速信号过程前还包括对测流模块的参数控制。通过测量模块进行参数设定，根据设定好的参数进行流速信号的获取，能够更加智能化。

可选地：测流模块包括测流控件、参数设置控件、报表存储控件和退出控件；参数设置控件用于在流速仪工作之前对测流参数进行设置，测流参数包括系统参数、视觉效果参数、流速仪参数、河流断面参数、水平校正参数、垂直校正参数和人员参数中的一种或多种；测流控件用于在测流参数设定后，对测流垂线、测流方式、测流时间和测深方式进行预设；报表存储控件能够保存流速仪采集的流速信号，并根据时间进行查询数据来生成水文标准报表；退出控件用于退出测流模块。细一步说明下，测流模块的主界面设置四个控件，分别为测流控件、参数设置控件、报表查询控件、退出软件控件。测流之前点击参数设置控件，进入参数设置界面可以将本地水文站的相关参数，系统参数、视觉效果、流速仪、河流断面、水平校正参数、垂直校正参数、人员进行设置，并对数据进行备份。点击测流控件可以进入测流预设界面，可以对测流垂线、测流方式、测流时间、测深方式进行预设。进入测流界面显示控制的控件，信号的相关数据，实时显示测流情况。单片机通过测流模块发送控制指令和接收水位指令，接收发送过来的流速信号、铅鱼位置信号等。可以进行手动、半自动、全自动测流，方便操作。报表存储控件将测流数据保存起来。测流结束进入主界面通过点击报表查询控件查询测流数据，生成水文标准报表。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种采用电磁流速仪的测流装置，固定在铅鱼上，其特征在于：包括信号获取模块、信号处理模块、锂电池和单片机，所述信号获取模块包括电磁流速仪和铅鱼信号获取模块，所述电磁流速仪固定在所述铅鱼的头部，所述信号处理模块固定在所述铅鱼的铅鱼尾翼上，所述铅鱼信号获取模块与所述信号处理模块固定连接，所述锂电池固定在所述信号处理模块上；所述单片机从所述铅鱼信号获取模块中获取铅鱼信号，并传递给所述信号处理模块；所述信号处理模块与所述电磁流速仪通过线缆连接，并接收所述电磁流速仪发送过来的流速信号；所述信号处理模块对接收到的铅鱼信号和流速信号进行处理后，经由所述单片机控制，最后传递给水文缆道测流系统。

2.根据权利要求1所述的一种采用电磁流速仪的测流装置，其特征在于：所述电磁流速仪包括探头、机身和流速仪尾翼，所述探头内部设有用于产生磁场的励磁线圈和对称设置在探头内壁的两个电极；所述机身为不锈钢身架，所述机身内设有用于放大电势信号的前置放大器，所述线缆从所述机身中部的过线通道穿入与所述前置放大器、所述励磁线圈和所述电极均连接；所述流速仪尾翼与所述探头相对固定连接在所述机身的两端，所述探头为流线型对称结构设计，所述探头远离所述机身的一端为水流导引端，所述流速仪尾翼用于保证所述探头的对称轴与河里水流方向一致。

3.根据权利要求2所述的一种采用电磁流速仪的测流装置，其特征在于：所述机身供所述线缆穿入处设有防水接头，所述线缆与所述前置放大器连接处设有防水塞；所述机身中部还设有固定孔，所述固定孔将所述电磁流速仪固定在所述铅鱼的头部，所述固定孔为贯穿所述机身的通孔，所述流速仪尾翼包括支架和第一螺丝，并通过所述支架、所述第一螺丝与所述机身固定连接；所述机身的过线通道与所述固定孔之间设置有辅助孔，所述辅助孔通过第二螺丝和防水圈密封，所述防水圈位于所述辅助孔靠近所述过线通道的一侧。

4.根据权利要求1所述的一种采用电磁流速仪的测流装置，其特征在于：所述单片机控制所述锂电池为所述电磁流速仪和所述信号处理模块供电，并对所述锂电池的电压进行监控；当所述锂电池的电压低于预设阈值时，所述单片机控制通过薄膜太阳能板对所述锂电池充电。

5.根据权利要求1至4任一所述的一种采用电磁流速仪的测流装置，其特征在于：所述铅鱼信号获取模块包括水阻开关、陀螺仪传感器和GPS传感器；所述水阻开关获取所述铅鱼的入水信号，并传递给所述单片机；所述陀螺仪传感器获取所述铅鱼的移动信号，并传递给所述单片机；所述GPS传感器获取所述铅鱼的水平位移信号，并传递给所述单片机。

6.根据权利要求5所述的一种采用电磁流速仪的测流装置，其特征在于：所述信号处理模块包括数据采集处理模块和双音频信号处理模块，所述单片机接收所述电磁流速仪检测到的流速信号，并通过所述数据采集处理模块处理后形成开关信号，再传递给所述双音频信号处理模块；所述双音频信号处理模块将所述开关信号转换成双音频信号，来最后传递给水文缆道测流系统。

7.根据权利要求6所述的一种采用电磁流速仪的测流装置，其特征在于：当所述单片机没有接收到所述水阻开关、陀螺仪传感器和GPS传感器传递过来的信号时，所述单片机控制所述锂电池停止为所述电磁流速仪和所述信号处理模块供电，并进入休眠模式；当所述单片机接收到所述水阻开关、陀螺仪传感器或GPS传感器传递过来的信号时，所述单片机控制所述锂电池开始为所述电磁流速仪和所述信号处理模块供电，并进入工作模式。

8.根据权利要求5所述的一种采用电磁流速仪的测流装置，其特征在于：所述信号处理模块包括壳体，所述壳体内部设有主板，所述主板通过柱头固定在所述壳体的内侧上，所述线缆贯穿通过所述壳体，将所述电磁流速仪、信号处理模块和单片机相连通；所述主板与所述线缆电连接，所述线缆贯穿所述壳体处通过防水件进行密封；所述锂电池固定在所述壳体内，所述水阻开关固定在所述壳体上。

9.根据权利要求6所述的一种采用电磁流速仪的测流装置，其特征在于：所述单片机包括测流模块，所述测流模块接收所述电磁流速仪检测到的流速信号，该接收所述流速信号过程前还包括对测流模块的参数控制。

10.根据权利要求9所述的一种采用电磁流速仪的测流装置，其特征在于：所述测流模块包括测流控件、参数设置控件、报表存储控件和退出控件；所述参数设置控件用于在所述流速仪工作之前对测流参数进行设置，所述测流参数包括系统参数、视觉效果参数、流速仪参数、河流断面参数、水平校正参数、垂直校正参数和人员参数中的一种或多种；所述测流控件用于在所述测流参数设定后，对测流垂线、测流方式、测流时间和测深方式进行预设；所述报表存储控件能够保存所述流速仪采集的所述流速信号，并根据时间进行查询数据来生成水文标准报表；所述退出控件用于退出所述测流模块。

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