CN211504170U - 一种河流超声波同步监测装置 - Google Patents

一种河流超声波同步监测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN211504170U
CN211504170U CN202020526701.XU CN202020526701U CN211504170U CN 211504170 U CN211504170 U CN 211504170U CN 202020526701 U CN202020526701 U CN 202020526701U CN 211504170 U CN211504170 U CN 211504170U
Authority
CN
China
Prior art keywords
ultrasonic
river
box body
monitoring device
synchronous monitoring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202020526701.XU
Other languages
English (en)
Inventor
张宇
俞晓牮
林松
李焱龙
傅伟杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen University
Original Assignee
Xiamen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen University filed Critical Xiamen University
Priority to CN202020526701.XU priority Critical patent/CN211504170U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN211504170U publication Critical patent/CN211504170U/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

本实用新型提供了一种河流超声波同步监测装置，包括移动式监测箱和超声测量系统。移动式监测箱包括：箱体；设置于所述箱体上方的太阳能电池板；设置于所述箱体内底部的水泵；连通于所述水泵的排水管；以及设置于所述箱体内的控制单元。超声测量系统包括：CPU、定位模块、数据采集卡、功率放大器、滤波放大器、超声发射换能器和接收水听器；所述定位模块、数据采集卡、功率放大器、滤波放大器、超声发射换能器和接收水听器均电性连接于所述CPU。本实用新型结构设计巧妙，不仅提升了河流断面平均温度和流速的同步测量精度，且不影响航道运行，降低了极端天气对监测工作的影响。

Description

一种河流超声波同步监测装置
技术领域
本实用新型涉及一种监测装置，更具体的说是，涉及一种河流超声波同步监测装置。
背景技术
我国水利资源丰富，属于河流最多的国家之一。随着河流生态环境的日益重视，水流、流量等参数的监测变得越来越重要。河流水文参数的长期测量对河流环境监测、水生资源保护和河道环境保护都具有十分重大的意义。
现有对河流流量实现监测的主要方法为建造固定的水文站开展单点测量，采用的测量仪器有有机械式流量计、电磁流量计、声学多普勒流速剖面仪(ADCP)等。ADCP接收水中的回波声信号进行流速测量，但由于声波受到双程的衰减，探测距离有限，常采用走航式进行原位测量。目前，大多数原位方法具有显著的空间依赖性，而多次测量平均会导致时间和成本显著增加。温度和流速采用不同的设备会导致测量的不同步。此外，定点测量方式需要在河道中固定放置传感器，易受到繁忙河道航运的影响。特别是，在暴雨和洪水等极端天气下，实施流量测量有极大的风险。中、低频声学测量技术能够在数十公里甚至上千公里的海域内获取环境特征参数，但对于数百米或数公里的小尺度河流流量测量精度较低。因此，开展河流水环境参数的超声探测和移动监测技术具有迫切的需求。
实用新型内容
本实用新型提供了一种河流超声波同步监测装置，可以有效解决上述问题。
本实用新型是这样实现的：
一种河流超声波同步监测装置，包括：
移动式监测箱，其包括：
箱体；
设置于所述箱体上方的太阳能电池板；
设置于所述箱体内底部的水泵；
连通于所述水泵的排水管；以及
设置于所述箱体内的控制单元；
电连接于所述控制单元的超声测量系统，其包括：CPU、定位模块、数据采集卡、功率放大器、滤波放大器、超声发射换能器和接收水听器；所述定位模块、数据采集卡、功率放大器、滤波放大器、超声发射换能器和接收水听器均电性连接于所述CPU。
作为进一步改进的，所述水泵包括进样蠕动泵和试剂蠕动泵。
作为进一步改进的，所述超声发射换能器的频率为50kHz。
作为进一步改进的，所述定位模块为GPS。
作为进一步改进的，所述箱体的墙体内层为轻质材料墙板，中间为轻质多孔的保温材料，外层为压型钢板。
作为进一步改进的，所述箱体的地板层上层为绝缘材料面板，中层为防潮材料模板垫层，下层为钢构骨架。
本实用新型的有益效果是：采用监测箱和超声测量系统的分离设置，不仅不会影响航道运行，而且监测箱的特殊设计降低了极端天气对监测工作的影响。监测箱内设置有与超声测量系统电连接的控制单元；超声测量系统包括CPU、定位模块、数据采集卡、功率放大器、滤波放大器、超声发射换能器和接收水听器，实现了河流断面平均温度和流速的同步精准测量。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本实用新型实施例提供的应用场景示意图。
图2是本实用新型实施例提供的数据传输示意图。
图3是本实用新型实施例提供的超声测量系统的模块连接关系图。
图4是本实用新型实施例提供的监测箱的结构示意图。
图中：1.监测箱 11.箱体 12.太阳能电池板 13.水泵 14.排水管 15.控制单元2.超声测量系统 21.CPU 22.定位模块 23.数据采集卡 24.功率放大器 25.滤波放大器26.超声发射换能器 27.接收水听器
具体实施方式
为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参照图1至图4所示，一种河流超声波同步监测装置，包括移动式监测箱1和超声测量系统2。移动式监测箱1包括：箱体11；设置于所述箱体11上方的太阳能电池板12；设置于所述箱体11内底部的水泵13；连通于所述水泵13的排水管14；以及设置于所述箱体11内的控制单元15。超声测量系统2电连接于控制单元15。超声测量系统2包括：CPU 21、定位模块22、数据采集卡23、功率放大器24、滤波放大器25、超声发射换能器26和接收水听器27；所述定位模块22、数据采集卡23、功率放大器24、滤波放大器25、超声发射换能器26和接收水听器27均电性连接于所述CPU 21。排水泵和排水管14的设置，实现了在箱体11进水情况下可进行快速排水。接收水听器27的输出端连接数据采集卡23。超声测量系统2用于接收水声信号，进行噪声滤波放大和信号放大，再用高功率放大器24驱动超声发射换能器26向水中发射声波。
所述水泵13包括进样蠕动泵、试剂蠕动泵和排水泵，进样蠕动泵控制河水样本进出，试剂蠕动泵控制实验试剂的进出，排水泵用于排出渗进箱体内的水。所述超声发射换能器26的频率为50kHz。所述定位模块22为GPS。
参照图4所示，所述箱体11的墙体内层为轻质材料墙板，中间为轻质多孔的保温材料，外层为压型钢板，保证了监测仪器可以在相对恒定的温度下工作，防止仪器由于过高温度而损坏。所述箱体11的地板层上层为绝缘材料面板，中层为防潮材料模板垫层，下层为钢构骨架，提升了箱体11的防水性能，防止水渗入箱体11中。
水下互易超声发射系统用计算机产生数字编码信号，连接数据采集卡23进行数模转化，产生模拟电压信号，数据采集卡23输出到功率放大器24进行能量放大，中心频率40kHz发射换能器把电信号转成声信号，向水下发射声波。声学接收系统由带宽为1kHz-180kHz的水听器接收声波，把声信号转成模拟电压信号，通过20kHz-100kHz带通滤波放大器25和功率放大器24提高信噪比后，由数据采集卡23进行模数转化，采样率400kS/s，采样精度16bits，转成数字信号，送至计算机对信号进行解码处理并存储。声传播时间采用伪随机编码和相关检测技术。采用具有抗干扰、抗多途、抗衰落、强隐蔽性等特点的伪随机序列方式，对发射信号进行编码处理。传播时间的计算采用互相关算法来获得，对于发射信号x(n)，其在接收点接收到的信号为y(n),二者的互相关函数表示为：
Figure BDA0002446195170000061
若相关函数Rxy在m＝m0处取得最大值，且此时的采样率为fs，那信号在水下的传播时间由下式给出：
Figure BDA0002446195170000062
参照图1所示，移动式监测箱1分别设置在待测河流的两侧河岸上，每侧监测箱1和超声测量系统2进行声互易发射和接收。
利用高精度GPS对河流两侧的A和B监测箱1进行定位和时间同步，实现互易收发：对于A侧监测箱1的发射端，在软件端上升沿触发后，调制的信号输出到超声发射换能器26进行信号发射，而另一B侧监测箱1在软件端触发后，激活接收水听器27进行信号接收；30秒后，软件设置使A和B工作相反，即B侧发射，A侧接收。生成脉冲并触发数据采集卡23进行数据的采集与处理，根据两侧监测箱1得到的声传输时间差，计算出河流断面的平均流速。平均流速用v表示，c0为平均声速。声互易原理使两方向的声传播距离为L，与水流夹角为θ，声波沿水流正方向的传输时间为T+，沿水流反向的传输时间为T-，则河流平均流速计算公式为:
Figure BDA0002446195170000063
根据两侧监测箱1得到的声传输时间和，可以同步计算出河流断面的平均温度:
Figure BDA0002446195170000064
河流断面面积S0通过回声探测器装置，利用走航对水深进行测量,其对应的水位为H0。由于水位动态变化，通过水位计对河流断面水位H进行实时监测，从而获得河流断面面积S0+L(H-H0)。因此，河流断面实时流量为：
U＝vS0+L(H-H0)
控制单元15采用LabVIEW编写的用户程序，将信号处理发射模块和接收模块集成于机箱中，对河流断面温度、水位、流速、流量进行同时测量，对数据进行分析、存储、传输和程序可视化。根据GPS的时间报文和脉冲信号同时触发声发射和接收行同步进行，提升准确性。
以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种河流超声波同步监测装置，其特征在于，包括：
移动式监测箱，其包括：
箱体；
设置于所述箱体上方的太阳能电池板；
设置于所述箱体内底部的水泵；
连通于所述水泵的排水管；以及
设置于所述箱体内的控制单元；
电连接于所述控制单元的超声测量系统，其包括：CPU、定位模块、数据采集卡、功率放大器、滤波放大器、超声发射换能器和接收水听器；所述定位模块、数据采集卡、功率放大器、滤波放大器、超声发射换能器和接收水听器均电性连接于所述CPU。
2.根据权利要求1所述的一种河流超声波同步监测装置，其特征在于，所述水泵包括进样蠕动泵、试剂蠕动泵和排水泵。
3.根据权利要求1所述的一种河流超声波同步监测装置，其特征在于，所述超声发射换能器的频率为50kHz。
4.根据权利要求1所述的一种河流超声波同步监测装置，其特征在于，所述定位模块为GPS。
5.根据权利要求1所述的一种河流超声波同步监测装置，其特征在于，所述箱体的墙体内层为轻质材料墙板，中间为轻质多孔的保温材料，外层为压型钢板。
6.根据权利要求1所述的一种河流超声波同步监测装置，其特征在于，所述箱体的地板层上层为绝缘材料面板，中层为防潮材料模板垫层，下层为钢构骨架。
CN202020526701.XU 2020-04-10 2020-04-10 一种河流超声波同步监测装置 Active CN211504170U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202020526701.XU CN211504170U (zh) 2020-04-10 2020-04-10 一种河流超声波同步监测装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202020526701.XU CN211504170U (zh) 2020-04-10 2020-04-10 一种河流超声波同步监测装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN211504170U true CN211504170U (zh) 2020-09-15

Family

ID=72404042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202020526701.XU Active CN211504170U (zh) 2020-04-10 2020-04-10 一种河流超声波同步监测装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN211504170U (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114485911A (zh) * 2022-01-25 2022-05-13 重庆医科大学 基于亚波长尺度的声波导管中声衰减系数测量装置及方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114485911A (zh) * 2022-01-25 2022-05-13 重庆医科大学 基于亚波长尺度的声波导管中声衰减系数测量装置及方法
CN114485911B (zh) * 2022-01-25 2023-11-24 重庆医科大学 基于亚波长尺度的声波导管中声衰减系数测量装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6864926B2 (ja) 深海台座式のエンジニアリング地質学環境の原位置長期観測装置及び方法
CN101339200B (zh) 一种声学测流方法及装置
US7672797B2 (en) Flow measurement in partially filled pipes using pulsed peak velocity doppler
CN101769778B (zh) 港口航道水深实时监测方法及系统
KR100195576B1 (ko) 이동 물체 속도 측정 장치
CN106382972B (zh) 一种单孔地下水位监测方法及实时监控装置
CN102081170A (zh) 基于声学长基线和超短基线组合定位的海底电缆二次定位方法
KR100660563B1 (ko) 자동화 부표판을 이용한 다중채널 해상 탄성파 탐사장치 및탐사방법
CN102841343A (zh) 一种基于工控机的回声测深仪校准系统及其校准方法
CN211504170U (zh) 一种河流超声波同步监测装置
CN108680234A (zh) 一种跨冰层介质的水深测量方法
JPH07218254A (ja) 海象計
CN203011382U (zh) 一种智能微波验潮站
CN104614446A (zh) 基于海底沉积物的声速测量方法
CN106597546B (zh) 一种探测河底表层泥沙物性的方法
CN208350039U (zh) 一种水库淤积量测量系统
Bahreini Motlagh et al. Design, manufacture and the evaluation of Fluvial Acoustic Tomography System (FATS)
RU2664456C2 (ru) Ультразвуковой способ измерения скорости течения и расхода воды в открытых водоемах
CN104111349A (zh) 一种多普勒测速器
CN104568063A (zh) 液位检测装置
CN207976230U (zh) 一种河海口水域的平均水温测量装置
CN214951281U (zh) 微地形的淤涨检测装置
CN103558411A (zh) 一种多普勒计程仪
Chen et al. Measurement of Yangtze river flow based on coastal acoustic tomography
CN102841351A (zh) 无线网络测深仪

Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant