CN218848315U - 缆道测速雷达用安装机构及水文缆道 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于水文监测技术领域，具体公开了一种缆道测速雷达用安装机构及水文缆道。该缆道测速雷达用安装机构通过将安装板可转动地设置在基座上并与电机传动连接，因此可使得连接在安装板上测速雷达能够在电机的驱动作用下随安装板一同转动；同时，通过在基座上设置旋转传感器并在旋转传感器的旋转轴上设置重力平衡锤，因此可在基座带动旋转传感器以及连接在安装板上测速雷达产生偏斜时，检测偏斜的角度；又由于电机和旋转传感器分别与控制器通讯连接，旋转传感器可将检测到的偏斜信号传输给控制器，控制器接收到偏斜信号后可控制电机驱使安装板带动测速雷达朝偏斜的反方向转动相应角度，实现对偏斜的测速雷达进行纠偏。

Description

缆道测速雷达用安装机构及水文缆道

技术领域

本实用新型属于水文监测技术领域，具体涉及一种缆道测速雷达用安装机构及水文缆道。

背景技术

水文缆道是一种能把水文测验仪器送到测验断面任一指定位置的索道，其通常由一根或两根跨河架设的钢丝绳作为主索110，在主索110上设置有行车120，如图1所示。行车120在每条主索110上均设置有至少有两个沿水平行进方向排列的行走轮，行车120由牵引绳牵引或者由自带的动力装置驱动在主索110上运行。行车120作为运载装置，其可搭载测流铅鱼、测速雷达等水文测验仪器完成相关水文测验工作。

为了进行高水测流，往往在行车120的迎水流方向或背水流方向安装一台测速雷达130，如图2所示。测速雷达130也称为电波流速仪，是使用多普勒频移原理测量水面固定点流速的设备。测速雷达130的雷达波中心线与水面呈一个固定夹角θ，该固定夹角θ通常在安装测速雷达时确定，一般在30°～60°范围内。

随着行车120在两岸间运行，测速雷达130可测出从河流左岸到右岸或是右岸到左岸间河流的水面流速，再依据相关算法就可以计算出河道流量。理想情况下，测速雷达130的雷达波中心线应正对河流的相同起点距(从岸边某一起算点计算)的水面点，雷达波投射在河流水面上的椭圆投影的长轴方向与河流的流向相一致，如图3所示；这样能够使测速更加可靠准确，以使计算出的河道流量更接近真实值。

但因为主索110的柔性特点，架设在两岸塔架140之间的主索110，由于受地心引力作用会呈现向下的抛物线形状，行车120在上面运行无法保证行进方向始终水平，行车120运行至越靠近岸边的位置，其靠近岸边部位将被抬升越高，如图4所示；又由于现有的测速雷达130是直接安装在行车120上的，行车120靠近岸边部位被抬高会导致雷达探头朝向岸边偏斜，雷达波中心线不再正对河流的相同起点距的水面点，且雷达波投射在河流水面上的椭圆投影的长轴方向也不再与河流的流向相一致，因此降低了测速的可靠性与准确性，并导致计算出的河道流量不够准确；甚至有时雷达探头虽还处于水面正上方，但其发出的雷达波已偏向了岸上，使该点测流失败。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够对偏斜的测速雷达进行纠偏的缆道测速雷达用安装机构。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：缆道测速雷达用安装机构，包括基座、安装板、电机和控制系统；

基座上设置有用于与行车连接的行车连接部；

安装板可转动地设置在基座上，其上设置有用于与测速雷达连接的雷达连接部；

电机设置在基座上，其输出端通过传动机构与安装板传动连接；

控制系统包括控制器和旋转传感器；旋转传感器设置在基座上，其旋转轴上设置有重力平衡锤；

电机和旋转传感器分别与控制器通讯连接。

进一步的，行车连接部包括行车连接孔，行车连接孔中设置有用于与行车连接的螺栓；

雷达连接部包括三个以上呈中心对称分布的雷达连接孔。

进一步的，传动机构包括设置在安装板上的减速齿轮，以及设置在电机输出端上并与减速齿轮相啮合的驱动齿轮。

进一步的，电机为伺服电机。

进一步的，安装板通过转轴可转动地设置在基座上。

进一步的，基座上设置有轴套，转轴通过轴承可转动地设置在轴套中。

进一步的，安装板设置在转轴的一端上，转轴的另一端上设置有平衡锤罩，平衡锤罩内设有不影响重力平衡锤活动的罩腔；旋转传感器设置在平衡锤罩上，其旋转轴和重力平衡锤处于罩腔中。

进一步的，旋转传感器为旋转编码器。

进一步的，重力平衡锤呈扇形结构。

本实用新型还提供了一种测速的可靠性与准确性更高的水文缆道，其包括两个分别设置在河道两岸的塔架，架设在两个塔架之间的主索，以及设置在主索上并能够沿主索运动的行车；行车上设置有测速雷达；测速雷达通过上述的缆道测速雷达用安装机构设置在行车上。

本实用新型的有益效果是：该缆道测速雷达用安装机构通过将安装板可转动地设置在基座上并与电机传动连接，因此可使得连接在安装板上测速雷达能够在电机的驱动作用下随安装板一同转动；同时，通过在基座上设置旋转传感器并在旋转传感器的旋转轴上设置重力平衡锤，由于重力平衡锤受重力的作用始终铅直向下，因此可在基座带动旋转传感器以及连接在安装板上测速雷达产生偏斜时，与旋转传感器产生相对运动并带动旋转轴转动，进而被旋转传感器检测到相应的偏斜信号，偏斜信号包括偏斜的方向、偏斜的角度等信息；又由于电机和旋转传感器分别与控制器通讯连接，旋转传感器可将检测到的偏斜信号传输给控制器，控制器接收到偏斜信号后可控制电机驱使安装板带动测速雷达朝偏斜的反方向转动相应角度，从而使得雷达波中心线基本正对河流的相同起点距的水面点，且雷达波投射在河流水面上的椭圆投影的长轴方向与河流的流向基本一致，实现对偏斜的测速雷达进行纠偏，保证了测速的可靠性与准确性，使得计算出的河道流量更接近真实值。

附图说明

图1是现有水文缆道的实施结构示意图；

图2是现有的测速雷达的安装结构示意图；

图3是理想状态下测速雷达的工作状态示意图；

图4是实际工况下测速雷达的工作状态示意图；

图5是本实用新型中缆道测速雷达用安装机构的实施结构示意图；

图6是本实用新型中缆道测速雷达用安装机构的侧视结构示意图；

图7是沿图6中A-A线的剖视图；

图8是沿图6中B-B线的剖视图；

图中标记为：主索110、行车120、测速雷达130、塔架140、基座210、行车连接孔211、转轴212、轴套213、轴承214、平衡锤罩215、罩腔216、安装板220、雷达连接孔221、减速齿轮222、电机230、驱动齿轮231、旋转传感器241、重力平衡锤242。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。测速雷达130产生偏斜是指行车120带着该缆道测速雷达用安装机构和测速雷达130沿主索110行进过程中，测速雷达130相对于行车120的水平行进方向产生的角度变化；通常设定行车120带着该缆道测速雷达用安装机构和测速雷达130在主索110上水平行进时，测速雷达130无偏斜，重力平衡锤242与旋转传感器241此时的相对位置为初始的相对位置；并且，此时测速雷达130的雷达波中心线应正对河流的相同起点距(从岸边某一起算点计算)的水面点，雷达波投射在河流水面上的椭圆投影的长轴方向与河流的流向相一致。

结合图5、图6和图7所示，缆道测速雷达用安装机构，包括基座210、安装板220、电机230和控制系统；

基座210上设置有用于与行车120连接的行车连接部；

安装板220可转动地设置在基座210上，其上设置有用于与测速雷达130连接的雷达连接部；

电机230设置在基座210上，其输出端通过传动机构与安装板220传动连接；传动机构可以为多种，例如：皮带传动机构、齿轮传动机构、蜗轮蜗杆传动机构等等；安装板220通过传动机构与电机230传动连接，还具有限制安装板220意外转动的作用；即电机230未工作时，安装板220不会转动；

控制系统包括控制器和旋转传感器241；旋转传感器241设置在基座210上，其旋转轴上设置有重力平衡锤242；利用该缆道测速雷达用安装机构将测速雷达130安装到行车120上，当行车120的姿态发生改变导致测速雷达130产生偏斜时，旋转传感器241与测速雷达130或与基座210具有等同或者相应的偏斜程度；相应的偏斜程度是指旋转传感器241的偏斜程度与测速雷达130或基座210的偏斜程度具有线性对应关系；

电机230和旋转传感器241分别与控制器通讯连接；通讯连接是指通过信号的传输交互，在连接的设备之间构成通讯；通讯连接一般可分为有线连接和无线连接；有线连接通常包括电缆、光纤等连接；无线连接通常包括无线电通信、蓝牙、红外、NFC等连接。

利用该缆道测速雷达用安装机构将测速雷达130安装到行车120上时，通过基座210上的行车连接部与行车120连接，通过安装板220上的雷达连接部与测速雷达130连接；通过将安装板220可转动地设置在基座210上并与电机230传动连接，因此可使得连接在安装板220上测速雷达130能够在电机230的驱动作用下随安装板220一同转动；同时，通过在基座210上设置旋转传感器241并在旋转传感器241的旋转轴上设置重力平衡锤242，由于重力平衡锤242受重力的作用始终铅直向下，因此可在基座210带动旋转传感器241以及连接在安装板220上测速雷达130产生偏斜时，与旋转传感器241产生相对运动并带动旋转轴转动，进而被旋转传感器241检测到相应的偏斜信号；又由于电机230和旋转传感器241分别与控制器通讯连接，旋转传感器241可将检测到的偏斜信号传输给控制器，控制器接收到偏斜信号后可控制电机230驱使安装板220带动测速雷达130朝偏斜的反方向转动相应角度，以补偿偏斜角度，其实际转动角度又以跟随转动的旋转传感器241与重力平衡锤242的相关角度差为反馈信息，确定角度修正是否达到要求而实施进一步修正控制，从而使得测速雷达130回正，以使雷达波中心线基本正对河流的相同起点距的水面点，且雷达波投射在河流水面上的椭圆投影的长轴方向与河流的流向基本一致，实现对偏斜的测速雷达130进行纠偏。

其中，旋转传感器241将检测到的偏斜信号传输给控制器，控制器接收到偏斜信号后控制电机230驱使安装板220带动测速雷达130朝偏斜的反方向转动相应角度的控制方式及所涉及的计算机程序，属于本领域技术人员掌握的常规技术。例如：当行车120在主索110上运行遇到坡度时，行车120的姿态随之发生变化，靠近岸边部位被抬高，基座210随之偏斜，同时在基座210的带动下，旋转传感器241以及连接在安装板220上测速雷达130产生偏斜，重力平衡锤242带动旋转轴转动5度，此时旋转传感器241检测到+5度的偏斜信号并传输给控制器，控制器接收到+5度的偏斜信号后控制电机230驱使安装板220带动测速雷达130朝偏斜的反方向转动相应角度，即控制器控制电机230驱使安装板220带动测速雷达130转动-5度，从而使得测速雷达130回正。

基座210为该缆道测速雷达用安装机构的载体零件，其主要用于与行车120安装连接，以及其他零部件的安装设置；基座210上设置的行车连接部可以为多种，例如：连接杆、连接孔、卡扣结构等等；行车连接部一般包括行车连接孔211，在行车连接孔211中通常设置有用于与行车120连接的螺栓；行车连接部优选包括四个呈矩形阵列分布的行车连接孔211。

安装板220主要用于安装连接测速雷达130，其在基座210上可转动地设置方式可以有多种，例如：螺纹连接、嵌套配合、通过转轴212连接等等；安装板220上设置的雷达连接部可以为多种，例如：连接杆、连接孔、卡扣结构等等；雷达连接部一般包括三个以上呈中心对称分布的雷达连接孔221，多个雷达连接孔221的对称中心优选为安装板220的几何中心；雷达连接孔221的具体数量通常根据测速雷达130上安装螺孔的数量进行确定；雷达连接部优选包括四个呈矩形阵列分布的雷达连接孔221。

电机230主要用于驱动安装板220带动测速雷达130朝偏斜的反方向转动，以补偿偏斜角度，使得测速雷达130回正。电机230输出端的角位移一般根据传动机构的传动比以及需要驱使安装板220带动测速雷达130转动的角度进行具体确定，例如：传动机构的传动比为10:1，需要驱使安装板220带动测速雷达130转动的角度为10度，则电机230输出端的角位移应为100度。电机230可以为多种，优选为伺服电机；伺服电机可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，控制速度方便，位置精度非常准确。

为了保证传动的稳定性并方便精确控制转动角度，优选如图7所示，传动机构包括设置在安装板220上的减速齿轮222，以及设置在电机230输出端上并与减速齿轮222相啮合的驱动齿轮231。

控制系统主要用于收集测速雷达130的偏斜信号并控制电机230驱使测速雷达130回正；控制系统的控制器主要用于控制电机230输出端的角位移，控制器可以设置在基座210上，也可以设置在塔架140处的控制室内进行远程控制；控制系统的旋转传感器241主要用于检测测速雷达130偏斜的方向和程度，安装时通常使其旋转轴与主索110所在竖直平面保持垂直，或是使其旋转轴与行车120安装测速雷达130的侧部竖直面保持垂直，以确保旋转传感器241能够与基座210或测速雷达130保持一致的偏斜角度，进而准确检测测速雷达130偏斜程度；旋转传感器241可以为多种，优选为旋转编码器。

旋转传感器241安装的具体位置可以有多种，对于具有箱体的双轨缆道行车可安装于箱体内部，对于无箱体的单轨缆道行车可安装在行车120的任意一侧，旋转传感器241与安装板220、电机230等没有机械耦合，仅以通讯连接传递偏斜信号。

若是旋转传感器241为不随测速雷达130转动的设置方式，则每次补偿偏斜角度的大小为在前一次偏斜基础上增加的角度，例如：前一次偏斜+3度，补偿后行车120继续运行，本次旋转传感器241检测到+4度的偏斜信号，那么本次补偿过程中控制器控制电机230驱使安装板220带动测速雷达130转动-1度即可。若是旋转传感器241为随测速雷达130转动的设置方式，则每次补偿偏斜角度的大小为旋转传感器241检测到的偏斜角度，例如：行车120继续运行，本次旋转传感器241检测到+2度的偏斜信号，那么本次补偿过程中控制器控制电机230驱使安装板220带动测速雷达130转动-2度即可。

作为本实用新型的一种优选方案，再如图7所示，安装板220通过转轴212可转动地设置在基座210上。

在上述基础上，为了保证安装板220转动的灵活性和稳定性，以便于通过电机230对其精确调控，在基座210上设置轴套213，并使转轴212通过轴承214可转动地设置在轴套213中。在图7实施方式中，轴套213内开设带环形挡肩的轴承孔，在环形挡肩的两侧分别设置一个轴承214，轴承214外圈的外侧通过卡环固定在轴承孔中；转轴212的轴段与轴承214的内孔配合在一起，转轴212的轴段一端通过轴肩、另一端通过卡环与轴承214的内圈形成固定。

优选的，再如图7所示，安装板220设置在转轴212的一端上，转轴212的另一端上设置有平衡锤罩215，平衡锤罩215内设有不影响重力平衡锤242活动的罩腔216；旋转传感器241设置在平衡锤罩215上，其旋转轴和重力平衡锤242处于罩腔216中。平衡锤罩215不仅可以方便安装旋转传感器241，而且利于保护重力平衡锤242，防止因外部风力、飞沙等因素影响重力平衡锤242，确保其始终保持在铅直状态。另外，设置在平衡锤罩215上的旋转传感器241可随转轴212和测速雷达130一起转动，测速雷达130回正后重力平衡锤242与旋转传感器241回到初始的相对位置；此种结构下本领域技术人员可通过以下控制方式控制电机230工作以实现角度补偿，具体是：旋转传感器241检测到偏斜信号并传输给控制器，控制器接收到偏斜信号后控制电机230驱使安装板220带动测速雷达130朝偏斜的反方向转动相应角度，当旋转传感器241检测到测速雷达130无偏斜时，控制器控制电机230停止工作，如此即可实现测速雷达130的回正；这种控制方式及所涉及的计算机程序，也属于本领域技术人员掌握的常规技术。

由于主索110受地心引力作用呈现向下的抛物线形状，行车120沿主索110运行过程中其姿态是呈线性变化，行车120上测速雷达130偏斜的角度变化也是呈线性的，因此采用将旋转传感器241设置为能够与测速雷达130随动的结构，利于采用上述的角度补偿控制方式进行电机230控制，不仅可以精确检测测速雷达130的偏斜程度，快速控制电机230进行驱动补偿，而且方便控制，利于在行车120沿主索110行进过程中，始终确保测速雷达130的雷达波中心线基本正对河流的相同起点距的水面点，且雷达波投射在河流水面上的椭圆投影的长轴方向与河流的流向基本一致，提高了测速的可靠性和准确性，进一步使计算出的河道流量更接近真实值。

重力平衡锤242的结构可以为多种，优选如图8所示，重力平衡锤242呈扇形结构。该结构的重力平衡锤242结构简单、制作方便，保持铅直状态时很稳定，利于保证旋转传感器241精确检测测速雷达130的偏斜程度。

结合图1、图5、图6和图7所示，本实用新型还提供了一种水文缆道，其包括两个分别设置在河道两岸的塔架140，架设在两个塔架140之间的主索110，以及设置在主索110上并能够沿主索110运动的行车120；行车120上设置有测速雷达130；测速雷达130通过上述的缆道测速雷达用安装机构设置在行车120上。

利用该水文缆道进行高水测流过程中，测速雷达130的雷达波中心线能够始终保持基本正对河流的相同起点距的水面点，且雷达波投射在河流水面上的椭圆投影的长轴方向能够始终保持与河流的流向基本一致，确保了测速的可靠性和准确性，计算出的河道流量非常接近真实值。

Claims (10)

1.缆道测速雷达用安装机构，其特征在于：包括基座(210)、安装板(220)、电机(230)和控制系统；

基座(210)上设置有用于与行车(120)连接的行车连接部；

安装板(220)可转动地设置在基座(210)上，其上设置有用于与测速雷达(130)连接的雷达连接部；

电机(230)设置在基座(210)上，其输出端通过传动机构与安装板(220)传动连接；

控制系统包括控制器和旋转传感器(241)；旋转传感器(241)设置在基座(210)上，其旋转轴上设置有重力平衡锤(242)；

电机(230)和旋转传感器(241)分别与控制器通讯连接。

2.根据权利要求1所述的缆道测速雷达用安装机构，其特征在于：行车连接部包括行车连接孔(211)，行车连接孔(211)中设置有用于与行车(120)连接的螺栓；

雷达连接部包括三个以上呈中心对称分布的雷达连接孔(221)。

3.根据权利要求1所述的缆道测速雷达用安装机构，其特征在于：传动机构包括设置在安装板(220)上的减速齿轮(222)，以及设置在电机(230)输出端上并与减速齿轮(222)相啮合的驱动齿轮(231)。

4.根据权利要求3所述的缆道测速雷达用安装机构，其特征在于：电机(230)为伺服电机。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的缆道测速雷达用安装机构，其特征在于：安装板(220)通过转轴(212)可转动地设置在基座(210)上。

6.根据权利要求5所述的缆道测速雷达用安装机构，其特征在于：基座(210)上设置有轴套(213)，转轴(212)通过轴承(214)可转动地设置在轴套(213)中。

7.根据权利要求6所述的缆道测速雷达用安装机构，其特征在于：安装板(220)设置在转轴(212)的一端上，转轴(212)的另一端上设置有平衡锤罩(215)，平衡锤罩(215)内设有不影响重力平衡锤(242)活动的罩腔(216)；旋转传感器(241)设置在平衡锤罩(215)上，其旋转轴和重力平衡锤(242)处于罩腔(216)中。

8.根据权利要求7所述的缆道测速雷达用安装机构，其特征在于：旋转传感器(241)为旋转编码器。

9.根据权利要求7所述的缆道测速雷达用安装机构，其特征在于：重力平衡锤(242)呈扇形结构。

10.水文缆道，包括两个分别设置在河道两岸的塔架(140)，架设在两个塔架(140)之间的主索(110)，以及设置在主索(110)上并能够沿主索(110)运动的行车(120)；行车(120)上设置有测速雷达(130)；其特征在于：测速雷达(130)通过权利要求1至9中任意一项所述的缆道测速雷达用安装机构设置在行车(120)上。

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