CN219224832U - 明渠多普勒超声波流速仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种应用于农田灌溉的明渠水流量的明渠多普勒超声波流速仪，含有上壳体、下壳体、主控PCB电路板、超声波换能器、液位检测传感器，采用超声波多普勒测量技术测量明渠内的流速，明渠多普勒超声波流速仪作为多普勒流量计监测系统的组成部分，可同时测量流速、水位和水温，通过RS‑485总线将测量的流速数据传输至云平台。

Description

明渠多普勒超声波流速仪

技术领域

本实用新型涉及智慧农田灌溉领域，具体地说是一种应用于农田灌溉的明渠多普勒超声波流速仪。

背景技术

农田水利的大力兴建是我国农业发展的重要举措，也是未来农业得以长足发展的重要保证。水利工程建设离不开灌溉，特别是正确掌握灌溉系统中测流量的方法至关重要，“灌区量水”是节约灌溉用水、提高灌溉质量和灌溉效率的有力措施，是实行计划用水和准确引水、输水和配水的重要手段。灌区量水虽然不是直接的节水措施，但它是灌区农业用水合理分配、采取高效节水措施的前提性工作，农业灌区量水工作的全面推广势在必行。

自然流动的自由水面状态下测量流体的流量，称作明渠流量检测，由于明渠流量较大或较小，流体中往往会有一定的腐蚀性或夹带一些杂质，使用一般的管道流量计检测流量是很困难的。城市供水、农业灌溉用水、明渠流量检测尤其是超声波非接触式明渠流量仪为首选的流量检测仪器。

众所周知，超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。另外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。

发明内容

本实用新型提供一种应用于农田灌溉的明渠水流量的明渠多普勒超声波流速仪，采用超声波多普勒测量技术测量明渠内的流速，明渠多普勒超声波流速仪作为多普勒流量计监测系统的组成部分，可同时测量流速、水位和水温，通过RS-485总线将测量的流速数据传输给RTU，RTU根据断面面积参数计算出断面流量数据，并通过GPRS网络将数据传输至云平台。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下所述：

明渠多普勒超声波流速仪，含有上壳体、下壳体、主控PCB电路板、超声波换能器、液位检测传感器，其特征是：

所述上壳体设有两个换能器安装孔；

所述超声波换能器为一对超声波换能器；

所述超声波换能器安装于上壳体所设的换能器安装孔，并用换能器压板将其固定；

所述的主控PCB电路板设于上壳体内部；

所述液位检测传感器安装于下壳体内部，并用压板将其固定，压力传感器与主控PCB电路采用导线连接；

所述明渠多普勒超声波流速仪的一端设有接线端子，用于信号线的连接；

所述上壳体与所述下壳体采用螺丝固定连接；

进一步地，所述的主控PCB电路板含有电源电路、微处理器及其外围电路、TTL通讯电路、温度采集及处理电路、液位采集及处理电路、超声波发射电路、超声波接收及处理电路、RS485通讯电路，其特征是：

所述的电源电路向各功能电路及微处理器提供工作电源；

所述的温度采集及处理电路用于采集所测水的温度，采用高精度的低温漂电阻通过分压关系计算获得，送至微处理器I/O口进行温度采集；

所述的液位采集及处理电路用于采集液位数据，采用自带信号处理的液位流量传感器输出直流信号，送至微处理器AD引脚进行液位采集；

所述的超声波发射电路，用于发射超声波信号，由微处理器产生1MHZ信号驱动MOS管和变压器，激发换能器发射超声波信号；

所述的超声波接收及信号电路，用于接受超声波信号，对获得的信号进行放大后送至微处理器进行信号处理；

所述的RS485通讯电路用于与上行设备进行通信，将采集到的温度、液位、流速等数据通信至上行设备；

所述的TTL通讯电路用于调试。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型明渠多普勒超声波流速仪，采用先进的超声波多普勒测量技术测得流速，内置温度传感器、液位传感器测量水温和水位，通过RS-485总线将测量的流速、水温和液位数据传输给RTU，RTU根据断面面积参数计算出断面流量数据，并通过GPRS网络将数据传输至云平台，方便管理部门对灌区明渠水流量的监测。

附图说明

附图1为本实用新型明渠多普勒超声波流速仪结构示意图。

附图2为本实用新型明渠多普勒超声波流速仪原理框图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图说明对本实用新型的技术方案作进一步详细的描述。

如附图1所示：明渠多普勒超声波流速仪，含有上壳体（4）、下壳体（7）、主控PCB电路板（3）、超声波换能器（1）、液位检测传感器（5），

所述上壳体设有两个换能器安装孔，用于安装一对超声波换能器。

所述超声波换能器为一对超声波换能器，一个超声波换能器发射超声波，另一个超声波换能器接收超声波。

所述超声波换能器安装于上壳体所设的换能器安装孔，并用换能器压板（2）将其固定，具体地，为了保证防水性能，超声波换能器套装O型圈后，放置于换能器安装孔，并用换能器压板将其固定。

所述的主控PCB电路板设于上壳体内部，具体地说，主控PCB电路板与上壳体内部采用卡扣及螺丝固定。

所述液位检测传感器安装于下壳体内部，并用压板（8）将其固定，压力传感器与主控PCB电路采用导线连接，具体地，压力传感器经自外由内安装于下壳体内部，并用压板采用螺纹与螺丝双重固定。

所述明渠多普勒超声波流速仪的一端设有接线端子（6），用于信号线的连接。

所述上壳体与所述下壳体采用螺丝固定连接。

如附图2所示，所述的主控PCB电路板含有电源电路、微处理器及其外围电路、TTL通讯电路、温度采集及处理电路、液位采集及处理电路、超声波发射电路、超声波接收及处理电路、RS485通讯电路，

所述的电源电路向各功能电路及微处理器提供工作电源，具体的说，AC或DC9-24伏电压，经过稳压芯片L7808CV稳压至8V直流电压，向换能器提供发射电源，并为后续3.3V、5.0V稳压电源提供电源，5.0V电源向超声波信号接收处理电路和液位采集处理电路提供电源，3.3V电源向微处理器提供工作电源。

所述的温度采集电路用于采集所测水的温度，采用高精度的低温漂电阻通过分压关系计算获得，送至微处理器I/O口进行温度采集，具体地说，微处理器的一个I/O端口作为温度采集及处理电路的控制端，测温时微处理器ADC同时采集NTC-Ad1和NTC-Ad2的电压值，根据公式计算得出NTC电阻的电压值，通过查表获取温度整数值。

所述的液位采集电路用于采集液位数据，采用自带信号处理的液位流量传感器输出直流信号，送至微处理器AD引脚进行液位采集，具体地说，采用自带信号处理液位流量传感器，5V直流电源输入，0.5V-4.5V直流信号输出，传感器量程0-10米，液位精度0.01米，取液位电压的1/2送至微处理器AD引脚进行液位采集。

所述的超声波发射电路，用于发射超声波信号，具体地说，由微处理器产生1MHZ信号驱动MOS管和变压器，激发换能器发射超声波信号。

所述的超声波接收电路，用于接收超声波信号，对获得的信号进行放大后送至微处理器进行信号处理，具体地，接收到的信号先进行4.3倍放大，发射信号通过耦合电容及三极管进行放大后与接收信号进行混频处理，混频后信号经2倍放大后进行检波处理，提取出发射信号与接收信号的差频信号，将获得的差频信号进行2倍放大后送至微处理器进行信号处理。

所述的RS485通讯电路用于与上行设备进行通信，将采集到的温度、液位、流速等数据通信至上行设备，具体地，RS485通讯电路采用经典电路，具体实施方式中不再详细描述。

Claims (2)

1.明渠多普勒超声波流速仪，含有上壳体、下壳体、主控PCB电路板、超声波换能器、液位检测传感器，其特征是：

所述上壳体设有两个换能器安装孔；

所述超声波换能器为一对超声波换能器；

所述超声波换能器安装于上壳体所设的换能器安装孔，并用换能器压板将其固定；

所述的主控PCB电路板设于上壳体内部；

所述液位检测传感器安装于下壳体内部，并用压板将其固定，压力传感器与主控PCB电路采用导线连接；

所述明渠多普勒超声波流速仪的一端设有接线端子，用于信号线的连接；

所述上壳体与所述下壳体采用螺丝固定连接。

2.根据权利要求1所述的明渠多普勒超声波流速仪，其特征是：所述的主控PCB电路板含有电源电路、微处理器及其外围电路、TTL通讯电路、温度采集及处理电路、液位采集及处理电路、超声波发射电路、超声波接收及处理电路、RS485通讯电路，

所述的电源电路向各功能电路及微处理器提供工作电源；

所述的温度采集及处理电路用于采集所测水的温度；

所述的液位采集及处理电路用于采集液位数据，采用自带信号处理的液位流量传感器输出直流信号，送至微处理器AD引脚进行液位采集；

所述的超声波发射电路，用于发射超声波信号，由微处理器产生1MHZ信号驱动MOS管和变压器，激发换能器发射超声波信号；

所述的超声波接收及信号电路，用于接受超声波信号，对获得的信号进行放大后送至微处理器进行信号处理；

所述的RS485通讯电路用于与上行设备进行通信，将采集到的温度、液位、流速等数据通信至上行设备；

所述的TTL通讯电路用于调试。

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