[发明专利]重力式流速传感器及明渠流速流量监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种流体流速测量传感器，特别是涉及一种测量明渠水流流速的传感器以及一种明渠流速流量监测装置。

背景技术

目前，比较普及的流体流速测量方法和设备有：机械法的转杯测速仪，动压法的毕托管，散热率法的热线测速仪和多普勒效应的激光多普勒测速仪。在此基础上改进的各类明渠水流测速设备虽然可以实现水流流速的自动连续监测，但是这些测量方法和设备都有设备结构复杂、安装调试不便、产品维护成本高、价格较为昂贵的不足之处。

发明内容

本发明的目的，是为了克服现有明渠水流流速测量方法和设备的不足之处，而提出了一种根据流体阻力方程，利用三轴加速度传感器间接推求水流流速的方法。根据此方法发明的重力式流速传感器结构简单明了，便于安装。以及在此基础上发明的明渠流速流量监测装置调试便捷、维护成本低、价格低廉。可广泛应用于各类明渠水流的流速流量监测。

本发明为实现目的所采用的技术方案如下。

一种重力式流速传感器，该传感器由重力球、连接线和三轴加速度传感器三部分构成。用抗拉强度大、质量轻、不亲水的连接线，将一定质量的，密度大于水密度的，表面光滑的圆球悬挂于明渠水流之中，在连接线的固定端，联结三轴加速度传感器。在水流中的光滑球体，会在重力、浮力、连接线的拉力和水流对球体的水平推力的共同作用下，动态的受力平衡。根据流体阻力方程可知，当水流流速越大，水流对球体的推力也就越大。水平推力大小决定了拉力的大小和方向，拉力的方向决定了拉力和重力的夹角角度。利用三轴加速度传感器测量拉力与重力的夹角角度，然后根据三角几何关系，即可推求水流对球体的水平推力，该水平推力即流体阻力，再根据流体阻力方程，即可计算出水流的速度。

在恒定流速的水流中，重力球的材质和半径大小决定了球体受到的重力、浮力和水平推力，从而决定了拉力的大小和方向，而拉力的方向又决定了三轴加速度传感器所测量出的角度。因此，在固定流速的水流中，不同材质和不同半径的重力球都会影响重力式流速传感器测量流速的灵敏度。由此可以根据实际需要选取不同材质或者不同半径的重力球，来测量不同的流速范围。

一种明渠流速流量监测装置，该装置包括上述重力式流速传感器、测距传感器、微控制器、GSM/GPRS通信模块和电源。通过对微控制器编程，首先利用上述重力式流速传感器测量水流流速；然后利用测距传感器测量水深，结合明渠断面尺寸换算过水断面，计算明渠水流流量；最后利用GSM/GPRS通信模块上传流速流量监测数据，由此实现远程自动监测；还可以利用电话或者短信做出操作指令，实现对微控制器中数据处理程序的基本参数的远程校对和修改。

本发明提出的重力式流速传感器的三个组成部分成本低廉，可以直接购买组装，零件更换容易，设备维护成本低，保证率高。可适应泥沙水、生活污水、工业废水等各类恶劣水质环境。根据悬挂不同材质或者不同半径的光滑球体，可以测量不同的流速范围。本发明提出的明渠流速流量监测装置可以动态的采集、处理、查看明渠流速流量的监测数据，还可以通过电话或者短信交互式地调整或修改设备中的关键参数，来适应各种不同监测环境，以满足排涝防洪渠、灌溉引水渠、水库溢洪道、挡潮排涝闸站等各种水工建筑物的监测需要。本发明提出的重力式流速传感器和明渠流速流量监测装置可以为水利设施的运行管理或者防汛抗旱指挥调度提供有效的参考数据。

附图说明

图1是重力式流速传感器的结构和力学原理图。

图2是明渠流速流量监测装置的安装使用示意图。

图3是明渠流速流量监测装置的构造概要图。

图4是流速及流量数据处理程序的流程图。

附图标记说明： 1、重力球，1-1、重力，1-2、拉力，1-3、浮力，1-4、水平推力，1-5、夹角，2、连接线，3、三轴加速度传感器，4、明渠流速流量监测装置，4-1、重力式流速传感器，4-2、测距传感器，4-3、微控制器，4-4、GSM/GPRS通信模块，5、水面线，6、渠墙，7、交通桥，8、渠底板，9、水流流向，10、电源。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明内容进行详细说明。