[实用新型]河道二维流速测量及获取河道断面的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种河道二维流速测量及获取河道断面的装置。

背景技术

传统的声学多普勒流速剖面测量系统，一般采用岸边固定安装，水平发射声波的方式获取一维的流速剖面数据，此流速数据称之为指标流速。指标流速对整个河道断面平均流速的代表性较差，并且当水位发生变化时，指标流速与断面平均流速的关系将发生根本性变化，必须重新率定二者关系才能保证测流系统的数据可用性，这将导致人力物力的大量消耗，且无法保证所测得流量数据的实时准确有效性。此外，由于洪水、淤积等原因可能造成河床形状的变化，而河床形状变化将直接导致测流系统得出的断面流量数据准确性下降，传统的测流系统无法实时得知断面情况，只有重新对河床进行人工断面扫描才能对断面数据进行修改完善，耗时耗力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种河道二维流速测量及获取河道断面的装置，解决了现有测量系统无法保证测得流量数据的实时准确有效性等问题，实现了使用一台声学多普勒流速剖面仪获取全断面二维多点位流速剖面数据的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种河道二维流速测量及获取河道断面的装置，包括驱动伺服电路和供电辅助模块，驱动伺服电路与水下机械转动设备电连接，水下机械转动设备上设有超声波测距仪和声学多普勒流速剖面仪，声学多普勒流速剖面仪上设有三维姿态仪，驱动伺服电路、超声波测距仪、声学多普勒流速剖面仪和三维姿态仪分别与数据传输采集模块电连接，供电辅助模块提供整个装置电源；由驱动伺服电路控制水下机械转动设备进行垂直二维方向任意角度转动，通过水下机械转动设备驱动声学多普勒流速剖面仪，使得声学多普勒流速剖面仪的一维流速剖面数据扩展为二维扫描流速数据，根据姿态仪获取声学多普勒流速剖面仪当前波束的垂直方向夹角，结合声学多普勒流速剖面分层单元数及分层单元尺寸，综合计算出二维扫描流速数据各点基于测量断面的二维坐标值，实现使用一台声学多普勒流速剖面仪获取全断面二维多点位流速剖面数据的目的，此外，通过机械转动设备驱动超声波测距仪，同步获取测量位置的河床断面曲线；通过三维姿态仪获得声学多普勒流速剖面仪当前垂向夹角值，反馈至驱动伺服电路，与机械转动机构光电脉冲编码器的电机位置和速率信息数值对比运算，通过数字PID控制，实现机械转动机构的精准预设角度运动控制；通过声学多普勒流速剖面仪发射波束的垂向夹角、流速剖面分层单元数以及流速剖面分层单元距离，以及水下机械转动机构安装初始位置，计算出各流速剖面数据的二维坐标值；由驱动伺服电路控制水下机械转动机构进行预设角度及时间间隔的旋转，使得超声波测距仪从安装点位置垂直向下开始向对岸扫描，将各角度所测得的距离数据综合处理后，得到测量点的河床断面数据。

优选为，水下机械转动设备包括高精度直流伺服电机和光电脉冲编码器，两者电连接，水下机械转动设备采用高精度直流伺服电机，配备光电脉冲编码器，进行精准步进控制，实现声学多普勒流速剖面仪及超声波测距仪的精确工作角度微调。

优选为，数据传输采集模块包括高性能数据采集仪和无线传输模块，两者通过RS232通讯接口电连接，通过高性能数据采集仪对上述设备进行控制与数据采集；无线传输模块使用透明传输方式，利用GPRS/GSM/3G等无线网络，使高性能数据采集仪与远程服务器形成双向数据通讯，服务器端可通过远程指令控制本装置运行，同步将各设备运行数据实时传输至远程服务器。

优选为，供电辅助模块包括供电单元、GPS单元、防雷单元，三者并联，供电单元提供整个装置电源；供电单元包含太阳能-风能供电及交流市电接入两种模式，可灵活地满足本装置在不同应用场所的供电需求；GPS单元可为本装置在野外无人监管场合应用时提供防盗及位置提示功能；防雷单元可有效地提高本装置在野外应用时的安全性能。

本实用新型的有益效果是：本河道二维流速测量及获取河道断面的装置利用水下机械转动设备与超声波测距仪和声学多普勒流速剖面仪相结合的设计，使得声学多普勒流速剖面仪的一维流速剖面数据扩展为二维扫描流速数据；根据姿态仪获取声学多普勒流速剖面仪当前波束的垂直方向夹角，结合声学多普勒流速剖面分层单元数及分层单元尺寸，综合计算出二维扫描流速数据各点基于测量断面的二维坐标值，实现使用一台声学多普勒流速剖面仪获取全断面二维多点位流速剖面数据的目的；此外，通过机械转动设备驱动超声波测距仪，同步获取测量位置的河床断面曲线。

附图说明

图1为本实用新型的模块示意图。

具体实施方式