[发明专利]一种基于实时姿态的电磁流速流量测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种基于实时姿态的电磁流速流量测量装置，其特征在于：包括压力传感器（1）、电磁流速仪（2）、姿态传感器（3）、CPU电路（4）、控制开关（5）、LoRa电路（6）、天线（7）、上位机（8）；电磁流速仪（2）输出端、压力传感器（1）输出端和姿态传感器（3）输出端分别与CPU电路（4）输入端相连，CPU电路（4）输出端与控制开关（5）控制端相连，CPU电路（4）通信端与LoRa电路（6）信号输入端相连，控制开关（5）电源输出端与LoRa电路（6）电源输入端相连，LoRa电路（6）信号输出端与天线（7）相接，天线（7）与上位机（8）相通信。

2.根据权利要求1所述的一种基于实时姿态的电磁流速流量测量装置，其特征在于：所述的压力传感器（1）用于采集铅鱼入水前当地气压及入水后实时水压、水温数据；电磁流速仪（2）用于采集实时水流流速数据；姿态传感器（3）用于采集水下铅鱼的实时姿态数据；CPU电路（4）存储压力传感器（1）、电磁流速仪（2）、姿态传感器（3）的检测数据，然后将检测数据封装成数据包通过LoRa电路（6）、天线（7）发送给上位机（8），同时CPU电路（4）还通过控制开关（5）来开启或关闭LoRa电路（6）；上位机（8）接收数据包后，解算出三维姿态角数据和水深数据，并筛选出稳定状态下的流速数据和水深数据，代入流速面积法计算公式中计算得到准确的水流流量数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于实时姿态的电磁流速流量测量装置，其特征在于：所述压力传感器（1）采用低功耗直流供电的数字式压力传感器；所述电磁流速仪（2）采用低功耗直流供电的电磁流速仪；所述姿态传感器（3）采用低功耗直流供电的九轴姿态传感器；所述CPU电路（4）采用微型低功耗CPU；所述控制开关（5）采用带有控制引脚的电压调整器芯片，所述的LoRa电路（6）采用超低功耗的LoRa无线通信芯片。

4.一种基于实时姿态的电磁流速流量测量装置的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

Step1、铅鱼入水前，打开电源开关，压力传感器（1）开始工作，记录当地气压数据并发送到CPU电路（4）的内部存储空间中；

Step2、铅鱼入水后，触发入水开关，压力传感器（1）、电磁流速仪（2）和姿态传感器（3）同时工作；压力传感器（1）采集实时水压、水温数据，电磁流速仪（2）采集实时水流流速数据，姿态传感（3）采集铅鱼的实时姿态数据；将采集到的实时水压、水温、流速和姿态数据存储在CPU电路（4）的内部存储空间中；

Step3、CPU电路（4）打开控制开关（5），控制开关（5）控制的LoRa电路（6）进入工作模式，CPU电路（4）将设定时间段内采集到的实时水压、水温、流速和姿态数据封装成数据包传输给LoRa电路（6）；

Step4、LoRa电路（6）通过天线（7）将数据包实时发送至上位机（8）中；

Step5、上位机（8）接收到数据包后解封装，将数据包内的姿态数据进行解算融合成实时三维姿态角数据，并通过上位机软件三维显示铅鱼姿态，将采集到的气压数据、水压数据和水温数据解算成实时的水深数据；

Step6、上位机（8）通过实时三维姿态角的变化率判断铅鱼姿态是否达到稳定的状态，选取稳定状态下的流速数据和水深数据代入流速面积法计算公式中，计算得到准确的水流流量数据。

5.根据权利要求4所述的一种基于实时姿态的电磁流速流量测量装置的测量方法，其特征在于：所述步骤Step5中，三维姿态角解算融合的具体步骤如下：

Step5.1、上位机（8）对姿态传感器（3）采集的三轴加速度、三轴角速度、三轴磁强数据进行原始数据滤波处理；

Step5.2、上位机（8）将滤波后的三轴加速度、三轴角速度、三轴磁强进行解算融合得到铅鱼的俯仰角、横滚角、航向角，即三维姿态角数据。

6.根据权利要求4所述的一种基于实时姿态的电磁流速流量测量装置的测量方法，其特征在于：所述步骤Step6中，当实时三维姿态角的变化率变化率范围在30°/S内判定为到达稳定状态。