光电式无线旋桨流速仪的制作方法

本实用新型涉及旋桨流速仪技术领域，特别涉及一种光电式无线旋桨流速仪。

背景技术：

旋桨流速仪是水工物理模型流速测量常用设备，在国内已有几十年的应用与发展历史。旋桨流速仪虽然应用了几十年，但技术更迭缓慢，现有旋桨流速仪仍是有线信号传输，这种方式存在如下问题：

1)线缆在拖拽、搬移过程中极易损坏，出现如短路、断路、短接、进水等问题，仪器检修频繁、维修困难；

2)线缆有限长度限制了流速测量范围，现代水工物理模型试验的规模越来越大、流速测点越来越多，而线缆有限长度使得只能在有限范围内进行测量，在测量下一个区域的流速时，需要搬动所有设备，极大的降低了实验效率；

3)现有的光电微型旋桨流速传感器的反光面为旋桨翼面，需使翼片厚度较大才能保证足够的反射强度，且在使用中反光面容易划伤，造成测量结果误判。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种光电式无线旋桨流速仪，以解决现有的旋桨流速仪采用有线传输方式所导致的各类问题。

本实用新型的光电式无线旋桨流速仪，包括：无线信号接收器和光电式无线旋桨流速传感器；其中，无线信号接收器用于接收光电式无线旋桨流速传感器采集的无线流速信号；光电式无线旋桨流速传感器包括旋桨支撑架、导流锥、微型旋桨、宝石螺钉、二极管安装壳体、与二极管安装壳体连通的空心管、与空心管连通的仪表壳体；其中，导流锥螺纹连接在旋桨支撑架的前端，宝石螺钉螺纹连接在旋桨支撑架的前后两端，微型旋桨的两端固接有旋转动轴，旋转动轴顶在宝石螺钉的凹面处；二极管安装壳体安装在旋桨支撑架的后端，在二极管安装壳体内设置有红外发光二极管和光敏二极管，红外发光二极管和光敏二极管正对微型旋桨的后端面；空心管安装在所述旋桨支撑架上，仪表壳体安装在空心管上，在仪表壳体内设置有模拟前端、微控制器和无线传输模块；模拟前端包括滤波器、比较器和LED驱动电路，滤波器的输入端通过导线与光敏二极管连接，滤波器的输出端与所述比较器的输入端连接，比较器的输出端与微控制器连接，微控制器分别与LED驱动电路的输入端、无线传输模块连接，无线传输模块与无线信号接收器无线通信，无线传输模块的天线设置在仪表壳体的壳体外，LED驱动电路的输入端还通过导线与红外发光二极管连接。

进一步的，在微型旋桨的端面电镀或粘贴有反光膜。

进一步的，在宝石螺钉的端面上且与转动轴接触的位置向内凹陷有凹穴，转动轴的自由端为尖部，该尖部顶在凹穴内。

进一步的，在仪表壳体内还设置为模拟前端、微控制器、无线传输模块供电的电池，该电池为5号电池或锂电池。

进一步的，电池无线传输模块为ZIGBEE模块或LORA模块。

本实用新型的有益效果为：

1、基于ZIGBEE模块或LORA模块的无线传感网络覆盖范围可达1km以上，无线信号接收器可以不用移动位置，即可接收整个试验场地的流速数据，完全满足现代水工物理模型对测量范围的要求；

2、基于ZIGBEE模块或LORA模块的无线通信技术功耗极低，可采用电池供电，该方式彻底摆脱了各种线缆，大大提高了传感器的易用性和可靠性；

3、基于ZIGBEE模块或LORA模块的无线传感网络节点容量高达数百，相比于传统16通道的旋桨流速仪，本实用新型可以大幅度地提高实验效率；

4、将微型旋桨的反射面由翼面调整至后端面，可有效提高反射效率，大大降低旋桨翼片的厚度，降低旋桨的启动流速，且更有利于保护反光面，实测表明，即使在煤粉含量极高的水体里面，反射光信号衰减也极小，可适应水工物理模型各种应用环境。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为根据本实用新型实施例的光电式无线旋桨流速传感器的机械部分的结构示意图；

图2为根据本实用新型实施例的光电式无线旋桨流速传感器的电路部分的逻辑结构示意图。

其中的附图标记包括：旋桨支撑架1、导流锥2、微型旋桨3、后端面3-1、宝石螺钉4、转动轴5、二极管安装壳体6、空心管7、仪表壳体8、光敏二极管9，红外发光二极管10、模拟前端11、微控制器12、无线传输模块13、天线13-1、滤波器14、比较器15、LED驱动电路16、电池17。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述。

本实用新型实施例提供的光电式无线旋桨流速仪，包括无线信号接收器和光电式无线旋桨流速传感器，无线信号接收器用于接收光电式无线旋桨流速传感器采集的无线流速信号，并通过USB或串口将流速信号发送至上位机进行处理。无线信号接收器为市面上现有的无线信号接收器，故在本实用新型中不在赘述，本实用新型的重点在于光电式无线旋桨流速传感器。

光电式无线旋桨流速传感器分为机械和电路两大部分，下面结合附图分别对光电式无线旋桨流速传感器的机械部分和电路部分进行详细的说明。

图1示出了根据本实用新型实施例的光电式无线旋桨流速传感器的机械部分的结构。

如图1所示，光电式无线旋桨流速传感器的机械部分包括旋桨支撑架1、导流锥2、微型旋桨3、宝石螺钉4、转动轴5、二极管安装壳体6、空心管7、仪表壳体8；其中，导流锥2螺纹连接在旋桨支撑架1的前端，导流锥2可有效减小机械结构对水流流态的影响；宝石螺钉4分别螺纹连接在旋桨支撑架1的前后两端，宝石螺钉4的一部分露出在旋桨支撑架1外，在宝石螺钉4的端面上向内凹陷有凹穴；转动轴5固接在微型旋桨3的两端，微型旋桨3通过转动轴5实现转动，转动轴5的自由端为尖部，转动轴5自由端的尖部顶在宝石螺钉4的凹穴内，采用宝石螺钉4是为了减小摩擦阻力，使微型旋桨3转动的更顺滑，宝石螺钉4的端面设置的凹穴及转动轴5的尖部也是为了减小摩擦阻力，使微型旋桨3转动的更顺滑；二极管安装壳体6安装在旋桨支撑架1的后端，在二极管安装壳体6内安装有光敏二极管9和红外发光二极管10，光敏二极管9和红外发光二极管10正对微型旋桨3的后端面3-1，该后端面3-1作为微型旋桨3的反光面，在该后端面3-1上电镀或粘贴有反光膜，以便提高反射率，红外发光二极管10发出的红外光经过后端面3-1的反射被光敏二极管9接收；空心管7安装在二极管安装壳体6上，空心管7与二极管安装壳体6连通，仪表壳体8安装在空心管7上，仪表壳体8与空心管7，光电式无线旋桨流速传感器的电路部分设置在仪表壳体8内，空心管7用于走线，将光敏二极管9和红外发光二极管10与光电式无线旋桨流速传感器的电路部分连接。

空心管7较长是为了防止光电式无线旋桨流速传感器的电路部分进水，在使用本实用新型时，将光电式无线旋桨流速传感器的机械部分浸入水中。

图2示出了根据本实用新型实施例的光电式无线旋桨流速传感器的电路部分的逻辑结构。

如图2所示，光电式无线旋桨流速传感器的电路部分包括模拟前端11、微控制器12、无线传输模块13和电池17；模拟前端11用于将光敏二极管9接收到的反射光信号经滤波、比较后，整形成脉冲信号传送至微控制器12，具体地，模拟前端11包括滤波器14、比较器15和LED驱动电路16，滤波器14的输入端通过导线与光敏二极管9连接，滤波器14的输出端与比较器14的输入端连接，比较器15的输出端与微控制器12连接；微控制器12利用内置的计时器计算两个脉冲之间的时间差，取倒数后得到微型旋桨3的当前转速，并输入无线传输模块13，无线传输模块13用于将旋桨转速数据调制后上传至无线信号接收器；具体地，微控制器12分别与LED驱动电路16的输入端、无线传输模块13连接，无线传输模块13与无线信号接收器无线通信，无线传输模块13用于向无线信号接收器发送旋桨转速数据，无线信号接收器用于接收无线传输模块13发送的旋桨转速数据，无线传输模块13的天线13-1设置在仪表壳体8的壳体外。LED驱动电路16的输入端连接还通过导线与红外发光二极管10连接，微控制器12通过控制LED驱动电路16驱动红外二极管10发射探测红外光；电池17用于向模拟前端11、微控制器12、电池无线传输模块13供电，电池17为5号电池或锂电池。

滤波器14、比较器15、微控制器12、LED驱动电路16均为现有技术，故在本实用新型中不再赘述。

无线传输模块13可以为ZIGBEE模块或LORA模块，ZIGBEE模块或LORA模块也为也为现有技术。

本实用新型测量流速的步骤如下：

1)将光电式无线旋桨流速传感器的微型旋桨置于水下，微型旋桨3的叶片随水流转动；

2)微控制器12控制LED驱动电路16，驱动红外二极管10发射探测红外光；

3)当微型旋桨3的端面3-1转动至与红外二极管10正对时，红外光在端面3-1上发生反射，并被光敏二极管9接收；

4)光敏二极管9接收的反射光信号经模拟前端7的滤波、比较后，整形成脉冲信号，输入至微控制器12；

5)微控制器12利用内置的计时器计算两个脉冲之间的时间差，取倒数后得到微型旋桨3的当前转速，并输入至无线传输模块13；

6)无线传输模块13将微型旋桨的转速数据调制后，上传至无线传输网络；

7)无线信号接收器从无线传输网络中接收各个光电式无线旋桨流速传感器传来的转速数据，并发送到上位机，通过上位机对转速数据进行解码、处理和显示，完成一次测量过程。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。