一种流速流量监测系统的制作方法

1.本实用新型涉及河流流域测量领域，具体涉及一种流速流量监测系统。


背景技术：

2.流域的水情变化主要表现为水位的升降、流速的快慢、流量的增减、泥沙的多少以及河水的水温和冰情变化等，其变化规律对航道安全具有重要意义，各种水情的变化都有可能影响到航行的安全。因此，很有必要对航道流域的流速流量进行监测，以此保证实时观察流域的水情变化。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种流速流量监测系统，以达到实时监测航道上的流速流量，并以此保证航行安全的目的。
4.本实用新型采用的技术方案为：一种流速流量监测系统，包括：用于实时监测预定渠道内的流速流量数据的前端测量装置、用于传输所述前端测量装置测量得到的流速流量数据的通讯装置、及用于接收并存储所述流速流量数据的后台处理装置；所述前端测量装置与所述通讯装置电连接，所述通讯装置与所述后台处理装置电连接。
5.进一步地，所述前端监测装置包括安装在预定渠道内的固定平台、和用于实时监测预定渠道内的流速流量的超声波流量计；所述超声波流量计安装在所述固定平台上；所述超声波流量计与所述通讯装置电连接。
6.进一步地，所述超声波流量计包括装置本体和至少一换能器；所述换能器与所述装置本体连接；在所述装置本体内设置有数据处理模块；所述换能器与所述数据处理模块电连接；所述数据处理模块与所述通讯装置电连接。
7.进一步地，在所述固定平台上设置有机箱；所述超声波流量计安装在所述机箱内。
8.进一步地，所述通讯装置包括机架和遥测终端机；所述遥测终端机安装在机架上；所述遥测终端机包括用于采集所述流速流量数据的采集板卡、及用于将所述流速流量数据输送给后台处理装置的数据传输模块；所述采集板卡与所述数据传输模块电连接；所述采集板卡与所述前端测量装置电连接，所述数据传输模块与所述后台处理装置电连接。
9.进一步地，所述后台处理装置包括：用于接收所述流速流量数据的数据接收模块、用于显示所述流速流量数据的数据显示模块、及用于存储所述流速流量数据的数据存储模块；所述数据显示模块和所述数据存储模块均与所述数据接收模块电连接；所述数据接收模块与所述通讯装置电连接。
10.进一步地，还包括供电装置；所述供电装置包括蓄电池、及用于为蓄电池进行供电的供电组件；所述前端监测装置、通讯装置及后台处理装置均与所述蓄电池通过导线连接；所述供电组件与所述蓄电池通过导线连接。
11.进一步地，所述供电组件包括充电器，所述充电器与所述蓄电池通过导线连接。
12.进一步地，所述供电组件包括支架和太阳能电池板；所述太阳能电池板安装在所
述支架上，所述太阳能电池板与所述蓄电池通过导线连接。
13.本实用新型的有益效果为：本实用新型包括前端测量装置、通讯装置和后台处理装置，通过前端测量装置来实时监测预定渠道内的流速流量，然后通过通讯装置将流速流量数据发送给后台处理装置，通过后台处理装置对流速流量数据进行存储，以此让船舶上的工作人员可以实时查询到各渠道中的流速流量，从而使船舶人员根据水情变化提前采取应对措施，以此保证船舶的航行安全；且通过简单而又经济的监测计量手段，实现远程实时监测的目的，进而实现良好的社会效益和经济效益。
附图说明
14.图1是本实用新型的结构示意图；
15.图2是本实用新型前端测量装置的安装示意图；
16.图3是本实用新型的结构框图。
17.其中，1、前端测量装置；2、通讯装置；3、后台处理装置；4、固定平台；5、供电装置；51、太阳能电池板；52、蓄电池；53、充电器；6、外部服务器；7、电脑端；8、手机端。
具体实施方式
18.下面结合附图实施例对本实用新型进一步说明。
19.如图1、图2、图3所示，本实用新型提供了一种流速流量监测系统，包括：前端测量装置1、通讯装置2及后台处理装置3；所述前端测量装置1与所述通讯装置2电连接，所述通讯装置2与所述后台处理装置3电连接；其中，前端测量装置1安装在需要监测流速流量的渠道中，以此实时监测预定渠道内的流速流量，而通讯装置2用于采集前端测量装置1中的流速流量数据，然后将流速流量数据发送给后台处理装置3，而后台处理装置3可将流速流量数据展示出来，并将流速流量数据进行存储，以此让用户可通过手机端或电脑端实时查询到相应的流速流量数据。
20.进一步地，所述前端监测装置包括安固定平台4和用于实时监测流速流量的超声波流量计；其中，固定平台4安装在预定渠道内，在所述固定平台4上设置有机箱，然后将超声波流量计安装在机箱内部，以此让超声波流量计进行定点垂线流速分层测量；此外，超声波流量计的安装可以根据环境进行适应性的调整，即可根据渠道地势的变化、渠道水位的高低、或者渠道周围气候的差别等因素来进行适应性的改变，从而保证超声波流量计处于最佳的测量位置，并以此保证测量质量。
21.进一步地，所述超声波流量计包括装置本体和至少一换能器；所述换能器与所述装置本体连接；在所述装置本体内设置有数据处理模块；所述换能器与所述数据处理模块电连接；所述数据处理模块与所述通讯装置2电连接。
22.具体来说，本申请中的超声波流量计采用多普勒超声波流量计，通过测定流体中运动粒子散射声波的多普勒频移，即可得到流体的速度，结合内置压力式水位计，利用速度面积法，即可测量液体的流量。
23.其中，本申请中设置有四个换能器，每个换能器既是发射器又是接收器，换能器发射某一固定频率的声波，然后接收被水体中颗粒物反射回来的声波。假定颗粒物的运动速度与水体流速相同，当颗粒物的运动方向是朝向换能器时，换能器接收到的回波频率比发
射频率高；当颗粒物的运动方向是背离换能器时，换能器接收到的回波频率比发射频率低。这种颗粒物的运动引起频率的改变称为声学多普勒频移。
24.公式表示如下:fd＝2f(v/c)
25.式中fd为声学多普勒频移；f为发射波频率；v为颗粒物沿声束方向的移动速度，也是渠道水域对应的流速；c为声波在水中的传播速度。
26.在现有技术中，多普勒超声波流量计的安装方式分为两种，一种是安装在固定平台4上(如河底或固定平台4)，进行定点垂线流速分层测量，另一种是安装在移动平台上(如调查船上)，进行走航流速剖面测量。本申请中采用固定平台4方式安装，即本申请的声波发现与颗粒物没有夹角，颗粒物沿声束方向的移动速度即为流速。
27.多普勒超声波流量计的换能器安装于具有固定断面的渠道或管道顺直段下游，顺直段长度最好是水力半径的15
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20倍(顺直段越长测量精度越高)，且这一距离范围内不得有过流阻挡物(如水闸、堰等)，以保证换能器探头前端水流流态的均匀稳定；其中，多普勒超声波流量计安装时需要将换能器安装在渠道或管道底部。对于有淤积的应用场合可以将设备用支架抬高，预留一部分淤积高度，防止设备淤积导致测量偏差。
28.在对河流断面流速进行实时监测时，需要同时采集水温、水位等水文信息。且对水质、测流断面均有一定的要求。
29.如：当水中漂浮物过多而又使用多普勒超声波流量计时，杂草或塑料袋等有可能覆盖在换能器上而使之工作失效，这时需在仪器工作不正常时及时清除换能器上的覆盖物。条件允许时可在上游设置拦污栅，但拦污栅距仪器距离不小于5倍水力半径，以免水草等淤积于拦污栅前会造成流态不稳，这时拦污栅前的杂物需定期清除。
30.当水质达到二级饮用水时，选择有气泡处(如跌水或闸门下游一定距离处)进行测量。当有气泡处的流态不稳定不符合测流流态要求且不能采取有效的辅助稳流措施(如设置整流栅或稳流盖板)时，这时只能选择流态平稳段进行测量，并采用如下特殊手段：
31.(1)测流断面上游要求有10倍渠道宽度的顺直段，下游有5倍渠道宽度的顺直段，且断面形状规则稳定，以保证安装位置的水流流态均匀稳定。
32.(2)如果安装位置流态较差或顺直段较短，一种办法是在上游设置整流栅或稳流盖板)来稳定流态，此时应注意当水中杂草过多时会堵塞整流栅而起到相反的作用，解决的办法是在杂草堵塞整流栅时及时清除或在上游增设拦污栅。
33.在进行断面流量测验过程中，实际测验的区域为断面的中层区域，这个区域称为实测区；左右岸边和实测断面的上层和底层四个边缘区域内多普勒超声波流量计不能提供测验数据或有效测验数据，统称为非实测区。
34.而在流量进行计算时，需要根据实时采集的流速、水位及渠道水域的截面积数据来计算断面流量。其中，计算流量时，需要根据对应类型的渠道输入对应的数据，比如：
35.方形管道：需要输入渠道边长。
36.矩形管道：需要输入渠道的宽度和高度。
37.梯形管道：需要输入渠道的上底边长度、下底边长度、梯形渠道的高度。
38.圆形管道：需要输入直径。
39.椭圆形管道：需要输入长半径和短半径。
40.河道：需要输入河道总宽度，河道底宽，河道中心高，传感器个数。这样，根据上面
计算得到的流速、再结合水位及渠道水域的截面积数据，便可得到渠道水域对应的流量。
41.进一步地，所述通讯装置2包括机架和遥测终端机；所述遥测终端机安装在机架上；所述遥测终端机包括用于采集流速流量数据的采集板卡、及用于将流速流量数据输送给后台处理装置3的数据传输模块；所述采集板卡与所述数据传输模块电连接。其中，所述采集板卡用于采集前端监测装置中的流速流量数据，每采集完一次则保存一条数据记录，并将数据输送至数据输送模块上，采集板卡正常上传数据后，数据输送模块需返回含有时间戳的应答帧，以同步采集板卡内的时钟，若，数据输送模块无应答，采集板卡自动重发一次。采集板卡上传数据失败，则自动重连一次数据输送模块。若，数据输送模块下发的应答帧中含有采集板卡参数上传请求，则采集板卡应答并上传采集板卡系统参数内容。断网时自带存储可以保存记录，网络恢复时重新上传；接着，数据输送模块将流速流量数据输送到后台处理装置3中。
42.进一步地，所述后台处理装置3可以是可算计设备，其包括数据接收模块、数据显示模块及数据存储模块；所述数据显示模块与所述数据存储模块均与所述数据接收模块电连接；所述数据接收模块与所述通讯装置2电连接。
43.具体来说，数据接收模块用于接收流速流量数据，然后将流速流量数据发送给数据显示模块和数据存储模块，其中，数据显示模块可以为显示屏，以此将流速流量数据展示出来，而数据存储模块可以将流速流量存储在云端中，以此让用户可以通过外部服务器6、电脑端7或微信端8浏览各个站点的数据信息，如：有外网ip的用户，可直接进入到后台服务器中查询流速流量数据，或用户可使用花生壳或双dtu对传查询流速流量数据、或让用户直接使用德希云平台或微信查看数据。
44.进一步地，本申请还包括供电装置5；所述供电装置5包括用于为前端监测装置、通讯装置2及后台处理装置3进行供电蓄电池52及供电组件；所述供电组件与所述蓄电池52通过导线连接；所述供电单元用于对所述蓄电池52进行供电，而蓄电池52用于对各部件进行供电。
45.在一个实施例中，所述供电组件包括充电器53，所述充电器53与所述蓄电池52通过导线连接。
46.在另一个实施例中，所述供电组件包括支架和太阳能电池板51；所述太阳能电池板51安装在所述支架上，所述太阳能电池板51与所述蓄电池52通过导线连接。
47.本申请为对蓄电池52提供两种供电模块，以此保证蓄电池52的充电，从而保证各部件的正常使用。
48.本实用新型包括前端测量装置1、通讯装置2和后台处理装置3，通过前端测量装置1来实时监测预定渠道内的流速流量，然后通过通讯装置2将流速流量数据发送给后台处理装置3，通过后台处理装置3对流速流量数据进行存储，以此让船舶上的工作人员可以实时查询到各渠道中的流速流量，从而使船舶人员根据水情变化提前采取应对措施，以此保证船舶的航行安全；且通过简单而又经济的监测计量手段，实现远程实时监测的目的，进而实现良好的社会效益和经济效益。
49.以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本实用新型的各种改动或变型不脱离本实用新型的精神和范围，且属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本
实用新型也意图包含这些改动和变型。