一种扇形运动式明渠测流装置的制作方法

1.本实用新型属于物联网监测技术领域，具体涉及一种用于精确测量明渠流量的装置。


背景技术：

2.随着社会发展、技术进步，信息化、自动化技术在各领域得到广泛应用，农业灌溉计量越来越受重视，现有计量方法有管道计量、巴歇尔槽、手持转子流量计等，由于农渠分布分散、规格多、现场没有市电等问题，导致现有计量方式在精度、便利和成本等方面存在明显不足，具体如下：
3.一、成本高；巴歇尔槽是现有农田斗渠计量的重要方法，但该方法建设成本高，只能用在主区，无法分户计量，建设时间长、成本高，有水头损失，同时，分户计量的频率低，大面积巴歇尔槽建设会造成极大浪费，远不足以用出售的水费弥补。
4.二、测流环境差：电磁流量计是被普遍使用的成熟测流装置，适用于管道上水质较好、水流平稳的场所，然而，由于农渠的水流大多是在露天的u型槽输送，往往水质浑浊，有杂草等杂物，无法用管道的形式安装管段式流量计。
5.三、信息化水平低：与上述两种测量方法相比，由于便携、单点测量精度高等优点，手持式转子流量计得到广泛使用，但也存在明显不足，通常采用3点法，分别对u型槽中线3个深度点进行测速，近似代表整个渠道的整体流速，在实际测量时，点的选择全凭操作员个人经验，测量时抖动会造成扰动误差，同时，测量结果只能在手持设备上显示，不利于保存共享。


技术实现要素：

6.为解决现有技术存在的技术问题，本实用新型提供了一种测量明渠流量的装置，该测量装置通过互联网接收云平台预置、实时命令，利用扇形运动轨迹的方式，测量u型渠道各点流速，将流速与分块面积计算后，得出渠道瞬时流量，将采集与反馈数据处理并提交至云平台。
7.为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种扇形运动式明渠测流装置，包括多个测流设备，多个测流设备与传输网络进行双向信号传输，传输网络与云平台进行双向信号传输，多个测流设备测得的流量数据上传至云平台进行处理，云平台与多个手机客户端进行双向信号传输，用户通过手机操作，云平台转发控制命令，经过传输网络后，流量设备接收控制命令，设备将测量结果在通过传输网络反向上传至云平台进行存储，用户通过手机查看测量结果或查询历史测量记录。
8.测流设备包括横轴和纵轴，横轴的两端均布置有支座，两个支座分置明渠的两侧，横轴的长度方向上设有横向轨道，纵轴通过第一驱动装置安装在横轴上，在第一驱动装置的作用下，纵轴可沿横向轨道移动，在第一驱动装置的作用下，纵轴可上下移动，纵轴的底部装有第二驱动装置，第二驱动装置上装有摆轴，摆轴的底部装有传感器。
9.在使用时，将横轴的两个支座跨在明渠的两侧，在测量明渠底部半圆形区域的流量时，在第一驱动装置的作用下，将纵轴固定在横轴的中部，在第二驱动装置的作用下，摆轴绕摆轴与纵轴的铰接点做弧形摆动，实现摆轴从一侧摆动到另一侧，传感器对底部圆弧形区域进行流量检测；测量完最底部的弧形区域流量后，在第一驱动装置的作用下，纵轴向上运动至下一测量区域并固定，在第二驱动装置的作用下，摆轴绕摆轴与纵轴的铰接点做弧形摆动，摆轴从一侧摆动到另一侧，传感器对下一圆弧形区域进行流量检测；重复上述动作，实现底部圆形区域的流量检测。
10.圆形区域的流量检测完成后，在第一驱动装置的驱动下，传感器置于明渠的梯形区域内，纵轴从横轴的一侧移动到横轴的另一侧，传感器对梯形区域的底部进行流量检测；测量完最底部的条形区域流量后，在第一驱动装置的驱动下，纵轴继续上升，传感器继续上升至下一测量区域，纵轴从横轴的一侧移动到横轴的另一侧，传感器对下一条形区域进行流量检测；重复上述动作，实现梯形区域的流量检测。
11.将明渠分割为圆形区域和梯形区域，通过上下部分分别运动测流，得出每个分区中心点的流速值，再按照面积乘以流速并累加，得出整个水流断面的瞬时流量，可大大提高测量精度。
12.第一驱动装置和第二驱动装置通过可充电电池驱动，操作便捷。
13.本实用新型与现有技术相比，具体有益效果体现在：
14.一、本测流装置采用便携式设计，无需像巴歇尔槽一样大面积建设，节省了大量费用，单台设备一人携带至现场，模块化快速组装，几分钟内就能完成测量，随后便可到下一测量点，节省了人力成本。可调宽度的机械支脚设计，能满足现在所有支斗渠宽度要求，渠道适应性强。
15.二、本测流装置可直接将设备架设在渠槽上方，测量时，只有流量探测杆伸入水中，设备对水流几乎不产生影响，无水头损失，也无需像管段流量计必须的上下游直管段条件，本装置可放置在渠道上下游任何位置，对水流平稳度无要求。
16.三、本测流装置将u型槽分隔为圆形部分和梯形部分，分别进行逐点流速测量的方法，避免了其他设备取近似点的弊端，本装置经过逐点测量累加积分后，流速精确度得到极大提高。
17.四、本测流装置使用液晶显示控制屏，在现场可实现设备的控制和测量结果的显示查看，直观方便，避免了原设备人工机械读数的缺点。
18.五、本测流装置以4g的通信方式与云平台通信，用户可使用手机客户端对设备进行操作，测量结果自动保存到云平台，方便统计查询，避免了原设备数据孤岛问题。
附图说明
19.图1为本实用新型的控制原理图。
20.图2为测量设备的控制原理图。
21.图3为本实用新型的测量状态图。
22.图4为明渠水流断面分割测量示意图。
23.图5为明渠水流断面各分区中心点示意图。
24.图6为摆轴测流运动轨迹图。
25.图中，1为测流设备，2为横轴，3为纵轴，4为支座，5为第一驱动装置，6为摆轴，7为第二驱动装置，8为传感器。
具体实施方式
26.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
27.如图1所示，一种扇形运动式明渠测流装置，包括多个测流设备1，多个测流设备1与传输网络进行双向信号传输，传输网络与云平台进行双向信号传输，多个测流设备1测得的流量数据上传至云平台进行处理，云平台与多个手机客户端进行双向信号传输，用户通过手机操作，云平台转发控制命令，经过传输网络后，流量设备接收控制命令，设备将测量结果再通过传输网络反向上传至云平台进行存储，用户通过手机查看测量结果或查询历史测量记录。
28.如图2所示，测流设备1主要有机械部分、可充电电池、硬件控制电路、传感器采集部分、运动控制驱动部分、软件操作系统和应用软件系统组成，测流设备1采用am3358 arm cortex-a8 微处理器，主频1g，ram512m，falsh 4g，操作系统采用3.8内核的debian linux系统；高达1g的系统时钟，512m的ram满足常用视频处理能力，linux多线程特点满足众多采集和控制任务同时运行，线程间管道、信号量、互斥锁等通信方式满足各线程任务间协调运行。
29.如图3所示，测流设备1包括横轴2和纵轴3，横轴2的两端均布置有支座4，两个支座4分置明渠的两侧，横轴2的长度方向上设有横向轨道，纵轴3通过第一驱动装置5安装在横轴2上，在第一驱动装置5的作用下，纵轴3可沿横向轨道移动，在第一驱动装置5的作用下，纵轴3可上下移动，纵轴3的底部装有第二驱动装置7，第二驱动装置7上装有摆轴6，摆轴6的底部装有传感器8。
30.在使用时，将横轴2的两个支座4跨在明渠的两侧，在测量明渠底部半圆形区域的流量时，在第一驱动装置5的作用下，将纵轴3固定在横轴2的中部，在第二驱动装置7的作用下，摆轴6绕摆轴6与纵轴3的铰接点做弧形摆动，实现摆轴6从一侧摆动到另一侧，传感器8对圆弧形区域进行流量检测；测量完最底部的弧形区域流量后，在第一驱动装置5的作用下，纵轴3向上运动至下一测量区域并固定，在第二驱动装置7的作用下，摆轴6绕摆轴6与纵轴3的铰接点做弧形摆动，摆轴6从一侧摆动到另一侧，传感器8对下一圆弧形区域进行流量检测；重复上述动作，对底部半圆形区域进行分块测量，分别检测各分块中心点的流速，实现底部圆形区域的流量检测。
31.圆形区域的流量检测完成后，在第一驱动装置5的驱动下，传感器8置于明渠的梯形区域内，纵轴3从横轴2的一侧移动到横轴2的另一侧，传感器8对梯形区域的底部进行流量检测；测量完最底部的条形区域流量后，在第一驱动装置5的驱动下，纵轴3继续上升，传感器8继续上升至下一测量区域，纵轴3从横轴2的一侧移动到横轴2的另一侧，传感器8对下一条形区域进行流量检测；重复上述动作，对梯形区域进行分块测量，分别检测各分块中心点的流速，实现梯形区域的流量检测。
32.如图4所示，将明渠分割为圆形区域和梯形区域，通过上下部分分别运动测流，得
出每个分区中心点的流速值，再按照面积乘以流速并累加，得出整个水流断面的瞬时流量，可大大提高测量精度。
33.如图5所示，测流设备1分别将各分块的中心点作为测量点，以此来代替本分块的平均流速。
34.如图6所示，测流设备1有上下左右移动的测量臂，可驱动纵轴3水平和垂直运动，摆轴6在第二驱动装置7的驱动下摆动，在摆轴6的带动下，传感器8做圆弧运动，传感器8通过上下两部分运动测流，得出每个分区中心点的流速值，再按照面积乘以流速并累加，得出整个水流断面的瞬时流量，精度得到大幅提高。
35.本实用新型使用4g通信模式，实现设备、云平台和手机客户端直接的通信。到目前为止，我国大部分灌溉农田都处于4g信号的覆盖下，为信息化实施提供了基础支撑。后台程序可使测量数据和测量参数安全可靠，方便使用和维护。采用云技术，使大量的运算从测流装置和手机app迁移到云平台统一管理，减轻了两端的开发和维护压力。
36.本实用新型具有hdmi接口的10寸电容式触摸屏，内置控制控制界面，可同过页面实时监测各采集控制端参数，通过动作按钮控制现场设备。便于在无4g网络或网络状况不良情况下使用，方便现场操作。测量客户端包含测量、设备管理、渠槽模型3个主页面，其中，测量页面包括实时测量和历史记录查询，设备管理能进行设备注册、添加、状态显示、参数设置、液位检定和流速检定功能，渠槽模型包含模型的建立、修改和删除，保存模型，用于测量调用。
37.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本实用新型范围内。