流速计的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明揭露一种流速计，尤其是指一种发射特定频率的连续波，通过输出波频率 与反射波的频率差值来侦测水流流速的流速计。
【背景技术】
[0002] 流速计是用来侦测待测水流的流速，例如用来得知河川或溪流的水流流速，在得 知流速之后，便可以判断一定时间内的水量大小，进而评估下游是否会发生灾害，或评估下 游水库是否需要泄洪。
[0003] 在传统的流速计中，除了机械涡流阀的测速装置之外，较为人所知的是超音波多 普勒雷达（ADV:AcousticDopplervelocimeter)。超音波多普勒雷达利用三个数组的传 感器（transducers)测量河水或流体在二维或三维一个单点的流速。在中间的传感器沿该 装置的轴线发射一个大功率脉冲声波，并由旁边三个数组的传感器进行接收。
[0004] 根据多普勒原理，在河川或水库对各方向射出的声波，会被流体中的悬浮颗粒反 射，通过上述的传感器接收后，多普勒雷达便会根据音频的改变情形判断颗粒的运动方向， 并利用多普勒原理换算出所述颗粒的速度，假设所述颗粒随水流运动，则所述颗粒的流速 流向可视为水流的流速流向。
[0005] 然而，超音波多普勒雷达需要精准的架设，才能解出不同维度的速度分量，且超音 波多普勒雷达对流体中任何存在的悬浮颗粒皆会反射，若是水中有大量杂质（如砂土、石 块等），都会造成该系统的误判，此外，超音波多普勒雷达并不合适对远距离的河川及水库 进行流速量测。
[0006] 因此，微波多普勒雷达遂应运而生，不同于上述超音波多普勒雷达采脉冲波的测 速方式，微波多普勒雷达直接采用连续波（continuouswave)或调频连续波（frequency modulatedcontinuouswave)对流速进行长时间的量测，以求取流速的平均值，因此，微波 多普勒雷达无须精准的架设与流速分析。一般微波多普勒雷达的量测方程式如下：
【主权项】
1. 一种流速计，用来测量一待测水流的水流速度，其特征在于，所述流速计包含有： 一信号产生模块，包含有：一锁相回路，用来产生具有一第一频率的一连续波信号；以 及一升频电路，电连接至所述锁相回路，用来对所述连续波信号进行升频，以产生具有一第 二频率的一输出信号，并将所述输出信号输出至所述待测水流； 一信号接收模块，用来接收自所述待测水流反射的一反射信号，其中所述反射信号具 有一第三频率； 一水平仪装置，用来侦测所述流速计的一垂直俯角以及一水平角；以及 一信号处理模块，电连接至所述信号接收模块以及所述水平仪装置，用来根据所述第 三频率与所述第二频率的差值、所述垂直俯角以及所述水平角，计算所述待测水流的流速。
2. 根据权利要求1所述的流速计，其特征在于，所述第二频率为所述第一频率的整数 倍。
3. 根据权利要求2所述的流速计，其特征在于，所述第二频率为所述第一频率的两倍。
4. 根据权利要求1所述的流速计，其特征在于，所述锁相回路电连接至所述信号处理 模块，所述信号处理模块产生一控制信号，所述锁相回路接收所述控制信号，并根据所述控 制信号产生所述连续波信号。
5. 根据权利要求4所述的流速计，其特征在于，所述锁相回路包含有： 一压控震荡器，用来根据一控制电压，产生所述连续波信号； 一可控制式除频器，电连接至所述压控震荡器以及所述信号处理模块，用来根据所述 控制信号，对所述连续波信号进行除频，以产生一除频信号； 一相位检测器，电连接至所述可控制式除频器，用来比较一参考信号以及所述除频信 号的相位差，以产生一相位差信号；以及 一回路滤波器，电连接至所述相位检测器以及所述压控震荡器，用来根据所述相位差 信号，产生所述控制电压。
6. 根据权利要求1所述的流速计，其特征在于，所述水平仪装置为一微机电水平仪装 置，通过一接口电连接至所述信号处理模块，以允许所述信号处理模块直接通过所述接口 从所述微机电水平仪装置读取所述垂直俯角以及所述水平角。
7. 根据权利要求6所述的流速计，其特征在于，所述接口为RS-232或SPI接口。
8. -种流速计，用来测量一待测水流的水流速度，其特征在于，所述流速计包含有： 一信号产生模块，用来将具有一第一频率的一连续波信号升频以产生具有一第二频率 的一输出信号； 一信号接收模块，用来接收自所述待测水流反射的一反射信号，其中所述反射信号具 有一第三频率； 一水平仪装置，用来侦测所述流速计的一垂直俯角以及一水平角；以及 一信号处理模块，电连接至所述信号接收模块以及所述水平仪装置，用来根据所述第 二频率与所述第三频率的差值、所述垂直俯角以及所述水平角，计算所述待测水流的流速。
9. 根据权利要求8所述的流速计，其特征在于，所述锁相回路电连接至所述信号处理 模块，所述信号处理模块产生一控制信号，所述锁相回路接收所述控制信号，并根据所述控 制信号产生所述连续波信号。
10. 根据权利要求9所述的流速计，其特征在于，所述锁相回路包含有： 一压控震荡器，用来根据一控制电压，产生所述连续波信号； 一可控制式除频器，电连接至所述压控震荡器以及所述信号处理模块，用来根据所述 控制信号，对所述连续波信号进行除频，以产生一除频信号； 一相位检测器，电连接至所述可控制式除频器，用来比较一参考信号以及所述除频信 号的相位差，以产生一相位差信号；以及 一回路滤波器，电连接至所述相位检测器以及所述压控震荡器，用来根据所述相位差 信号，产生所述控制电压。
11. 根据权利要求8所述的流速计，其特征在于，所述水平仪装置为一微机电水平仪装 置，通过一接口电连接至所述信号处理模块，以允许所述信号处理模块直接通过所述接口 从所述微机电水平仪装置读取所述垂直俯角以及所述水平角。
12. 根据权利要求11所述的流速计，其特征在于，所述接口为RS-232或SPI接口。
13. -种流速计，用来测量一待测水流的水流速度，其特征在于，所述流速计包含有： 一信号产生模块，包含有：一锁相回路，用来产生具有一第一频率的一连续波信号；以 及一升频电路，电连接至所述锁相回路，用来对所述连续波信号进行升频，以产生具有一第 二频率的一输出信号，并将所述输出信号输出至所述待测水流； 一信号接收模块，用来接收自所述待测水流反射的一反射信号，其中所述反射信号具 有一第三频率；以及 一信号处理模块，电连接至所述信号接收模块，用来根据所述第三频率与所述第二频 率的差值，计算所述待测水流的流速。
14. 根据权利要求13所述的流速计，其特征在于，所述第二频率为所述第一频率的整 数倍。
15. 根据权利要求14所述的流速计，其特征在于，所述第二频率为所述第一频率的两 倍。
16. 根据权利要求13所述的流速计，其特征在于，所述锁相回路电连接至所述信号处 理模块，所述信号处理模块产生一控制信号，所述锁相回路接收所述控制信号，并根据所述 控制信号产生所述连续波信号。
17. 根据权利要求16所述的流速计，其特征在于，所述锁相回路包含有： 一压控震荡器，用来根据一控制电压，产生所述连续波信号； 一可控制式除频器，电连接至所述压控震荡器以及所述信号处理模块，用来根据所述 控制信号，对所述连续波信号进行除频，以产生一除频信号； 一相位检测器，电连接至所述可控制式除频器，用来比较一参考信号以及所述除频信 号的相位差，以产生一相位差信号；以及 一回路滤波器，电连接至所述相位检测器以及所述压控震荡器，用来根据所述相位差 信号，产生所述控制电压。
【专利摘要】本发明提供一种流速计，其利用锁相回路来产生一输出信号，将该输出信号发射至待测水流，并接收自所述待测水流的反射信号。所述流速计根据所述反射信号与所述输出信号的频率差，以及流速计自身的垂直俯角以及水平角，来计算所述待测水流的流速。所述流速计还包含水平仪装置，可侦测流速计的垂直俯角，进而达到自动补偿夹角所导致的误差的效果。
【IPC分类】G01P5-00, G01P5-26
【公开号】CN104614545
【申请号】CN201310537578
【发明人】曹昺昌, 林宏俊, 邱上峰, 蔡佩珊, 张继禾, 许盈松, 刘建荣, 黄志伟
【申请人】均利科技股份有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2013年11月4日