中小河流截面水流速高频声学监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及中小河流水流速监测技术领域，特别涉及一种中小河流截面水流速高频声学监测系统。
【背景技术】
[0002]河流流速及流量资料具有极为重要的作用，涉及防洪安全、水文水利计算、水资源评价等多个方面，因此河流检测是水文工作的重要内容。
[0003]目前，中小河流流速测量多采用ADCP多普勒剖面流速仪，其原理是利用多普勒效应原理进行流速测量，用声波换能器作传感器，换能器发射声脉冲波，声脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等反散射体反散射，然后该换能器接收信号，经测定多普勒频移而测算出流速，该测量方式存在以下缺陷:
[0004]—、走航式ADCP多普勒剖面流速仪需要雇船下水测试，在岸两端架线缆，耗时，耗力，而且由于需人员操作，测量会对人员安全造成威胁，导致其无法在洪水来临时测量，测量时段受限、难度较大；
[0005]二、走航式ADCP只能测量河流中单点断面的流速，对于横跨两岸范围的截面无法测量；
[0006]三、水平式ADCP虽然可以测量河流截面面积，但是设备安装要求高，且测量距离有限，维护困难，价格高昂。
[0007]有鉴于此，本发明人特别研制出一种成本低、测量范围大且对工作环境适应性强的中小河流截面水流速高频声学监测系统，本案由此产生。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的在于提供一种中小河流截面水流速高频声学监测系统，其结构简单，应用范围广，降低了设备引进成本和人工成本，实现了整个河流截面全天候的流速监测以及监测数据快速地批量获取、存储。
[0009]为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下:
[0010]中小河流截面水流速高频声学监测系统，包括两台流速测量仪和至少一监测中心;
[0011]所述流速测量仪包括控制主机、换能器、水听器、GPS定位装置、功放模块、功率放大器和无线数据传输模块；控制主机内置D/A转换器和A/D转换器，换能器、功放模块和D/A转换器依次连接，水听器、功率放大器和A/D转换器依次连接，GPS定位装置和无线数据传输模块分别与控制主机连接，GPS定位装置为控制主机提供高精度授时及位置和时间报文，控制主机还通过无线数据传输模块与检测中心无线通讯。
[0012]进一步，所述流速测量仪还包括滤波器，滤波器与水听器及功率放大器连接。
[0013]进一步，所述无线数据传输模块为WIFI模块或3G模块。
[0014]进一步，所述监测中心至少包括一云端服务器，控制主机将监测数据通过无线数据传输模块上传至云端服务器。
[0015]进一步，所述控制主机为工业计算机。
[0016]采用上述方案后，本实用新型工作原理为:
[0017]进行数据监测前，将本实用新型的两台流速测量仪分别部署在河流两岸；
[0018]首先，由其中一台流速测量仪发射高频声波信号，在该测量仪中:GPS定位装置产生PPS (秒脉冲)上升沿到达相应频率时，控制主机产生电信号，D/A转换器将电信号转换为模拟信号并发送至功放模块，经功放模块进行能量放大处理后发送至换能器，换能器发送高频声波信号，GPS定位装置同时高频率地发送时间信号至控制主机，控制主机记录声波信号的发射时间；
[0019]然后，另一台流速测量仪接收该高频声波信号，在该测量仪中:水听器接收到声波信号，转换为模拟信号并发送至功率放大器，经功率放大器后到达A/D转换器，A/D转换器将模拟信号转换为电信号返回至控制主机，GPS定位装置同时高频率地发送时间信号至控制主机，控制主机记录声波信号接收时间；
[0020]上述高频声波发射和接收过程重复多次进行，并且两台流速测量仪之间进行多次的声波信号互发互收，控制主机通过无线数据传输模块将监测到的声波传输的时间数据上传至监测中心，统一处理，便可根据声波传输时间反演出流速和温度(河流中声速扰动主要由温度引起)。
[0021]本实用新型的有益效果为:通过两台测量仪之间在河流中进行高频声波信号的互发互收，获取大量声波传输时间数据，方便快捷，能够测得整个河流截面的流速，声波发射和接收均有控制主机来控制运行，无需人工现场作业，安全得到有效保证，监测数据通过无线通讯的方式上传至监测中心，实现数据的批量获取和存储，提高测量效率及监测结果的实效性。
[0022]以下结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步说明。
【附图说明】
[0023]图1是本实用新型的结构示意图；
[0024]图2是本实用新型两台流速测量仪安装在河流两岸的示意图。
【具体实施方式】
[0025]如图1所示本实用新型揭示的一种中小河流截面水流速高频声学监测系统，包括两台流速测量仪和至少一监测中心；
[0026]所述流速测量仪包括控制主机、换能器、水听器、GPS定位装置、功放模块、功率放大器和无线数据传输模块；本实施例中，控制主机采用工业计算机；
[0027]控制主机内置A转换器和A/D转换器，换能器、功放模块和控制主机的D/A转换器依次连接，水听器、功率放大器和控制主机的A/D转换器依次连接，GPS定位装置和无线数据传输模块分别与控制主机连接，GPS定位装置为控制主机提供高精度授时及位置和时间报文，控制主机还通过无线数据传输模块与检测中心无线通讯。
[0028]本实施例中，专业水声通信功放模块，功放模块主要分为开关电源和数字功放两部分，功放部分主要完成对高频信号的放大，以便信号能传输的更远。
[0029]为了减少水流及电路的噪声对监测信号干扰，流速测量仪还包括滤波器，滤波器与水听器及功率放大器连接，水听器将信号发送给功率放大器和A/D转换器之前通过滤波器处理，提高信号精度。
[0030]无线数据传输模块为3G模块，3G模块可以是外置3G模块或内置于控制主机的内置3G模块，本实施例采用的是外置3G模块。
[0031]监测中心至少包括一云端服务器，控制主机将监测数据通过无线数据传输模块上传至云端服务器，如图2所示，监测中心可以设置多个，每个监测中心与流速测量仪建立网络连接即可将监测数据分别上传至个监测中心的云端服务器，便于监测人员多地获取数据。
[0032]本实用新型运行时:请参阅图2，进行数据监测前，将本实用新型的两台流速测量仪分别部署在河流两岸；
[0033]首先，由其中一台流速测量仪发射高频声波信号，在该测量仪中:GPS定位装置产生PPS (秒脉冲)上升沿到达相应频率时，控制主机产生电信号，D/A转换器将电信号转换为模拟信号并发送至功放模块，经功放模块进行能量放大处理后发送至换能器，换能器发送高频声波信号，GPS定位装置同时高频率地发送时间信号至控制主机，控制主机记录声波信号的发射时间；
[0034]然后，另一台流速测量仪接收该高频声波信号，在该测量仪中:水听器接收到声波信号，转换为模拟信号并发送至功率放大器，经功率放大器后到达A/D转换器，A/D转换器将模拟信号转换为电信号返回至控制主机，GPS定位装置同时高频率地发送时间信号至控制主机，控制主机记录声波信号接收时间；
[0035]上述高频声波发射和接收过程重复多次进行，并且两台流速测量仪之间进行多次的声波信号互发互收，控制主机通过无线数据传输模块将监测到的声波传输的时间数据上传至监测中心，统一处理，便可根据声波传输时间反演出流速和温度(河流中声速扰动主要由温度引起)。
[0036]本实用新型的有益效果为:通过两台测量仪之间在河流中进行高频声波信号的互发互收，获取大量声波传输时间数据，方便快捷，能够测得整个河流截面的流速，声波发射和接收均有控制主机来控制运行，无需人工现场作业，安全得到有效保证，监测数据通过无线通讯的方式上传至监测中心，实现数据的批量获取和存储，提高测量效率及监测结果的实效性。
[0037]以上仅为本实用新型的具体实施例，并非对本实用新型的保护范围的限定。凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
【主权项】
1.中小河流截面水流速高频声学监测系统，其特征在于:包括两台流速测量仪和至少一监测中心； 所述流速测量仪包括控制主机、换能器、水听器、GPS定位装置、功放模块、功率放大器和无线数据传输模块；控制主机内置D/A转换器和A/D转换器，换能器、功放模块和D/A转换器依次连接，水听器、功率放大器和A/D转换器依次连接，GPS定位装置和无线数据传输模块分别与控制主机连接，GPS定位装置为控制主机提供高精度授时及位置和时间报文，控制主机还通过无线数据传输模块与检测中心无线通讯。2.如权利要求1所述的中小河流截面水流速高频声学监测系统，其特征在于:所述流速测量仪还包括滤波器，滤波器与水听器及功率放大器连接。3.如权利要求1所述的中小河流截面水流速高频声学监测系统，其特征在于:所述无线数据传输模块为3G模块。4.如权利要求1所述的中小河流截面水流速高频声学监测系统，其特征在于:所述监测中心至少包括一云端服务器，控制主机将监测数据通过无线数据传输模块上传至云端服务器。5.如权利要求1所述的中小河流截面水流速高频声学监测系统，其特征在于:所述控制主机为工业计算机。
【专利摘要】本实用新型公开一种中小河流截面水流速高频声学监测系统，包括两台流速测量仪和至少一监测中心；所述流速测量仪包括控制主机、换能器、水听器、GPS定位装置、功放模块、功率放大器和无线数据传输模块；控制主机内置D/A转换器和A/D转换器，换能器、功放模块和D/A转换器依次连接，水听器、功率放大器和A/D转换器依次连接，GPS定位装置和无线数据传输模块分别与控制主机连接，GPS定位装置为控制主机提供高精度授时及位置和时间报文，控制主机还通过无线数据传输模块与检测中心无线通讯。本实用新型结构简单，应用范围广，降低了设备引进成本和人工成本，实现了整个河流截面全天候的流速监测。
【IPC分类】G01P5/24
【公开号】CN204903569
【申请号】CN201520596482
【发明人】范智敏, 张宇, 叶光忠, 林榕彬
【申请人】蛟龙（厦门）科技有限公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月10日