一种水流测速单元的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于水流流速测量技术领域，公开了一种水流测速单元。该水流测速单元包括喇叭天线、极化器、振荡器，极化器设置在喇叭天线和振荡器之间；振荡器与极化器之间设置有隔离器；极化器包含极化腔，极化腔为圆柱形内腔，极化腔靠近隔离器的一端内同轴设置有短路片调节管，极化腔的另一端内轴向设置有极化片；短路片调节管的管内靠近隔离器的一端设置为方形，其另一端设置为圆形，其中间部分设置为方圆连续过渡状，短路片调节管内轴向设置有短路片；极化腔的侧壁上设置有侧向通孔，侧向通孔内设置有波导检波器。该水流测速仪测量时不受水中含沙量，漂浮物，气候等影响；而且实现自动测量省力省时。
【专利说明】
一种水流测速单元
技术领域
[0001]本实用新型属于水流流速测量技术领域，特别涉及一种水流测速单元。
【背景技术】
[0002]目前，中小流速时采用旋浆或旋杯式流速仪测量水流流速，流速仪安装于测杆或铅鱼上，放入水中一定水深位置，旋浆或旋杯的转速与水流速度成一定关系，通过测量一定时间间隔内的旋浆或旋杯的转数即可计算出水流的流;但是这种测流方式只能检测中小流速的水流速度。大流速时传统采用浮标法测量流速，在水流上下游方向一定距离分别站两个人，上游的人置入水中一个浮标，开始计时，到浮标随水流流到下游的人位置时停止计时，并根据两人的距离计算水流的速度。这种方法即耗人力，测量精度低，还经常出现测量失败的情况，如果是在晚上或光线不好的情况下，需采用有标志的浮标或在浮标上点火，很麻烦。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种水流测速单元，该水流测速仪单元测量时不受水流速度、水中含沙量、漂浮物、气候等影响;而且实现自动测量省时省力。
[0004]为达到以上目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现。
[0005]方案一:
[0006]—种水流测速单元，其特征在于:包括用于发出线极化信号的振荡器、用于对线极化信号进行圆极化的极化器、用于对圆极化信号进行定向发射和接收水面反射的圆极化信号的喇叭天线，所述振荡器包含谐振腔，所述极化器设置在喇叭天线和振荡器之间;所述振荡器与极化器之间设置有用于隔离反射回来的圆极化信号的隔离器；
[0007]所述极化器包含极化腔，所述极化腔为圆柱形内腔，所述极化腔靠近隔离器的一端内同轴设置有短路片调节管，所述极化腔的另一端内轴向设置有极化片;所述短路片调节管的管内靠近隔离器的一端设置为方形，其另一端设置为圆形，其中间部分设置为方圆连续过渡状，所述短路片调节管内轴向设置有短路片；
[0008]所述极化腔的侧壁上设置有侧向通孔，所述侧向通孔内设置有用于检测反射回来的圆极化信号的波导检波器。
[0009]上述技术方案的特点和进一步改进:
[0010]进一步的，所述谐振腔外设置有散热片。
[0011]进一步的，所述极化片为圆极化片，所述喇叭天线为圆锥喇叭天线。
[0012]进一步的，所述喇叭天线的喇叭口内部通过压圈固定有透镜。
[0013]方案二:
[0014]—种水流测速仪，基于上述水流测速单元，其特征在于:包括用于测量发射圆极化信号与水平面夹角的倾角传感器，用于根据发射圆极化信号与水平面夹角、水流测速单元发射的圆极化信号和接收的圆极化信号通过计算得到水流速度的微处理器，用于根据微处理器的指令进行显示水流速度的显示屏和进行报警的报警器;所述倾角传感器的输出端和水流测速单元的波导检波器的输出端对应电连接微处理器的两个1\0输入端，所述显示屏的1\0输入端和报警器的1\0输入端对应电连接微处理器的两个1\0输出端。
[0015]上述技术方案的特点和进一步改进:
[0016]进一步的，所述水流测速单元的喇叭天线的外部设置有固定法兰，所述固定法兰上连接有保护外壳，所述微处理器和倾角传感器设置在保护外壳内，所述报警器和显示屏设置在保护外壳外。
[0017]进一步的，所述微处理器的计算方法如下，水流测速单元接收到的圆极化信号的频率相对于发射圆极化信号的频率有一定的偏移，其直接关系式为:
[0018]fd= I fa-fo
[0019]式中:fd为多普勒频率，
[0020]fa为接收圆极化信号频率，
[0021]f。为发射圆极化信号频率；
[0022]所述多普勒频率fd与水流速度V的关系为:
[0023]ft^SXvXcosOiXcosC^/X
[0024]式中:fd为多普勒频率，
[0025]V为水流速度，
[0026]O1为俯角，发射圆极化信号与水平面的角度，
[0027]02为方向角，发射圆极化信号与水流方向在水平面的夹角，
[0028]λ为波长系数，A = C/f。;其中f。为微波发射频率，C为电波在空气中的传播速度3 X108m/so
[0029]本实用新型的水流测速单元和水流测速仪，采用远距离非接触方法测量水面流速，测量时不受水流速度、水中含沙量、漂浮物、气候等影响;适用于一般河流，污水流速等测量，特别适宜于夹带污水排水，高洪和含沙量急河流的流速测量。使用时，可安装于铅鱼、吊箱等运动物体进行动态测量，也可安装于桥梁、河道、渠道等进行定点测量，而且实现自动测量省力省时。
【附图说明】
[0030]图1为本实用新型的一种水流测速单元的结构示意图；
[0031]图2为本实用新型的一种水流测速仪的电气连接结构示意图；
[0032]图3为本实用新型的一种水流测速仪的结构示意图；
[0033]图中:1、谐振腔;2、隔离器;3、散热片;4、波导检波器;5、极化腔;6、短路片;7、极化片;8、喇叭天线;9、透镜；10、压圈；11、短路片调节管；12、固定法兰；13、保护外壳；14、微处理器;15、倾角传感器;16、显示屏；17、报警器。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0035]参照图1，为本实用新型的一种水流测速单元的结构示意图；该水流测速单元包括用于发出线极化信号的振荡器、用于对线极化信号进行圆极化的极化器、用于对圆极化信号进行定向发射的喇叭天线8，本实施例中的喇叭天线8采用透镜天线，极化器设置在喇叭天线8和振荡器之间；振荡器与极化器之间设置有用于隔离反射回来的圆极化信号的隔离器2。
[0036]振荡器包含谐振腔I，谐振腔I内设置有体效应二极管和短路板;极化器包含极化腔5，极化腔5为圆柱形内腔，极化腔5靠近隔离器2的一端内同轴设置有短路片调节管11，极化腔5的另一端内轴向设置有极化片7;短路片调节管11的管内靠近隔离器2的一端设置为方形，其另一端设置为圆形，其中间部分设置为方圆连续过渡状，短路片调节管11内轴向设置有短路片6;极化腔5的侧壁上设置有侧向通孔，侧向通孔内设置有用于检测反射回来的圆极化信号的波导检波器4。在发射时极化器将线极化信号转化为圆极化信号，在接收到水面反射的圆极化信号后，极化器起到将发射圆极化信号与接收圆极化信号进行混频的作用，在混频后的圆极化信号通过极化腔5的侧壁上的侧向通孔时起到耦合的作用。
[0037]体效应二极管上电后与谐振腔谐振后产生微波信号，通过调节体效应二极管的位置来调节振荡器的输出频率为37.5GHz，为标准BJ320接口 ；隔离器2的作用为是振荡器产生的微波信号单向传输给圆极化器，而回波信号被隔离器隔离掉，不会对振荡器造成影响;极化器将振荡器发射出来的线极化信号转变为圆极化信号。圆极化信号通过喇叭天线8辐射出去，经过水面反射后通过喇叭天线8接收，喇叭天线8接收的圆极化信号最终被波导检波器4接收，圆极化器输入为标准BJ320接口，输出为圆极化接口。
[0038]谐振腔I外设置有散热片3。该振荡器输出功率较大，会产生较大热量，散热片可以将热量导走，以保护体效应二极管因温度过高造成损坏。
[0039]极化片7为圆极化片，喇叭天线8为圆锥喇叭天线。极化片7和喇叭天线8配合使用，采用毫米波圆极化方式测量水面流速，微波波长采用毫米波，多普勒频率频移大，回波信号强。
[0040]喇叭天线8的喇叭口内部通过压圈10固定有透镜9，透镜9采用聚四氟乙烯材料。
[0041]参照图2，为本实用新型的一种水流测速仪的电气连接结构示意图；该水流测速仪基于上述水流测速单元，该水流测速仪包括用于测量发射圆极化信号与水平面夹角的倾角传感器15，用于根据发射圆极化信号与水平面夹角、水流测速单元发射的圆极化信号和接收的圆极化信号通过计算得到水流速度的微处理器14，用于根据微处理器14的指令进行显示水流速度的显示屏16和进行报警的报警器17;倾角传感器15的输出端和水流测速单元的波导检波器4的输出端对应电连接微处理器14的两个1\0输入端，显示屏16的1\0输入端和报警器17的1\0输入端对应电连接微处理器14的两个1\0输出端。
[0042]如图3所示的水流测速仪的结构示意图；水流测速单元的喇叭天线8的外部设置有固定法兰12，固定法兰12上连接有保护外壳13，微处理器14和倾角传感器15设置在保护外壳13内，报警器17和显示屏16设置在保护外壳13外。
[0043]微处理器14实时存储测量数据，自动生成打印各种测量报表和曲线图；而且在微处理器14上还可以连接其它的应用装置，如连接通信装置，可通过短信方式将流速数据自动发送到中心站点服务器上。可采用太阳能电池板供电，以实现野外无人值守方式的自动测试。
[0044]水流测速仪利用多普勒效应原理，以非接触方式测量水面流速的一种新型测流仪器。由8mm振荡器产生的毫米波信号经由圆极化器和喇叭天线8，不间断的向向水面发射37.5GHz频率的一束微波，部分电磁波能量折射入水中，一小部分能量被水面反射回来，被喇叭天线8接收并经圆极化器中的混频部分产生与水流速对应的多普勒频率信息，结合倾角传感器15俯角信息即可计算出水流的速度。微处理器14的计算方法如下，水流测速单元接收到的圆极化信号的频率相对于发射圆极化信号的频率有一定的偏移，其直接关系式为:fd= I fa-fo
[0045]式中:fd—多普勒频率；
[0046]fa—接收回波频率；
[0047]f。一发射频率。
[0048]多普勒频率fd与水流速度V的关系为:
[0049]fd = 2 X V X cos IX cos C12/入
[0050]式中:fd—多普勒频率，
[0051]V—水流速度，
[0052]O1—俯角，发射圆极化信号与水平面的角度，
[0053]Φ 2—方向角，发射圆极化信号与水流方向在水平面的夹角，
[0054]λ—波长系数，λ = C/fo ；其中f。为微波发射频率，C为电波在空气中的传播速度(3 X
108m/s)ο
[0055]通过倾角传感器自动测量俯角Φ工，方向角Φ 2在安装此水流测速仪时已确定，通过微处理器中的软件滤波分析计算出水流表面的流速，通过显示屏显示出来。
[0056]采用远距离非接触方法测量水面流速，测量时不受水流速度、水中含沙量、漂浮物、气候等影响;适用于一般河流，污水流速等测量，特别适宜于夹带污水排水，高洪和含沙量急河流的流速测量。使用时，可安装于铅鱼、吊箱等运动物体进行动态测量，也可安装于桥梁、河道、渠道等进行定点测量，而且实现自动测量省力省时。流速测量精度高，流速测试精度可达0.lm/s。
[0057]尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在说明书的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。
【主权项】
1.一种水流测速单元，其特征在于:包括用于发出线极化信号的振荡器、用于对线极化信号进行圆极化的极化器、用于对圆极化信号进行定向发射和接收水面反射的圆极化信号的喇叭天线(8)，所述极化器设置在喇叭天线(8)和振荡器之间；所述振荡器与极化器之间设置有用于隔离反射回来的圆极化信号的隔离器(2); 所述极化器包含极化腔(5)，所述极化腔(5)为圆柱形内腔，所述极化腔(5)靠近隔离器(2)的一端内同轴设置有短路片调节管(11)，所述极化腔(5)的另一端内设置有极化片(7);所述短路片调节管(11)的管内靠近隔离器(2)的一端设置为方形，其另一端设置为圆形，其中间部分设置为方圆连续过渡状，所述短路片调节管(11)内设置有短路片(6);所述极化腔(5)的侧壁上设置有侧向通孔，所述侧向通孔内设置有用于检测反射回来的圆极化信号的波导检波器(4)。2.如权利要求1所述的一种水流测速单元，其特征在于:谐振腔(I)外设置有散热片⑶。3.如权利要求1或2所述的一种水流测速单元，其特征在于:所述极化片(7)为圆极化片，所述喇叭天线(8)为圆锥喇叭天线。4.如权利要求1或2所述的一种水流测速单元，其特征在于:所述喇叭天线(8)的喇叭口内部通过压圈(10)固定有透镜(9)。
【文档编号】G01P3/50GK205679631SQ201521033210
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2015年12月11日 公开号201521033210.7, CN 201521033210, CN 205679631 U, CN 205679631U, CN-U-205679631, CN201521033210, CN201521033210.7, CN205679631 U, CN205679631U
【发明人】伍捍东
【申请人】西安恒达微波技术开发公司