一种用于水电站坝下河道流场的监测装置的制作方法

本申请属于水动力学技术领域，具体地说，涉及一种用于水电站坝下河道流场的监测装置。

背景技术：

水电站是利用可再生资源，生产清洁能源的重要基础设施，水力发电是我国大力发展的能源支柱。2003年国际大坝委员会统计资料表明，全球大坝总数近49697座，中国约占52％,排名第一。2013年，全国发电设备容量达到124738万kW，较2012年装机增长8.77％，在社会经济发展的需求下,中国正进入水电大坝建设的快速发展时期。然而，水电开发也引起了一些生态和环境问题。水利水电工程通常会改变天然河流形态，使河流形成“湖-库”生态系统，引起水文、水环境变化，导致鱼类以及其它野生生物数量和生境减少等生态与环境问题，形成屏障效应、截留效应及累积效应，影响流域和区域的可持续发展。大坝产生一系列生态与环境问题,主要集中在对水资源损耗、水生生物生境变化、泥沙变化等方面。其中，大坝泄水造成的影响备受关注，但受限于流场观测手段的低效和匮乏，严重制约了探索缓解水电负面影响控制措施的提出。水电站泄水使下游河道水下流场分布复杂，对坝下水环境及生态、水生生物、水工建筑物、河床及河道边坡产生影响。具体表现为：流场分布影响营养物、污染物运输及分布；水生生物对水流流速及流向变化敏感，流场分布造成水温差异干扰鱼类洄游及产卵；复杂流场分布对水工建筑物、河床及河道边坡产生冲刷，危及水中建筑物及河道边坡安全，造成经济损失；目前流场监测装置局限于单点流速监测，尚不能展开连续监测，无法获取大范围流场信息，难以侦测不同水层流速及流向差异，缺少一种大范围、坝下河道三维流场监测的装置和手段。因此，亟需一种能够进行水电站坝下河道连续面域流场监测系统，用以监测不同水深水流流速及流向数据，从而为水环境分析、鱼类及水中建筑物保护提供科学依据。

目前，业内常用现有技术有：

长江水利委员会长江科学院公开的“一种具备监测单向水流流速的装置申请号(201720641440.4)”，其基本原理是运用水流流速与旋浆转动速率的关系监测水流流速，设置有红外发射器和红外接收器，实现了异地水流数据采集。但只能监测某一方向上水流流速，当水流流向改变时，无法及时调整测速仪，造成监测结果不精确。

李兆杰等提出的“一种悬杆式测流速装置装置(公开号 CN203587612U)”，利用滑轮组组成的升降装置带动流速仪上下移动，并通过显示屏将所测结果显示，但只能定点监测流速，无法开展深水区域流场同时检测。

赵杰等提出的“一种自动寻找水流方向的河渠水流流速测量仪(申请号201510086085.4)”，运用流速传感器、转轴及流速测算系统监测流速，解决了现有技术中的河渠水流流速测量仪在使用时，由各种原因引起的流速传感器与水流方向不一致，致使测量出现误差的问题。但是该装置适用范围有限，且只能监测水体表层流速，难以实现对水体三维流场的监测。

河海大学公开的“一种倒置多普勒流速仪探头测量水体表面流速的测量装置(公开号CN108196086A)”，将每个感光板网格接收的光强信息传递给控制器，控制器内设有脉冲发生装置,通过脉冲两个时间隔点的脉冲信号计算某一点流速，能在测量的同时显示结果，提高测量效率。但局限于其工作原理，仅可观测水体表层较浅流场，难以监测较深水体不同水层流场同时监测。

技术实现要素：

本申请的一个目的是提供一种用于水电站坝下河道流场的监测装置的技术方案。

根据本申请的一个方面，本申请公开了一种用于水电站坝下河道流场的监测装置，包括水上承载组件和连接在所述水上承载组件上的多个水下监测组件；所述水上承载组件包括能源机构和与所述能源机构电连接的转动机构、驱动机构；所述水下监测组件包括竖直的滑动轨道和设置在所述滑动轨道上的传感机构，多个所述水下监测组件上的传感机构在对应的滑动轨道上高度不一；所述滑动轨道与所述转动机构传动连接，所述转动机构能够驱动所述滑动轨道转动带动所述传感机构 水平转动；所述驱动机构能够驱动所述水上承载组件在水面上移动。

可选地，所述能源机构包括太阳能板和蓄电池，所述太阳能板设置在所述水上承载组件的顶部，通过导电线与设置在水上承载组件内部的蓄电池电连接。

可选地，所述转动机构包括多个连接部件，所述连接部件的一端能够与滑动轨道的一端固定连接，所述连接部件的另一端位于所述水上承载组件内、且能够被齿轮、皮带、链条或皮带齿轮中的一种传动机构驱动转动。

可选地，所述转动机构能够对同时驱动一个或多个所述连接部件转动。

可选地，所述驱动机构包括螺旋桨，所述螺旋桨设置在所述水上承载组件下部，能够通过正向或/和反向转动驱动所述水上承载组件在水面上移动。

可选地，所述水上承载组件还包括处理机构，所述处理机构分别与能源机构、传感机构、转动机构、驱动机构电连接。

可选地，所述处理机构包括信号接收器，所述传感机构包括无线信号发射器，所述信号接收器接收所述无线信号发射器发出的信号。

可选地，所述水上承载组件还包括壳体和设置在壳体两侧的漂浮桶，所述能源机构、转动机构和驱动机构设置在所述壳体内。

可选地，所述传感机构包括水位探头、切向流速探头和流向标中的一种或多种。

可选地，所述水下监测组件上还包括设置在滑动轨道上的滑轮机构，所述滑轮机构能够调节并固定所述传感机构在滑动轨道上的位置高度。

本申请的一个技术效果在于，本申请能够对水下信息多点、不同高度测量，改变以往装置只能进行单点测量的弊端。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请一些实施例中水上承载组件的结构示意图；

图2是本申请一些实施例中水上承载组件的俯视结构示意图；

图3是本申请一些实施例中水上承载组件的侧视结构示意图；

图4是本申请图1中A向剖面结构示意图。

图5是本申请图1中B向剖面结构示意图。

图6本申请一些实施例中水下监测组件的结构示意图。

图7时图6中C向结构示意图。

图中：1转动机构，2太阳能板，3蓄电池，4处理机构，5连接部件，6 螺旋桨，7步进电机，8漂浮桶，9信号接收器，10滑轮机构，11滑动轨道， 12水位探头，13无线信号发射器，14切向流速探头，15流向标。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本实用新型提供的一种用于水电站坝下河道流场的监测装置，在一些实施例中，参考图1-7，包括水上承载组件和连接在所述水上承载组件上的多个水下监测组件。

所述水上承载组件包括能源机构和与所述能源机构电连接的转动机构 1、驱动机构。

所述能源机构能够给所述监测装置提供电能。所述能源机构可以包括太阳能板2和蓄电池3，所述太阳能板2设置在所述水上承载组件的顶部，通过导电线与设置在水上承载组件内部的蓄电池3电连接。

所述驱动机构能够驱动所述水上承载组件在水面上移动。所述驱动机构可以包括螺旋桨6和步进电机7，所述螺旋桨6设置在所述水上承载组件下部，步进电机7通电后能够通过正向或/和反向转动驱动所述水上承载组件在水面上移动。进一步的，所述螺旋桨6和步进电机7也整体转动设置在水上承载组件上，通过控制螺旋桨6和步进电机7整体转动，能够控制螺旋桨6 的推进方向。

所述水下监测组件包括竖直的滑动轨道11和设置在所述滑动轨道11上的传感机构。所述传感机构能够沿着所述滑动轨道11在竖直方向上滑动，在所述监测装置使用时，多个所述水下监测组件上的传感机构在对应的滑动轨道11上高度不一。所述滑动轨道11与所述转动机构1传动连接，所述转动机构1能够驱动所述滑动轨道11转动带动所述传感机构 水平转动。

所述转动机构1包括多个连接部件5，所述连接部件5的一端能够与滑动轨道11的一端固定连接，所述连接部件5的另一端位于所述水上承载组件内、且能够被齿轮、皮带、链条或皮带齿轮中的一种传动机构驱动转动。

进一步的，所述转动机构1能够对同时驱动一个或多个所述连接部件5 转动，例如设置电机通过齿轮皮带与连接部件5一一对应的传动连接；或者包括传动杆，通过传动杆移动至相应的齿轮皮带另一端的齿轮上，驱动该齿轮转动，而该传动杆可以根据需要调整与需要调整的齿轮皮带另一端的齿轮连接。锁止机构等现有技术在此不再赘述。本领域技术人员可以根据需要选择合适的传动形式和传动机构，本申请对此并不限制。

在一些实施例中，多个所述水下监测组件对称设置在所述水上承载组件下。进一步的，可以多个所述水下监测组件可以是呈n*n的阵列形式布置所述水上承载组件下；也可以是如图3和图4中所示的呈圆形的布置在所述水上承载组件下。

在一些实施例中，参考图1-4，所述水上承载组件还包括处理机构4，所述处理机构4分别与能源机构、传感机构、转动机构1、驱动机构电连接。所述处理机构4可以为CPU集成控制电路，通过预定程序，根据接收到的信号向转动机构1、驱动机构发送控制指令。

在一些实施例中，参考图1-6，所述处理机构4包括信号接收器9，所述传感机构包括无线信号发射器13，所述信号接收器9接收所述无线信号发射器13发出的信号，传感机构采集到的信息通过电信号的方式传输给处理机构进行处理以及存储。

在一些实施例中，参考图2-3，所述水上承载组件还包括壳体和设置在壳体两侧的漂浮桶8，所述能源机构、转动机构1和驱动机构设置在所述壳体内，漂浮桶8使得水上承载组件内的其他机构能够位于水面之上，不会被水浸染。

在一些实施例中，参考图6，所述传感机构包括水位探头12、切向流速探头14和流向标15中的一种或多种。在一些其他的实施例中，还可以包括其他的水下信息探头，本申请对此并不限制。

在一些实施例中，参考图6，所述水下监测组件上还包括设置在滑动轨道11上的滑轮机构10，所述滑轮机构能够调节并固定所述传感机构在滑动轨道11上的位置高度。使得本检测装置中的传感机构 便于根据需要调整到合适的高度。

本申请提供的一些监测装置在使用时，把该装置放入坝下河道左岸(右岸)，通过控制步进电机7操控监测装置移动距离；传感机构预先固定在所需测量水层深度中，操控其向右岸(左岸)移动。

本监测装置从左岸移动到右岸监测完成后，控制台远程发送指令给处理机构，通过控制螺旋桨转动90°，使其向前或后移动相应距离，再摆正螺旋桨6的角度，步进电机7正转或反转，带动螺旋桨6进行从右岸到左岸的监测，从而实现坝下整片面域流场监测。

所述处理机构4载有程序A:流向标15读出流向，然后控转动机构1将传感机构旋转于流向的法向上，进行流速测量。程序B，根据水上承载组件的宽度，并将其输入程序B中，在水上承载组件从左岸移到右岸进行返程测量时，控制水上承载组件前后移动距离等于水上承载组件的宽度，从而避免对已测流场区重复测量。

在一些实施例中，水下监测组件采用金属或采用金属壳体制成，该金属材料需满足防锈防腐蚀的特性。

在一些实施例中，所述无线信号发射器13，具备数据传输功能，与外设处理机构4连接，无线信号发射器13外部有防水外壳保护，由蓄电池3供电，并通过外有绝缘层的导线与水位探头12、切向流速探头14、流向标15 相连。

本申请的有益效果在于：改变以往装置只能进行单点测量的弊端，本实用新型提供一种，可监测坝下面域及不同水层水流流向及流速，了解坝下流场分布，为分析坝下水文水力情势、生态环境、鱼类洄游提供数据支持；改进以往装置只能进行单向测量的弊端，可实现返程监测，从而达到监测坝下整片水域流场的目的；能根据水流方向及时调整监测装置位置，保证监测结果准确性；能实现岸边操作，无需船只，无需人工水上作业，解决以往设计中需要人工水上作业，危险性较大的问题，降低监测成本及人工水上作业风险；可拆卸运输，组装方便，施工简单，便于维护。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定成分或方法。本领域技术人员应可理解，不同地区可能会用不同名词来称呼同一个成分。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分成分的方式。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了实用新型的若干优选实施例，但如前所述，应当理解实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离实用新型的精神和范围，则都应在实用新型所附权利要求的保护范围内。