CN113834950B - 一种水文多指标综合测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水文多指标综合测量装置，所述装置可以在水下自由移动，装置上设置有用于测量水流速度的第一测量机构和用于测量含沙量的第二测量机构，可以完成水文多指标测量工作，提高水文调查工作效率，同时装置还带有用于测量水流方向和推力等级的第三测量机构，装置能够根据第三测量机构所测得的水流方向和推力等级控制驱动机构驱动壳体运动或保持壳***置不变，从而避免水流的推动对装置完成水文指标的测量任务产生影响。

Description

一种水文多指标综合测量装置

技术领域

本发明涉及水文测量装置技术领域，尤其涉及一种水文多指标综合测量装置。

背景技术

水文是指自然界中的水的变化、运动等现象，水文调查是指在野外以较短时间收集开发利用水资源所需的水文及有关资料的技术措施，通过开展水文调查能够帮助人们掌握水体的形成、运动特征、水量、水质等信息，从而为国民经济建设、发展规划或工程项目提供必要的数据支撑和指导。开展水文调查时需要对水体的多项指标进行测量，包括径流速度、泥沙含量等，现有技术中人们在进行水文调查时需要通过多种设备进行取样、分析，在野外工作时较为不便，个别设备无法在室外使用，还需要人们取样后将其带回实验室分析，降低了水文调查的工作效率，因此有必要研发一种高效的、能够对水体进行多水文指标测量的测量设备。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种水文多指标综合测量装置，以克服或至少部分解决现有技术所存在的上述问题。

为实现上述发明目的，本发明提供一种水文多指标综合测量装置，包括壳体，所述壳体前后两端均设置有开口，所述两个开口之间通过通道相连通，壳体中设置有设备舱，所述设备舱中设置有控制主板、接口扩展板、姿态传感器、存储器和电源，所述通道中设置有用于测量水流速度的第一测量机构和用于测量含沙量的第二测量机构，所述壳体侧面设置有用于驱动壳体在水体中自由移动的驱动机构，壳体外表面设置有用于测量水流方向和推力等级的第三测量机构，所述第三测量机构包括若干个测量单元，所述测量单元包括受力板、绝缘筒体和电流传感器，所述绝缘筒体内部中空且一端设有开口，所述受力板背面设置有圆杆，所述圆杆的一端依次连接有导体部和绝缘部，并可滑动地从所述开口处***绝缘筒体内，所述绝缘部通过弹性部件与绝缘筒体另一端相连接，所述绝缘筒体内侧壁上设置有电阻丝，所述导体部与电阻丝相接触，所述电源分别与导体部、电阻丝电连接，绝缘筒体侧壁夹层中还设置有电流传感器，用于测量导体部与电阻丝构成的回路中的电流值，所述姿态传感器、存储器、电流传感器、驱动机构、第一测量机构、第二测量机构分别与所述接口扩展板信号相连，所述接口扩展板与控制主板信号相连，所述控制主板用于根据第三测量机构所测得的水流方向和推力等级控制驱动机构驱动壳体运动或保持壳***置不变。

进一步的，所述第一测量机构包括设置于通道顶部的凹槽，所述凹槽侧壁中设置有第一伺服电机，凹槽开口处设置有翻板，所述翻板侧面与所述第一伺服电机转子相连接，翻板的其中一面上设置有防水盒，所述防水盒上转动设置有转轴，所述转轴位于防水盒外的一端设置有扇叶，防水盒中设置有用于测量转轴转速的转速测量机构。

进一步的，所述转速测量机构包括霍尔传感器和设置于转轴上的磁性部件，所述霍尔传感器与接口扩展板信号相连。

进一步的，所述第二测量机构包括固定设置于通道侧壁上且依次相连通的第一水泵、测量舱和第二水泵，所述第一水泵、第二水泵分别与接口扩展板信号相连，所述测量舱中设置有密度测量机构。

进一步的，所述密度测量机构包括第一电磁阀、第二电磁阀和中空的磁性管体，所述磁性管体旁设置有驱动线圈和检测线圈，所述磁性管体与测量舱侧壁挠性连接，且磁性管体的两端分别与第一电磁阀和第二电磁阀相连通，所述第一电磁阀与第一水泵相连通，所述第二电磁阀与第二水泵相连通，所述检测线圈与信号调制电路电连接，所述第一电磁阀、第二电磁阀、信号调制电路分别与接口扩展板信号相连。

进一步的，所述驱动机构包括分别设置于壳体两侧的两根连接杆，所述连接杆一端设置有第二伺服电机，所述壳体外套设有一环形导轨，所述第二伺服电机的转子与环形导轨的内侧壁相连接，所述环形导轨上设置有多个推进器，所述推进器与接口扩展板信号相连。

进一步的，所述环形导轨上滑动设置有多个滑块，每个滑块上对应设置一个推进器。

进一步的，所述绝缘筒体开口处设置有防水胶圈，所述圆杆表面涂覆有防水涂层，圆杆位于绝缘筒体内的部分上套设有限位部。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所提供的一种水文多指标综合测量装置，在驱动机构的驱动下可以在水下自由移动，装置上同时设置有第一测量机构和第二测量机构，可以同时实现对水体径流速度和泥沙含量的测量，能够有效提高水文调查的工作效率。当所述装置在水下运行时，壳体外表面设置的第三测量机构可以测量水流方向和对壳体的推力等级，控制主板能够根据水流方向和推力等级控制驱动机构驱动壳体在水体中保持动态平衡，从而使得所述装置能够在水流中保持位置并进行水文测量，提高测量数值的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种水文多指标综合测量装置截面结构示意图。

图2是本发明实施例提供的控制主板电路原理示意框图。

图3是图1中A部分结构放大示意图。

图4是图1中B部分结构放大示意图。

图5是图1中C部分结构放大示意图。

图6是本发明实施例提供的一种水文多指标综合测量装置正面结构示意图。

图中，1壳体，2通道，3设备舱，4控制主板，5接口扩展板，6姿态传感器，7存储器，8电源，9第一测量机构，901凹槽，902第一伺服电机，903翻板，904防水盒，905转轴，906扇叶，907磁性部件，908霍尔传感器，10第二测量机构，1001第一水泵，1002测量舱，1003第二水泵，1004第一电磁阀，1005第二电磁阀，1006磁性管体，1007驱动线圈，1008检测线圈，11驱动机构，1101连接杆，1102第二伺服电机，1103环形导轨，1104推进器，1105滑块，12第三测量机构，1201受力板，1202绝缘筒体，1203电流传感器，1204圆杆，1205导体部，1206绝缘部，1207弹性部件，1208电阻丝。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所列举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参照图1和图2，本实施例提供一种水文多指标综合测量装置，所述装置包括壳体1，所述壳体1前后两端均设置有开口，所述两个开口之间通过通道2相连通。壳体1中设置有设备舱3，所述设备舱3中设置有控制主板4、接口扩展板5、姿态传感器6、存储器7和电源8，其中所述控制主板4用于综合控制装置的运行，所述接口扩展板5用于扩展控制主板4的IO性能，所述姿态传感器6用于采集所述装置当前的姿态信息，以便于控制主板4根据姿态信息控制驱动机构11对装置姿态进行调整，所述存储器7用于存储水文测量相关数据，所述电源8用于提供装置运行所需的电能。所述通道2中设置有用于测量水流速度的第一测量机构9和用于测量水体含沙量的第二测量机构10。壳体1侧面设置有用于驱动壳体1在水体中自由移动的驱动机构11。壳体1外表面设置有用于测量水流方向和推力等级的第三测量机构12。参照图3，所述第三测量机构12包括若干个测量单元，所述测量单元包括受力板1201、绝缘筒体1202和电流传感器1203，所述绝缘筒体1202的内部中空并且一端设有开口。所述受力板1201背面设置有圆杆1204，所述圆杆1204的一端可滑动地从绝缘筒体1202的开口处***绝缘筒体1202中，并且该端依次连接有导体部1205和绝缘部1206。所述绝缘部1206通过弹性部件1207与绝缘筒体1202未开口的另一端相连接。所述绝缘筒体1202的内侧壁上设置有电阻丝1208，所述导体部1205与电阻丝1208相接触。所述电源8分别与导体部1205、电阻丝1208相接触，使得电源8、导体部1205、电阻丝1208之间形成闭合回路。绝缘筒体1202的侧壁夹层中还设置有电流传感器1208，所述电流传感器1208还用于测量导体部1205与电阻丝1208部分回路中的电流值。所述姿态传感器6、存储器7、电流传感器1203、驱动机构11、第一测量机构9、第二测量机构10分别与接口扩展板5信号相连，所述接口扩展板5与控制主板4信号相连，使得与接口扩展板5相连接的各个设备能够通过接口扩展板5与控制主板4进行数据交互。所述控制主板4用于根据第三测量机构12所测得的水流方向和推力等级控制驱动机构驱动壳体1运动或保持壳体1位置不变。

当装置在水下运行时，由于水流的影响，所述装置会受到水流的推动往某一方向移动，无法保持稳定，这可能会导致装置不能很好地完成水流速度或含沙量的测量。本实施例中，壳体1外表面迎向水流方向的受力板1201会受到水流推力的影响使其向壳体1方向移动，圆杆1204被推入绝缘筒体1202内，使得导体部1205与电阻丝1208的接触位置发生改变，回路的阻值发生变化，从而使得在电压一定的情况下，由于阻值改变电流大小也发生改变，电流传感器1208测得测量单元中电流的大小后传输至控制主板4，不同电流大小对应不同的推力等级，电流越大表示推力越大，控制主板4根据电流大小计算相应的推力等级后，根据对应测量单元所在方位控制驱动机构11往相反方向产生反推力，根据推力等级调整驱动机构11的出力，使得装置能够保持动态平衡，维持在原位置不动，从而避免对水文指标的测量产生影响。

作为本实施例一种可选的实施方式，参照图4，所述第一测量机构9包括设置于通道2顶部的凹槽901，所述凹槽901的侧壁中设置有第一伺服电机902，凹槽901开口处设置有翻板903，所述翻板903侧面与所述第一伺服电机902的转子相连接，使得第一伺服电机902可以驱动翻板901转动。翻板901的其中一面上设置有防水盒904，所述防水盒904上转动设置有转轴905，所述转轴905位于防水盒外的一端设置有扇叶906，防水盒905中设置有用于测量转轴905转速的转速测量机构。

示例性地，装置在运动过程中时，所述防水盒904收纳于凹槽901中，在需要进行水流速度的测量时，控制主板4首先根据第三测量机构12的测量数据控制驱动机构11驱动装置保持位置不变，使得装置相对于水流静止不动，随后第一伺服电机902驱动翻板903转动，使得防水盒904从凹槽901中被翻至凹槽901外，受到水流的推力影响，扇叶906会带动转轴905转动，转速测量机构测量转轴905的转速，控制主板4根据转轴905的转速数据即可推算出水流速度。

具体的，所述转速测量机构包括设置于防水盒904中的霍尔传感器908和设置于转轴905上的磁性部件907。所述霍尔传感器908设置于转轴905一侧，当转轴905转动时，磁性部件907会周期性接近霍尔传感器908，使得霍尔传感器908能够在磁性部件907靠近时输出电信号至控制主板5，控制主板5根据电信号的输出周期计算出转轴905的转速数据。

作为本实施例一种可选的实施方式，参照图5，所述第二测量机构10包括固定设置于通道2侧壁上且依次相连通的第一水泵1001、测量舱1002和第二水泵1003，所述第一水泵1001、第二水泵1003分别与接口扩展板5信号相连，使得控制主板4可以控制其启停。所述测量舱1002中设置有密度测量机构。

具体的，所述密度测量机构包括第一电磁阀1004、第二电磁阀1005和中空的磁性管体1006。所述磁性管体1006由磁性材料制成，磁性管体1006旁设置有驱动线圈1007和检测线圈1008。所述磁性管体1006与测量舱1002侧壁挠性连接，且磁性管体1006的两端分别与第一电磁阀1004和第二电磁阀1005相连通，所述第一电磁阀1004与第一水泵1001相连通，第二电磁阀1005与第二水泵1003相连通。所述检测线圈1008与信号调制电路电连接，所述第一电磁阀1004、第二电磁阀1005、信号调制电路分别与接口扩展板5信号相连。

示例性地，通常情况下，第一电磁阀1004、第二电磁阀1005、第一水泵1001和第二水泵1003均处于关闭状态，在进行水体含沙量的测量时，控制主板4控制第一电磁阀1004打开，并启动第一水泵1001，第一水泵1001将水通过第一电磁阀1004泵往磁性管体1006中，随后关闭第一水泵1001和第一电磁阀1004，向驱动线圈1007通以脉冲激励电流，使得磁性管体1006在驱动线圈1007磁力作用下产生振动，检测线圈1008中会产生与振动频率相同的电流信号，将该信号通过信号调制电路调制为模拟信号输入到控制主板4，控制主板4可以根据该模拟信号计算出磁性管体1006的振动周期，由于磁性管体1006的管体材料和体积一定，其密度完全由流入管内的液体密度决定，若水中的含沙量发生变化，则会导致管体的振动周期发生变化，根据磁性管体1006的振动周期，通过预设算法计算出水体的含沙量。在含沙量测量完毕后，控制主板4控制第二电磁阀1005开启，并启动第二水泵1003将磁性管体1006中的水抽出重新排到水体中。

作为本实施例一种可选的实施方式，参照图6，所述驱动机构11包括分别设置于壳体1两侧的两根连接杆1101，所述连接杆1101的一端与壳体1相连接，另一端设置有第二伺服电机1102。壳体1外套设有一环形导轨1103，所述第二伺服电机1102的转子与环形导轨1103的内侧壁相连接，使得第二伺服电机1102能够驱动环形导轨1103转动。所述环形导轨1103上设置有多个推进器1104，所述推进器与接口扩展板5信号相连。在第二伺服电机1102的驱动下，所述环形导轨1103能够以连接杆1101为轴进行360°转动，从而使得推进器1104能够朝向不同方向做功，使得所述装置能够在水下自由移动。

作为进一步可选的实施方式，所述环形导轨1103上滑动设置有多个滑块1105，每个滑块1105上对应设置一个推进器1104，所述滑块1105能够沿环形导轨1103移动，使得各个推进器1104之间的距离可调，根据实际需要，可以将各个推进器1104以相同间隔环绕环形导轨1103设置，也可以将其全部集中到环形导轨1103一侧，或两两分布于环形导轨1103两侧，从而满足不同场景下的驱动需求。所述滑块1105在环形导轨1103上的移动，可以是在环形导轨1103上设置环形的齿条，同时在滑块1105上设置减速电机和与所述齿条相啮合的齿轮，由减速电机驱动齿轮转动，使得滑块1105可以沿齿条行进。本实施例所提供的测量装置，推进机构能够相对于壳体1以连接杆1101为轴进行转动，使得装置在自由移动时，壳体1仍能够保持水平状态，不影响第一测量机构9和第二测量机构10的工作，结合第三测量机构12所测得的数据，驱动机构11中的推进器1104能够朝向不同角度做功，消弭水流对于装置的影响，保证测量数据的精确。

作为一种可选的实施方式，所述绝缘筒体1202的开口处设置有防水胶圈，圆杆1204表面涂覆有防水涂层，使得圆杆1204在进入绝缘筒体1202内时表面不会带有水分，避免造成测量单元短路。圆杆1204位于绝缘筒体内的部分上套设有限位部，所述限位部用于防止圆杆1204从绝缘筒体1202中脱出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水文多指标综合测量装置，其特征在于，所述装置包括壳体，所述壳体前后两端均设置有开口，两个开口之间通过通道相连通，壳体中设置有设备舱，所述设备舱中设置有控制主板、接口扩展板、姿态传感器、存储器和电源，所述通道中设置有用于测量水流速度的第一测量机构和用于测量含沙量的第二测量机构，所述壳体侧面设置有用于驱动壳体在水体中自由移动的驱动机构，壳体外表面设置有用于测量水流方向和推力等级的第三测量机构，所述第三测量机构包括若干个测量单元，所述测量单元包括受力板、绝缘筒体和电流传感器，所述绝缘筒体内部中空且一端设有开口，所述受力板背面设置有圆杆，所述圆杆的一端依次连接有导体部和绝缘部，并可滑动地从所述开口处***绝缘筒体内，所述绝缘部通过弹性部件与绝缘筒体另一端相连接，所述绝缘筒体内侧壁上设置有电阻丝，所述导体部与电阻丝相接触，所述电源分别与导体部、电阻丝电连接，绝缘筒体侧壁夹层中还设置有电流传感器，用于测量电源、导体部与电阻丝构成的回路中的电流值，所述姿态传感器、存储器、电流传感器、驱动机构、第一测量机构、第二测量机构分别与所述接口扩展板信号相连，所述接口扩展板与控制主板信号相连，所述控制主板用于根据第三测量机构所测得的水流方向和推力等级控制驱动机构驱动壳体运动或保持壳***置不变。

2.根据权利要求1所述的一种水文多指标综合测量装置，其特征在于，所述第一测量机构包括设置于通道顶部的凹槽，所述凹槽侧壁中设置有第一伺服电机，凹槽开口处设置有翻板，所述翻板侧面与所述第一伺服电机转子相连接，翻板的其中一面上设置有防水盒，所述防水盒上转动设置有转轴，所述转轴位于防水盒外的一端设置有扇叶，防水盒中设置有用于测量转轴转速的转速测量机构。

3.根据权利要求2所述的一种水文多指标综合测量装置，其特征在于，所述转速测量机构包括霍尔传感器和设置于转轴上的磁性部件，所述霍尔传感器与接口扩展板信号相连。

4.根据权利要求1所述的一种水文多指标综合测量装置，其特征在于，所述第二测量机构包括固定设置于通道侧壁上且依次相连通的第一水泵、测量舱和第二水泵，所述第一水泵、第二水泵分别与接口扩展板信号相连，所述测量舱中设置有密度测量机构。

5.根据权利要求4所述的一种水文多指标综合测量装置，其特征在于，所述密度测量机构包括第一电磁阀、第二电磁阀和中空的磁性管体，所述磁性管体旁设置有驱动线圈和检测线圈，所述磁性管体与测量舱侧壁挠性连接，且磁性管体的两端分别与第一电磁阀和第二电磁阀相连通，所述第一电磁阀与第一水泵相连通，所述第二电磁阀与第二水泵相连通，所述检测线圈与信号调制电路电连接，所述第一电磁阀、第二电磁阀、信号调制电路分别与接口扩展板信号相连。

6.根据权利要求1所述的一种水文多指标综合测量装置，其特征在于，所述驱动机构包括分别设置于壳体两侧的两根连接杆，所述连接杆一端设置有第二伺服电机，所述壳体外套设有一环形导轨，所述第二伺服电机的转子与环形导轨的内侧壁相连接，所述环形导轨上设置有多个推进器，所述推进器与接口扩展板信号相连。

7.根据权利要求6所述的一种水文多指标综合测量装置，其特征在于，所述环形导轨上滑动设置有多个滑块，每个滑块上对应设置一个推进器。

8.根据权利要求1所述的一种水文多指标综合测量装置，其特征在于，所述绝缘筒体开口处设置有防水胶圈，所述圆杆表面涂覆有防水涂层，圆杆位于绝缘筒体内的部分上套设有限位部。