一种低成本无线超声波时差法测流设备的制作方法

本实用新型涉及的是一种无线时差法测流设备，具体涉及一种低成本无线超声波时差法测流设备。

背景技术：

河流（明渠）流量监测是防汛抗旱、应急管理、水资源管理、生态治理等领域的基础工作，目的是实时准确地测得河流（明渠）过水流量，为洪水预警预报、水体污染预报、水量调度、生态基流监测等提供科学决策支持。

河流（明渠）流量在线监测有h-adcp测流、时差法测流、雷达表面测流、缆道流速仪测流等多种方式，不同流量计量方式的适用条件、计量精度、建设成本及运维成本也不同，实际应用中应根据监测断面情况及系统建设要求选择适用的流量计量方案。

超声波时差法测流是众多测流方式中具有测流精度高、适用范围广、不影响水流形态、性价比高等优点的一种测流方式。

超声波时差法测流是在河道两侧安装两个换能器，两个换能器之间的连线与流速方向成一定夹角（通常45度），二者分时相互发射超声波，从而测得超声波在水中的顺流、逆流传播速度。由于超声波在水中顺流、逆流传播相同距离存在时间差，而传播时间差与被测水体的流速有关，因此测出该时间差就可以得出水的流速。

根据换能器与主机连接方式的不同，超声波时差法测流分为有线时差法测流和无线时差法测流两种。如图1所示。

有线时差法测流的主机位于河道一侧，对岸的换能器需要通过线缆架空或经过河底敷设至主机一侧，对于水面较宽的河道来说，施工麻烦、工程量大。对于有船只通行的河道，过河线缆的保护也是个问题。

综上所述，本实用新型设计了一种低成本无线超声波时差法测流设备。无需线缆过河，解决了有线施工困难的问题，同时实现了低成本化。

技术实现要素：

针对现有技术上存在的不足，本实用新型目的是在于提供一种低成本无线超声波时差法测流设备，河道一侧放置一台主机，本侧换能器只连接至主机。河道对岸放置一台从机，对岸换能器只连接至从机。这样就不存在线缆过河问题，有效避免了有线时差法施工难、工程量大的问题，尤其适用于较宽的河道和有少量船只通航的河道。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种低成本无线超声波时差法测流设备，包括左岸设备和右岸设备，所述的左岸设备包括主机、主机换能器、左岸短传、左岸gps及配套设备，所述的右岸设备包括从机、从机换能器、右岸短传、右岸gps及配套设备；所述的左岸的主机gps及配套设备与右岸的从机gps及配套设备通过卫星授时实现时间同步，主机控制主机换能器向从机换能器发送超声波信号，从机控制从机换能器向主机换能器发送超声波信号，对方接收到超声波信号后，分别计算出顺流传输时间与逆流传输时间；从机将超声波从主机换能器到从机换能器的传输时间通过右岸短传发送给主机，主机接收到该时间后，与自身测得的时间相减，得到超声波顺流、逆流传输时间差，根据超声波在水中的传输速度，即可计算得到水体流速。

作为优选，所述的主机、主机换能器、左岸短传、左岸gps及配套设备均设置在左岸，所述的从机、从机换能器、右岸短传、右岸gps及配套设备设置在对岸。

作为优选，所述的主机连接主机换能器。

作为优选，所述的从机连接从机换能器。

本实用新型的有益效果：

本实用新型实现的无线时差法测流主机、从机、传感器及零配件均采用国产设备，单点（单声道）全套设备造价十万元左右，与quantum等国外无线时差法产品上百万的价格相比，在100米以内河宽应用场景下，有明显的成本优势和推广价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；

图1为时差法测流示意图；

图2为本实用新型的结构原理图；

图3为本实用新型的数据处理流程图；

图4为本实用新型的外观示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

参照图2、图3、图4，本具体实施方式采用以下技术方案：一种低成本无线超声波时差法测流设备，包括左岸设备和右岸设备，所述的左岸设备包括主机1、主机换能器2、左岸短传3、左岸gps及配套设备4，所述的右岸设备包括从机5、从机换能器6、右岸短传7、右岸gps及配套设备8；所述的主机1的左岸gps及配套设备4与从机5的右岸gps及配套设备8通过接收卫星9授时信号实现系统时间同步，主机1控制主机换能器向从机换能器发送超声波信号，从机5控制从机换能器向主机换能器发送超声波信号，对方接收到超声波信号后，分别计算出顺流传输时间与逆流传输时间；从机5将超声波从主机换能器2到从机换能器6的传输时间通过右岸短传7发送给主机1，主机1接收到该时间后，与自身测得的时间相减，得到超声波顺流、逆流传输时间差，根据超声波在水中的传输速度，即可计算得到水体流速。

所述的主机1、主机换能器2、左岸短传3、左岸gps及配套设备4均设置在左岸，所述的从机5、从机换能器6、右岸短传7、右岸gps及配套设备8设置在对岸。

所述的主机1连接主机换能器2。

所述的从机5连接从机换能器6。

本具体实施方式设备测得的是线流速，实际工作中需要的断面平均流速。为了获得线流速与断面平均流速之间的关系，需要开展流速率定工作，获得流速率定关系公式。测得线流速后，代入流速率定关系公式，即可求得断面平均流速。本实用新型支持各种rs485接口及4~20ma模拟量接口的水位计接入。

为测得断面平均流量，进行流速测定的同时还要测量水位，断面形状一定的情况下，不同的水位具有不同的断面过水面积，测得水位即可求得断面过水面积。断面平均流速与断面过水面积相乘，即可获得断面平均流量。

本具体实施方式的结构设计合理，操作方便可靠，成本低，使用效果好，能够有效避免有线时差法施工难、工程量大的问题，尤其适用于较宽的河道和有少量船只通航的河道。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：

1.一种低成本无线超声波时差法测流设备，其特征在于，包括左岸设备和右岸设备，所述的左岸设备包括主机(1)、主机换能器(2)、左岸短传(3)、左岸gps及配套设备(4)，所述的右岸设备包括从机(5)、从机换能器(6)、右岸短传(7)、右岸gps及配套设备(8)；所述的主机(1)的左岸gps及配套设备(4)与从机(5)的右岸gps及配套设备(8)通过卫星(9)授时实现时间同步，主机(1)控制主机换能器向从机换能器发送超声波信号，从机(5)控制从机换能器向主机换能器发送超声波信号，对方接收到超声波信号后，分别计算出顺流传输时间与逆流传输时间；从机(5)将超声波从主机换能器(2)到从机换能器(6)的传输时间通过右岸短传(7)发送给主机(1)，主机(1)接收到该时间后，与自身测得的时间相减，得到超声波顺流、逆流传输时间差，根据超声波在水中的传输速度，计算得到水体流速。

2.根据权利要求1所述的一种低成本无线超声波时差法测流设备，其特征在于，所述的主机(1)、主机换能器(2)、左岸短传(3)、左岸gps及配套设备(4)均设置在左岸，所述的从机(5)、从机换能器(6)、右岸短传(7)、右岸gps及配套设备(8)设置在对岸。

3.根据权利要求1所述的一种低成本无线超声波时差法测流设备，其特征在于，所述的主机(1)连接主机换能器(2)。

4.根据权利要求1所述的一种低成本无线超声波时差法测流设备，其特征在于，所述的从机(5)连接从机换能器(6)。

技术总结
本实用新型公开了一种低成本无线超声波时差法测流设备，所述的左岸的主机GPS及配套设备与右岸的从机GPS及配套设备通过卫星授时实现时间同步，主机与从机同时控制各自换能器向对方换能器发送超声波信号，对方接收到超声波信号后，分别计算出顺流传输时间与逆流传输时间；从机将超声波从主机换能器到从机换能器的传输时间通过短传发送给主机，主机接收到该时间后，与自身测得的时间相减，得到超声波顺流、逆流传输时间差，根据超声波在水中的传输速度，即可计算得到水体流速。本实用新型有效避免了有线时差法施工难、工程量大的问题，尤其适用于较宽的河道和有少量船只通航的河道。

技术研发人员：赵莉丽;巩怀永;刘学志;吴礼福;刘文涛
受保护的技术使用者：亿水泰科(北京)信息技术有限公司
技术研发日：2019.12.29
技术公布日：2020.10.27