一种无动力自稳定水面水文仪

本发明属于水文信息采集，具体涉及一种无动力自稳定水面水文仪。

背景技术：

1、水文仪在一些信号微弱、环境复杂的地区存在难以布置或难以获取信息等问题。目前的水文仪结构较为复杂，难于布放，可布放的范围较小。

2、如申请号为cn202110011733.5的专利申请公开了一种浮式水文观测仪，此观测仪的结构较为复杂，且不便于在使用环境中进行设置。

技术实现思路

1、本发明的目的是能够在水面上便捷地获得水文信息，通过上位机实时获取水文信息，并可通过组网形式获取区域水文信息。本发明可以在信号微弱、环境复杂的地点进行便捷布放，可由陆地抛投至水面上，此水文仪可利用水流对其壳体的冲击形成陀螺效应，在无动力的情况下通过陀螺效应，实现对水文仪位置的基本定位，并保证测量深度方向为竖直向下，测量结果更准确。本发明丰富了水文仪种类，扩展了水文信息采集范围。

2、为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种无动力自稳定水面水文仪，包含腔体上端盖、腔体下端盖、锂电池、通讯电路板、功能电路板、腔体壳体、浮力壳体、水声换能器和入水检测传感器。所述腔体上端盖与腔体下端盖和腔体壳体形成密闭腔体，所述锂电池、通讯电路板、功能电路板设于所述密闭腔体内；所述密闭腔体位于所述浮力壳体内底部。其中，水声换能器内含有水温检测模块，可入水检测水温。腔体上端盖的作用是与腔体下端盖和腔体壳体形成密闭腔体保护电池电路，腔体上端盖还内置有北斗天线，用于传输北斗模块信号；腔体下端盖的作用是与腔体上端盖和腔体壳体形成密闭腔体保护电池电路；锂电池的作用是给水文仪系统供电；通讯电路板的作用是提供通讯功能，其上搭载北斗模块，用于传输数据到上位机；功能电路板的作用是实现检测水温、水深，其集成有水温检测模块和水声换能器驱动及数据处理模块；腔体壳体与腔体上端盖和腔体下端盖形成密闭腔体保护电池电路；浮力壳体通过与水流作用产生陀螺效应，实现水文仪的无动力自稳定；水声换能器的作用发出声波与接收声波，经由功能电路板处理后得到水深数据；便携抛投式水面水文仪使用锂电池进行供电，通讯电路板和功能电路板分别与锂电池连接，浮力壳体提供产生陀螺效应的条件与浮力。

4、上述技术方案中，进一步地，所述浮力壳体整体为球体，在球体下端设有若干沿球体径向均匀分布的叶片，叶片在水流的作用下产生一个固定方向的力矩，带动水文仪旋转，产生陀螺效应。

5、所述水文仪的工作方法为：

6、水文仪入水后，安装在浮力壳体上的入水检测传感器检测到水文仪已入水，控制水文仪开机，功能电路板上的水温检测模块从内置在水声换能器中的测温探头得到其阻值变化信息，处理后即可得到水温数据，功能电路板中的水声换能器驱动及数据处理模块使能水声换能器，水声换能器返回的信号被水声换能器驱动及数据处理模块处理后得到水深数据，水体流动速度信息通过北斗模块提供的数据进行反演计算得出，功能电路板上的下位机程序将所有数据进行处理后打包，打包好的数据信息通过通讯电路板上搭载的北斗模块以发送短报文的形式传输到上位机，上位机界面显示水文仪的水体流速、水深、水温及测试点的经纬度数据；基于测试点的经纬度数据，可得到水文仪的轨迹信息。

7、当水体静止时，水文仪的测试位置相对固定；当水体流动时，假设水流流动方向为自左向右，水体流动时会对浮力壳体造成冲击，浮力壳体在水流对壳体产生的力矩作用下会发生顺时针旋转，持续旋转的水文仪可看作一个陀螺体，当水文仪旋转时会产生一个稳定的自转轴，并且这个自转轴的方向保持不变，即使外力作用在水文仪上面也不会改变自转轴的方向，故水文仪在波浪的影响下仍可以保证一定的稳定性。

8、本发明具有以下有益效果：

9、1、该便携式抛投水面水文仪布放方便，结构简单有效；

10、2、可探测水深大，应用范围广泛，可在湖泊、河流、浅海地区布放；

11、3、信息获取及时，无需现场查看数据；

12、4、通过壳体与水流作用力产生陀螺效应可实现水文仪自稳定，比一般浮体结构稳定性更强。

技术特征：

1.一种无动力自稳定水面水文仪，其特征在于，包括腔体上端盖、腔体下端盖、锂电池、通讯电路板、功能电路板、腔体壳体、浮力壳体、水声换能器和入水检测传感器；所述腔体上端盖与腔体下端盖和腔体壳体形成密闭腔体，所述锂电池、通讯电路板、功能电路板设于所述密闭腔体内；所述密闭腔体位于所述浮力壳体内底部；所述通讯电路板和功能电路板分别与锂电池连接；所述水声换能器设于所述浮力壳体底部，与所述功能电路板相连；所述入水检测传感器设于浮力壳体上，用于检测水文仪是否入水，并在水文仪入水后控制其开机；

2.根据权利要求所述的一种无动力自稳定水面水文仪，其特征在于，所述浮力壳体的结构具体为：所述浮力壳体整体为球体，在球体下端设有若干沿球体径向均匀分布的叶片，叶片在水流的作用下产生一个固定方向的力矩，带动水文仪旋转，产生陀螺效应。

3.根据权利要求所述的一种无动力自稳定水面水文仪，其特征在于，所述水声换能器中内置有测温探头，所述水温检测模块得到测温探头的阻值变化信息，处理后得到所述水温数据。

4.根据权利要求所述的一种无动力自稳定水面水文仪，其特征在于，对北斗模块提供的数据进行计算得到水体流速数据。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种无动力自稳定水面水文仪，其特征在于，所述功能电路板的下位机将所有数据进行处理后打包，打包好的数据信息通过北斗模块传输到上位机，上位机界面显示水文仪的水体流速、水深、水温及测试点的经纬度数据。

技术总结
本发明公开了一种无动力自稳定水面水文仪，所述水文仪包括腔体上端盖、腔体下端盖、锂电池、通讯电路板、功能电路板、腔体壳体、浮力壳体、水声换能器和入水检测传感器；腔体上端盖与腔体下端盖和腔体壳体形成密闭腔体，所述锂电池、通讯电路板、功能电路板设于所述密闭腔体内；密闭腔体位于浮力壳体内底部；所述通讯电路板和功能电路板分别与锂电池连接；所述水声换能器设于浮力壳体底部，与功能电路板相连；所述入水检测传感器设于浮力壳体上，用于检测水文仪是否入水，并在水文仪入水后控制其开机。本发明的水文仪可利用水流对浮力壳体的冲击形成陀螺效应，在无动力的情况下实现对水文仪位置的基本定位并保证测量深度方向竖直向下。

技术研发人员：张锋,宁扬,赵玉成,朱云海,张君宇,王汉鹏,许珂伟
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19