一种水文专用缆道式超声波多普勒测流系统的制作方法

本技术涉及传感器领域，尤其涉及一种水文专用缆道式超声波多普勒测流系统。

背景技术：

1、在目前的水文系统中，传统的铅鱼式旋浆流速仪是一种常见的流速测速设备，其工作原理是当水流作用到仪器的感应元件旋桨时，旋桨即产生回转运动，其回转率“n”与流速"v”之间存在着一定的函数关系v＝f(n),此关系是通过检定水槽的实验确定的。实验表明，当流速在0.1/s以上时，旋桨式流速仪的检定公式为一线性关系。虽然该技术成熟且使用广泛，在某些环境下依然有其优势，但也存在一些问题和局限性。

2、1.测量精度受限：铅鱼式旋浆流速仪需要对流体进行干扰，并且测量结果还会受到沉积物、水流湍流等因素的影响，因此在测量精度方面存在一定的受限性。需要一定的流速才能进行测量，如果流速太低可能会无法进行测量。

3、2.容易损坏：传统铅鱼式旋浆流速仪的身体结构复杂，因此极易受到水草等物质的缠绕，需要定期进行维护。

4、3.响应时间长：传统的旋浆式流速仪需要等待铅鱼达到一个稳定状态，才能获得一个代表性的数据，因此实时性相对较差，并可能会造成一定误差。

5、4.操作复杂：铅鱼式旋浆流速仪需要人工进行读数并手动计算，需要较高的操作技能和经验，并且测量数据需要手工记录和处理。

6、因此，在某些情况下，传统的铅鱼式旋浆流速仪可以发挥其优势；但随着科技的发展和技术的进步。一种水文专用缆道式多普勒流速仪在水文系统中，相比于铅鱼式旋浆流速仪更有优势。其具有更高的精度、实时性和操作便捷性，且应用范围更广。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、为了解决现有技术的上述问题，本实用新型提供一种水文专用缆道式超声波多普勒测流系统。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

5、一种水文专用缆道式超声波多普勒测流系统，包括供电单元、信号输出单元、主处理器、通信单元、超声波测量单元；所述超声波测量单元通过fpga控制器与主处理器双向传输信号；所述主处理器分别与供电单元、信号输出单元和通信单元相连。

6、进一步的，所述供电单元包括锂电池供电系统和升压电路；所述锂电池供电系统通过升压电路与主处理器相连。

7、进一步的，所述信号输出单元为用于将测量的流速信号转换成脉冲信号供外部终端接收流速信号的开关量输出电路。

8、进一步的，所述通信单元为用于将数据传输到手持终端显示数据的蓝牙无线通信模块。

9、进一步的，所述超声波测量单元包括与fpga控制器相连的信号发生器整形电路；所述信号发生器整形电路通过d类功率放大器与超声波换能器相连；所述超声波换能器通过t/r切换开关与滤波单元相连；所述滤波单元通过高速模数转换器与fpga控制器相连；所述超声波换能器通过t/r切换开关向滤波单元传输信号，经过滤波单元处理的信号通过高速模数转换器后传输给fpga控制器。

10、进一步的，所述超声波换能器为2mhz超声波换能器。

11、进一步的，所述滤波单元包括与t/r切换开关相连的差分放大电路；所述差分放大电路通过t型带通滤波器与自动增益放大器相连；所述自动增益放大器通过锁相环电路与高速模数转换器相连。

12、(三)有益效果

13、本实用新型的有益效果是：

14、1.实用性强：利用超声波技术探测流速，测量点在机体前方，不破坏流场；无转动部件，不惧泥沙堵塞和水草缠绕，探头坚固耐用，不存在泥沙堵塞或水草、杂物缠绕等问题，最适用于泥沙悬浮物含量高，水草等漂浮物多和极其严苛的冰期场合的河流中测量。

15、2.测量范围广：水文专用缆道式多普勒流速仪适用于各种水体环境的流速测量，可在深水、浅水和河底等多样性环境下进行操作，测量范围广。

16、3.高精度测量：水文专用缆道式多普勒流速仪的流速测量结果具有高精度，可以对水流的低速流场甚至零流场进行细致的研究和分析。

17、4,快速响应：水文专用缆道式多普勒流速仪采用的是超声波传感器，具有快速响应的特点，能够0.2秒内获取流场中的流速信息。

18、5.数据记录方便：水文专用缆道式多普勒流速仪可以将测量数据记录在本地计算机中，进行后续的数据处理和分析，方便数据的管理和利用。

19、附图说明

20、为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

21、图1是本实用新型结构示意图；

技术特征：

1.一种水文专用缆道式超声波多普勒测流系统，其特征在于：包括供电单元、信号输出单元、主处理器(1)、通信单元、超声波测量单元；所述超声波测量单元通过fpga控制器(14)与主处理器(1)双向传输信号；所述主处理器(1)分别与供电单元、信号输出单元和通信单元相连。

2.根据权利要求1所述的一种水文专用缆道式超声波多普勒测流系统，其特征在于：所述供电单元包括锂电池供电系统(15)和升压电路(3)；所述锂电池供电系统(15)通过升压电路(3)与主处理器(1)相连。

3.根据权利要求1所述的一种水文专用缆道式超声波多普勒测流系统，其特征在于：所述信号输出单元为用于将测量的流速信号转换成脉冲信号供外部终端接收流速信号的开关量输出电路(2)。

4.根据权利要求1所述的一种水文专用缆道式超声波多普勒测流系统，其特征在于：所述通信单元为用于将数据传输到手持终端显示数据的蓝牙无线通信模块(4)。

5.根据权利要求1所述的一种水文专用缆道式超声波多普勒测流系统，其特征在于：所述超声波测量单元包括与fpga控制器(14)相连的信号发生器整形电路(5)；所述信号发生器整形电路(5)通过d类功率放大器(6)与超声波换能器相连；所述超声波换能器通过t/r切换开关(8)与滤波单元相连；所述滤波单元通过高速模数转换器(13)与fpga控制器(14)相连；所述超声波换能器通过t/r切换开关(8)向滤波单元传输信号，经过滤波单元处理的信号通过高速模数转换器(13)后传输给fpga控制器(14)。

6.根据权利要求5所述的一种水文专用缆道式超声波多普勒测流系统，其特征在于：所述超声波换能器为2mhz超声波换能器(7)。

7.根据权利要求5所述的一种水文专用缆道式超声波多普勒测流系统，其特征在于：所述滤波单元包括与t/r切换开关(8)相连的差分放大电路(9)；所述差分放大电路(9)通过t型带通滤波器(10)与自动增益放大器(11)相连；所述自动增益放大器(11)通过锁相环电路(12)与高速模数转换器(13)相连。

技术总结
本技术涉及一种水文专用缆道式超声波多普勒测流系统，包括供电单元、信号输出单元、主处理器、通信单元、超声波测量单元；所述超声波测量单元通过FPGA控制器与主处理器双向传输信号；所述主处理器分别与供电单元、信号输出单元和通信单元相连。本技术具有实用性高、测量范围广、测量精度高、响应速度快、数据处理方便等优点的测流系统。

技术研发人员：邱剑腾,许敬锋,赵兰,吴梓贤,张章龙
受保护的技术使用者：福建澳泰自动化设备有限公司
技术研发日：20230824
技术公布日：2024/6/5