本发明专利技术提供一种流速计,其利用锁相回路来产生一输出信号,将该输出信号发射至待测水流,并接收自所述待测水流的反射信号。所述流速计根据所述反射信号与所述输出信号的频率差,以及流速计自身的垂直俯角以及水平角,来计算所述待测水流的流速。所述流速计还包含水平仪装置,可侦测流速计的垂直俯角,进而达到自动补偿夹角所导致的误差的效果。
【技术实现步骤摘要】
流速计
本专利技术揭露一种流速计,尤其是指一种发射特定频率的连续波,通过输出波频率与反射波的频率差值来侦测水流流速的流速计。
技术介绍
流速计是用来侦测待测水流的流速,例如用来得知河川或溪流的水流流速,在得知流速之后,便可以判断一定时间内的水量大小,进而评估下游是否会发生灾害,或评估下游水库是否需要泄洪。在传统的流速计中,除了机械涡流阀的测速装置之外,较为人所知的是超音波多普勒雷达(ADV:AcousticDopplervelocimeter)。超音波多普勒雷达利用三个数组的传感器(transducers)测量河水或流体在二维或三维一个单点的流速。在中间的传感器沿该装置的轴线发射一个大功率脉冲声波,并由旁边三个数组的传感器进行接收。根据多普勒原理,在河川或水库对各方向射出的声波,会被流体中的悬浮颗粒反射,通过上述的传感器接收后,多普勒雷达便会根据音频的改变情形判断颗粒的运动方向,并利用多普勒原理换算出所述颗粒的速度,假设所述颗粒随水流运动,则所述颗粒的流速流向可视为水流的流速流向。然而,超音波多普勒雷达需要精准的架设,才能解出不同维度的速度分量,且超音波多普勒雷达对流体中任何存在的悬浮颗粒皆会反射,若是水中有大量杂质(如砂土、石块等),都会造成该系统的误判,此外,超音波多普勒雷达并不合适对远距离的河川及水库进行流速量测。因此,微波多普勒雷达遂应运而生,不同于上述超音波多普勒雷达采脉冲波的测速方式,微波多普勒雷达直接采用连续波(continuouswave)或调频连续波(frequencymodulatedcontinuouswave)对流速进行长时间的量测,以求取流速的平均值,因此,微波多普勒雷达无须精准的架设与流速分析。一般微波多普勒雷达的量测方程式如下:其中v为雷达对水流的相对速度,θ为速度向量在水流方向与雷达中心点连线上的夹角,λ为输出信号(一般为射频信号)的中心频率的波长。然而,微波多普勒雷达亦有其缺点:首先,根据上述方程式(1),多普勒频移Fd直接与射频信号的中心频率相关,但中心频率容易受温度变化和时间改变,造成射频信号的中心频率漂移,进而造成多普勒频移的误差。再者,水流流速向量与微波多普勒雷达中心点连线夹角会产生误差,此误差来自于微波多普勒雷达的架设角度不准确所致,举例来说,θ夹角设为90度时,天线场型与水面垂直,但由上述公式得知其速度分量为0,此外,若要得到最大速度分量时,则其θ夹角对应为0度,此时微波多普勒雷达须架设在水面(流体表面)。因此,业界须开发出一种新式流速计,以解决上述问题。
技术实现思路
因此,本专利技术的目的是提供一种流速计,其能稳定提供具有一定中心频率的输出信号,并且能根据其架设角度,进行自我校正,以解决上述的问题。根据本专利技术的一实施例,本专利技术揭露一种流速计,用来测量一待测水流的水流速度,所述流速计包含有:一信号产生模块,一信号接收模块,一水平仪装置,以及一信号处理模块。所述信号产生模块包含有:一锁相回路,用来产生具有一第一频率的一连续波信号;以及一升频电路,电连接至所述锁相回路,用来对所述连续波信号进行升频,以产生具有一第二频率的一输出信号,并将所述输出信号输出至所述待测水流。所述信号接收模块是用来接收自所述待测水流反射的一反射信号,其中所述反射信号具有一第三频率。所述水平仪装置是用来侦测所述流速计的一垂直俯角以及一水平角。所述信号处理模块电连接至所述信号接收模块以及所述水平仪装置,用来根据所述第三频率与所述第二频率的差值、所述垂直俯角以及所述水平角,计算所述待测水流的流速。根据本专利技术的另一实施例,本专利技术揭露一种流速计,用来测量一待测水流的水流速度,所述流速计包含有:一信号产生模块,一信号接收模块,一水平仪装置,以及一信号处理模块。所述信号产生模块包含有一锁相回路,用来将具有一第一频率的一连续波信号升频以产生具有一第二频率的一输出信号。所述信号接收模块是用来接收自所述待测水流反射的一反射信号,其中所述反射信号具有一第三频率。所述水平仪装置是用来侦测所述流速计的一垂直俯角以及一水平角。所述信号处理模块电连接至所述信号接收模块以及所述水平仪装置,用来根据所述第三频率与所述第二频率的差值、所述垂直俯角以及所述水平角,计算所述待测水流的流速。根据本专利技术的另一实施例,本专利技术揭露一种流速计,用来测量一待测水流的水流速度,所述流速计包含有:一信号产生模块,一信号接收模块,以及一信号处理模块。所述信号产生模块包含有一锁相回路,用来产生具有一第一频率的一连续波信号;以及一升频电路,电连接至所述锁相回路,用来对所述连续波信号进行升频,以产生具有一第二频率的一输出信号,并将所述输出信号输出至所述待测水流。所述信号接收模块是用来接收自所述待测水流反射的一反射信号,其中所述反射信号具有一第三频率。所述信号处理模块电连接至所述信号接收模块,用来根据所述第三频率与所述第二频率的差值,计算所述待测水流的流速。相较于现有技术,本专利技术的流速计能够稳定输出一具有特定中心频率的输出信号,并且可根据其自身的架设角度进行自动校正,因此,本专利技术的流速计不会因为输出信号的中心频率偏移以及其自身的架设角度,而造成多普勒频移的误差,换言之,本专利技术的流速计在温度以及时间的影响下,依然可以准确的测量待测水流的流速。附图说明为让本专利技术的上述内容能更明显易懂,下文特举优选实施例,并配合所附图式,作详细说明如下:图1为本专利技术流速计的功能结构示意图。图2为一锁相回路的功能结构示意图。图3为本专利技术的锁相回路详细功能结构示意图。图4为本专利技术流速计的垂直俯角与水流夹角误差修正示意图。图中的标号分别表示:100、流速计;130、水平仪装置;110、信号产生模块140、信号处理模块;120、信号接收模块;111、200、锁相回路;112、升频电路;113、放大器;114、循环器;115、带通滤波器;1111、频率合成器;1112、220、回路滤波器;1113、230、压控震荡器;1114、240、1116、除频器;121、低噪声放大器;122、混频器;123、低通滤波器;1115、210、相位检测器;131、接口;1117、震荡器。具体实施方式请参考图1,图1为本专利技术流速计100的功能结构示意图。如图1所示,本专利技术流速计100包含有信号产生模块110、信号接收模块120、水平仪装置130以及信号处理模块140。信号产生模块110是用来产生特定频率的连续波信号,在本专利技术一较佳实施例中,所述输出信号为一射频信号。如图1所示,信号产生模块110包含有一锁相回路111、一升频电路112、一放大器113、一循环器(circulator)114以及一带通滤波器115;而这些组件的电连接方式如图1所示,信号处理模块140电连接至信号产生模块110,信号接收模块120,以及水平仪装置130。在此请注意,本专利技术在信号产生模块110中,采用锁相回路111来产生具有一第一频率的连续波信号;由于锁相回路111本身具有反馈系统,因此其产生出来的信号相当稳定,不会因为时间或是温度的影响而产生偏移。换言之,所述连续波信号的中心频率会稳定维持在第一频率,如此一来,信号产生模块110所输出的输出信号也会具有稳定的中心频率,而不会导致之后多普勒频移的偏移。在此请先参阅图2,本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种流速计,用来测量一待测水流的水流速度,其特征在于,所述流速计包含有:一信号产生模块,包含有:一锁相回路,用来产生具有一第一频率的一连续波信号;以及一升频电路,电连接至所述锁相回路,用来对所述连续波信号进行升频,以产生具有一第二频率的一输出信号,并将所述输出信号输出至所述待测水流;一信号接收模块,用来接收自所述待测水流反射的一反射信号,其中所述反射信号具有一第三频率;一水平仪装置,用来侦测所述流速计的一垂直俯角以及一水平角;以及一信号处理模块,电连接至所述信号接收模块以及所述水平仪装置,用来根据所述第三频率与所述第二频率的差值、所述垂直俯角以及所述水平角,计算所述待测水流的流速。
【技术特征摘要】
1.一种流速计,用来测量一待测水流的水流速度,其特征在于,所述流速计包含有:一信号产生模块,包含有:一锁相回路,用来产生具有一第一频率的一连续波信号;以及一升频电路,电连接至所述锁相回路,用来对所述连续波信号进行升频,以产生具有一第二频率的一输出信号,并将所述输出信号输出至所述待测水流;一信号接收模块,用来接收自所述待测水流反射的一反射信号,其中所述反射信号具有一第三频率;一水平仪装置,用来侦测所述流速计的一垂直俯角以及一水平角;以及一信号处理模块,电连接至所述信号接收模块以及所述水平仪装置,用来根据所述第三频率与所述第二频率的差值、所述垂直俯角以及所述水平角,计算所述待测水流的流速。2.根据权利要求1所述的流速计,其特征在于,所述第二频率为所述第一频率的整数倍。3.根据权利要求2所述的流速计,其特征在于,所述第二频率为所述第一频率的两倍。4.根据权利要求1所述的流速计,其特征在于,所述锁相回路电连接至所述信号处理模块,所述...
【专利技术属性】
技术研发人员:曹昺昌,林宏俊,邱上峰,蔡佩珊,张继禾,许盈松,刘建荣,黄志伟,
申请(专利权)人:均利科技股份有限公司,
类型:发明
国别省市:中国台湾;71
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