一种多模式集合多用途的水文缆道测流装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多模式集合多用途的水文缆道测流装置及方法，由自发电系统、水质自测系统、自预警系统、信号自传输系统组成。利用傅里叶变换红外光谱对自采集水样进行检测，实现对所测断面水体水质的实时观测；配合改进流速仪中安嵌电枢绕组构成电机转子的轴承和安嵌铁芯和定子绕组构成电机定子的轴套，实现在励磁作用下定子和转子之间的自发电功能；配合无线电磁传感器实现在有线数据传输失效的情况下，满足数据正常传输、保存的目的。本发明专利技术可广泛应用于各类水文站的缆道测流过程中，实现在应急状态下（如电源设备水毁、突发停电等状况）满足自发电测流、自监测水质状况、自传输流速和水质信号数据、自预警的多模式、多角度、多功能用途。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多模式集合多用途的水文缆道测流装置及方法，属于水文仪器领域。
技术介绍
水文测验过程中涉及的测流的方法众多，主要存在两种测流手段：第一，机械式测流，包括常规旋桨（或旋杯）式流速仪测流、机械转子流速仪测流等；第二，自动式测流，包括多普勒流速仪测流、电磁流量计测流、声学点流速仪测流、电波流速仪测流、光学流速仪测流等。流速流量测量是水文模型试验基础数据中必不可少的一部分，而上述两类测流方法也均存在着各种短板和不足。如：常规旋桨（或旋杯）式流速仪采集的流速数据通过通讯电缆传送至水文站房内的工作台数据处理中心。这就需要布置一定数量的传输电缆，此外，当传输距离比较远时，信号衰减严重，数据出错率比较高，要保证数据有效性需要加辅助设备对信号进行有效的放大处理；机械转子流速仪，这种流速仪存在着测速范围较窄，起动流速大，不能测弱流，惧怕泥沙水草等漂浮物，破坏流场，传感器易损坏，测量精度低，不能满足长期自动监测的需求等缺陷；多普勒流速仪是采用超声换能器，用超声波探测流速，精度虽高但是成本较高；电磁流量计是应用电磁感应原理，根据导电流体通过外加磁场时干生的电动势来测量导电流体流量，用于间接测量流速，存在测量效率不高的问题。以上缺陷和不足都是进过无数水文工作者总结出来的，在总结过程中，人们也相应对其中的短板进行了改进。中国技术专利CN205067521U介绍了一种基于数字图像分析的流速仪，它通过捕捉流体图像中的杂质或波纹位置，计算得出流体流速。中国技术专利CN205091355U介绍了一种V形通道超声波流速仪，利用超声波对液体反馈的信号接收和分析，达到测量流速的目的。中国技术专利CN205120743U介绍了一种无线电磁流速仪，利用内置于流速仪中的多个模块，将流速信号以无线的方式传输，省去了繁琐的布线过程。中国技术专利CN205229182U介绍了一种微探头超声波多普勒流速仪，利用声学原理，探测较浅水域的流速。中国科学技术大学张梦霖和浙江大学何金成等研究学者利用傅里叶变换红外光谱对废水水体COD进行了检测，并构建相应的检测模型和评价标准。傅里叶变换红外光谱的迅速发展使得对水体水质进行自采集、自分析和自检验成为了可能；同时，无线电磁传输技术的迅猛发展也为传输水体中的流速、流量信息提供了解决途径；因此，开发基于傅里叶变换红外光谱数据采集的多模式缆道测流装置，对于应对复杂多变的气候环境下对测流的影响，实现多模式、多目标、多功能集合下，提升测流装备的可靠性，满足未来测流装置科学化、精细化、智能化的要求具有重要的理论意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种多模式集合多用途的水文缆道测流装置及方法，利用傅里叶变换红外光谱对自采集水样进行检测，实现对所测断面水体水质的实时观测；配合改进流速仪中安嵌电枢绕组构成电机转子的轴承和安嵌铁芯和定子绕组构成电机定子的轴套，实现在励磁作用下定子和转子之间的自发电功能；配合无线电磁传感器实现在有线数据传输失效的情况下，满足数据正常传输、保存的目的。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一方面，本专利技术提供一种多模式集合多用途的水文缆道测流装置，包括铅鱼以及安装在铅鱼上的流速仪、浮标。该装置还包括为装置供电的自发电系统、水质自测系统、信号自传输系统；其中，水质自测系统垂直安装在铅鱼尾翼部，信号自传输系统固定安装在铅鱼悬挂机构上方、浮标的下方，自发电系统固定安装在铅鱼前部的流速仪悬杆上；自发电系统包括电枢绕组、铁芯、定子绕组，其中，电枢绕组安嵌在流速仪轴承外表面，构成电机转子；铁芯和定子绕组组成电机定子，安嵌在流速仪桨轴轴套内部且垂直于轴套的轴线；水质自测系统包括水样采集器和傅里叶变换红外光谱仪，水样采集器包括文氏管、装有有机溶液的腔体、KBr晶片，文氏管将水样吸入后与腔体内的有机溶液进行混合，混合溶液通过KBr晶片制模，傅里叶变换红外光谱仪对制模溶液进行相位干涉、信号衡量、水质分析和红外成像，实现对水样水质的自行检测；信号自传输系统包括信号接收单元、数据处理单元、信号发射单元、信号反馈单元、微处理器、存储单元、双电源转换开关，其中，信号接收单元用于接收流速仪的流速信号和水质自测系统的水质数据，并传输至数据处理单元，数据处理单元对流速信号和水质数据进行编译，编译后的流速信号和水质数据通过信号发射单元传输至水文站，水文站接收到流速信号和水质数据后发送反馈信号至信号反馈单元，若信号反馈单元未接收到反馈信号则微处理器触发双电源转换开关接通存储单元以存储流速信号和水质数据。作为本专利技术的进一步优化方案，浮标为外部包裹有机玻璃或塑料的LED发光二级灯管。作为本专利技术的进一步优化方案，浮标上还设置有电磁式蜂鸣器。作为本专利技术的进一步优化方案，信号发射单元为电磁传感器。作为本专利技术的进一步优化方案，傅里叶变换红外光谱仪包括依次连接的Savitzky-Golay干涉仪、DTGS检测器、TQAnalystV6光谱定量分析软件、成像元件。作为本专利技术的进一步优化方案，该装置还包括安装在流速仪上的第一蓝牙传输装置，用于将流速仪测量的流速信号传输至信号自传输系统。作为本专利技术的进一步优化方案，该装置还包括安装在水质自测系统上的第二蓝牙传输装置，用于将水质数据传输至信号自传输系统。另一方面，本专利技术还提供一种基于上述一种多模式集合多用途的水文缆道测流装置的测流方法，包括如下具体步骤：1）组装自发电系统：在流速仪轴承外表面安嵌电枢绕组，构成电机转子；再将流速仪桨轴轴套内部垂直于轴套轴线部分安嵌由铁芯、定子绕组组成的电机定子；将组装好的自发电系统固定在铅鱼前部的流速仪悬杆上；2）检查组装后流速仪的运转状态：轻吹桨叶，检查桨叶是否转动灵活或无磨擦卡阻现象，并用万用表检查流速仪装置内部银质金属丝通信是否正常；3）在铅鱼尾翼部垂直安装水质自测系统；4）将信号自传输系统固定在铅鱼的悬挂机构上方和浮标下方的区域；5）将测流装置放入检测水域，流速仪对该水域的流速进行检测，同时水质自测系统对该水域的水样进行水质检测；流速信号以及水质数据通过信号自传输系统传输至水文站；当水文站出现故障，信号自传输系统对流速信号以及水质数据进行存储。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术多模式集合多用途缆道测流装置利用傅里叶变换红外光谱数据采集系统使常规的流速仪具有实时探测所测断面水质（COD、BOD）的功能，并形成光谱影像图，对实时掌握河道水质变化提供了一定的参考；利用旋转磁场，产生电磁转矩进行能量转换。将流速仪分别内置定子和转子，将水流的动能转化为电能；配合使用信号自传输系统，实现在装置与水文站失去信号相互链接时，通过信号反馈单元触发ATSE对流速和水质数据进行及时记录保存；最后将传统的钢缆绳浮标改进为一种浮式LED光源浮标，以预警和提示过往船只和人员。实现测流装置的多功能使用。本专利技术利用傅里叶变换红外光谱对采集的水质数据进行分析；利用信号自传输系统将流速和水质数据进行实时采集和传输，当装置与水文站之间的相互链接发生中断时，通过信号自传输系统中的信号反馈单元及时触发ATSE，使其控制储存单元将接收数据保存；利用励磁原理，实现桨轴（内嵌转子）和轴套（内嵌定子）相互切割磁力线，将水流动能转化为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模式集合多用途的水文缆道测流装置，包括铅鱼以及安装在铅鱼上的流速仪、浮标，其特征在于，该装置还包括为装置供电的自发电系统、水质自测系统、信号自传输系统；其中，水质自测系统垂直安装在铅鱼尾翼部，信号自传输系统固定安装在铅鱼悬挂机构上方、浮标的下方，自发电系统固定安装在铅鱼前部的流速仪悬杆上；自发电系统包括电枢绕组、铁芯、定子绕组，其中，电枢绕组安嵌在流速仪轴承外表面，构成电机转子；铁芯和定子绕组组成电机定子，安嵌在流速仪桨轴轴套内部且垂直于轴套的轴线；水质自测系统包括水样采集器和傅里叶变换红外光谱仪，水样采集器包括文氏管、装有有机溶液的腔体、KBr晶片，文氏管将水样吸入后与腔体内的有机溶液进行混合，混合溶液通过KBr晶片制模，傅里叶变换红外光谱仪对制模溶液进行相位干涉、信号衡量、水质分析和红外成像，实现对水样水质的自行检测；信号自传输系统包括信号接收单元、数据处理单元、信号发射单元、信号反馈单元、微处理器、存储单元、双电源转换开关，其中，信号接收单元用于接收流速仪的流速信号和水质自测系统的水质数据，并传输至数据处理单元，数据处理单元对流速信号和水质数据进行编译，编译后的流速信号和水质数据通过信号发射单元传输至水文站，水文站接收到流速信号和水质数据后发送反馈信号至信号反馈单元，若信号反馈单元未接收到反馈信号则微处理器触发双电源转换开关接通存储单元以存储流速信号和水质数据。...

【技术特征摘要】
1.一种多模式集合多用途的水文缆道测流装置，包括铅鱼以及安装在铅鱼上的流速仪、浮标，其特征在于，该装置还包括为装置供电的自发电系统、水质自测系统、信号自传输系统；其中，水质自测系统垂直安装在铅鱼尾翼部，信号自传输系统固定安装在铅鱼悬挂机构上方、浮标的下方，自发电系统固定安装在铅鱼前部的流速仪悬杆上；自发电系统包括电枢绕组、铁芯、定子绕组，其中，电枢绕组安嵌在流速仪轴承外表面，构成电机转子；铁芯和定子绕组组成电机定子，安嵌在流速仪桨轴轴套内部且垂直于轴套的轴线；水质自测系统包括水样采集器和傅里叶变换红外光谱仪，水样采集器包括文氏管、装有有机溶液的腔体、KBr晶片，文氏管将水样吸入后与腔体内的有机溶液进行混合，混合溶液通过KBr晶片制模，傅里叶变换红外光谱仪对制模溶液进行相位干涉、信号衡量、水质分析和红外成像，实现对水样水质的自行检测；信号自传输系统包括信号接收单元、数据处理单元、信号发射单元、信号反馈单元、微处理器、存储单元、双电源转换开关，其中，信号接收单元用于接收流速仪的流速信号和水质自测系统的水质数据，并传输至数据处理单元，数据处理单元对流速信号和水质数据进行编译，编译后的流速信号和水质数据通过信号发射单元传输至水文站，水文站接收到流速信号和水质数据后发送反馈信号至信号反馈单元，若信号反馈单元未接收到反馈信号则微处理器触发双电源转换开关接通存储单元以存储流速信号和水质数据。2.根据权利要求1所述的一种多模式集合多用途的水文缆道测流装置，其特征在于，浮标为外部包裹有机玻璃或塑料的LED发光二级灯管。3.根据权利要求2所述的一种多模式集合多用途的水文缆道测流装置，其特征在于，浮标上还设置有电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卫光，郑佳重，丁一民，邢万秋，董青，傅健宇，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32