一种多普勒超声波测流系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种多普勒超声波测流系统，包括无人船、远程操控端，所述无人船上设置有依次相连的动力装置、测流装置、控制器、通讯装置，所述远程操控端与通讯装置进行无线连接，所述测流装置包括高精度GNSS RTK模块、多普勒超声波流速测量模块、超声波测深模块,通过测流装置实时获取无人船在当前河道中测流点所对应坐标、流体流速及测流点对应的水深，通过处理器进行数据计算获得待测河道剖面的若干河道剖面流量，并通过处理器将所述若干河道剖面流量进行相加得到整个河道剖面总流量，可有效解决传统作业方式效率低下，受地形环境等因素限制较大的情况，同时也解决了现有技术中无法进行多垂线测流量的问题。

A Doppler Ultrasound Flow Measurement System

【技术实现步骤摘要】
一种多普勒超声波测流系统
本技术涉及自动化
，具体涉及一种多普勒超声波测流系统。
技术介绍
目前我国水利水文系统测流主要使用的是传统的机械转子流速仪，由于转子流速仪是靠水流推动叶片(或旋杯)传感器转动从而按一定的关系输出脉冲个数进行换算得出流速值的，但当水流推动传感器转动的同时也破坏了自然流场的型态，所以此类流速仪测得的不是自然流场的流速值，影响了测量精度。当流速太小推力不足于推动叶片转动时就无法测量，所以无法测弱流。由于传感器是转动部件决定了其惧怕泥沙堵塞和水草漂浮物缠绕，会影响测量精度甚至无法测量，惧怕碰撞，容易变形，测量线性较差。随着科技的发展，在水下流速测量的项目中，传统作业主要以人工使用RTK、租船、皮划艇的方式完成项目。浅滩区域常常通过人工带着RTK的方式作业，但是下水测量较为危险并且作业时间较长；对于皮划艇，水上设备难以固定，故此精度的要求常常使作业者头疼；而在租船上，每次测前的准备时间通常会花费2-3小时之久，租船和养船的费用相对较高，有些特殊区域就连找船也是个问题。所以，其实传统方式很难满足项目工期要求和作业要求。传统的多普勒超声波流速只能测量一个流速点，且只能单个垂线测量，对于较宽的河道一般选用进口ADCP，成本颇高，并且使用复杂。
技术实现思路
本技术的目的在于提出一种多普勒超声波测流系统，以解决现有技术中人工划船测流的危险性、麻烦性，同时也解决了较宽河道的多垂线流量测量的难题。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种多普勒超声波测流系统，包括无人船、远程操控端，所述无人船上设置有动力装置、测流装置、控制器、通讯装置，所述动力装置和控制器分别设置在无人船船体内部，所述通讯装置设置在无人船上表面，所述测流装置包括设置在无人船上表面的高精度GNSSRTK模块，以及设置在无人船底部的多普勒超声波流速测量模块和超声波测深模块,所述控制器分别连接所述动力装置、测流装置、通讯装置，所述远程操控端与通讯装置进行无线连接。进一步的，所述动力装置包括推进器、电子调速器，所述电子调速器与所述推进器电连接，所述电子调速器控制所述推进器的启停、转速与转动方向。进一步的，所述高精度GNSSRTK模块包括FPGA芯片、卫星接收机芯片、ARM芯片以及RTK处理器，所述FPGA芯片根据卫星接收机芯片传输的电信号来对卫星进行跟踪捕获以得到卫星信息；所述ARM芯片根据FPGA芯片跟踪捕获解调出来的卫星信息进行处理后得到定位结果信息，将处理得到的定位结果信息返回给FPGA芯片；所述RTK处理器用于接收FPGA芯片传输的定位结果信息。进一步的，在本技术中，所述高精度GNSSRTK模块用于无人船在河道中进行测流工作时对当前测流点进行坐标定位。进一步的，所述多普勒超声波流速测量模块通过多普勒法测量流速的原理来测量当前流体的流速。进一步的，所述超声波测深模块用于测量当前测流点所对应的水深。进一步的，所述通讯装置可以接收所述通讯装置可以接收有线通讯信号或无线通讯信号。进一步的，所述远程操控端可以为计算机、手机、Ipad中的任意一种。进一步的，所述远程控制端通过通讯装置对处理器进行数据互通和访问监控。更进一步的，通过所述远程控制端可以控制无人船的行驶轨迹以及行驶参数；可以实时获取无人船在当前河道中测流点所对应坐标、流体流速及测流点对应的水深，以及处理器通过所测数据进行计算获得的多个河道剖面流量数据或整个河道剖面数据总和。本技术所述的一种多普勒超声波测流系统，其工作原理是：通过远程控制端预先规划无人船沿待测河道行驶的路径及行驶速度，在河道一边开始测流，到达指定对岸完成测流工作，通过在无人船上表面设置高精度GNSSRTK模块，以及在无人船底部设置多普勒超声波流速测量模块和超声波测深模块，可以分别实时获取无人船在当前河道中测流点所对应坐标、流体流速及测流点对应的水深，通过处理器进行数据计算获得待测河道剖面的若干河道剖面流量，并通过处理器将所述若干河道剖面流量进行相加得到整个河道剖面总流量。本技术的有益效果是：1)、通过远程控制端可以灵活控制无人船在河道中进行流量检测，可有效解决传统作业方式效率低下，受地形环境等因素限制较大的情况。2)、通过在无人船上表面设置高精度GNSSRTK模块，以及在无人船底部设置多普勒超声波流速测量模块和超声波测深模块，可以分别实时获取无人船在当前河道中测流点所对应坐标、流体流速及测流点对应的水深，通过处理器进行数据计算可以获得完整的河道剖面总流量，解决了现有技术中无法进行多垂线测流量的问题。附图说明图1为本技术所涉及的测流系统正结构示意图；图2为本技术所涉及的测流系统侧面示意图；图3为本技术所涉及的河道剖面示意图。图中：无人船1、远程操控端2、动力装置3、测流装置4、控制器5、通讯装置6、推进器31、电子调速器32、高精度GNSSRTK模块41、多普勒超声波流速测量模块42、超声波测深模块43。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。参照附图1-2所示，一种多普勒超声波测流系统，包括无人船1、远程操控端2，所述无人船1上设置有动力装置3、测流装置4、控制器5、通讯装置6，所述动力装置3和控制器5分别设置在无人船1船体内部，所述通讯装置6设置在无人船1上表面，所述测流装置4包括设置在无人船上表面的高精度GNSSRTK模块41，以及设置在无人船1底部的多普勒超声波流速测量模块42和超声波测深模块43,所述控制器5分别连接所述动力装置3、测流装置4、通讯装置6，所述远程操控端2与通讯装置6进行无线连接。进一步的，所述动力装置3包括推进器31、电子调速器32，所述电子调速器32控制所述推进32器的启停、转速与转动方向。通过远程控制端2预先规划无人船1行驶的轨迹以及设定无人船1行驶的速度并发出数据信号，通过通讯装置6接收数据信号并将这些信号传输到控制器5，控制器5根据所述数据信号控制电子调速器32实施所需要的速度来控制所述推进器带动无人船1按照预定轨迹和速度进行行驶。进一步的，所述高精度GNSSRTK41模块包括FPGA芯片、卫星接收机芯片、ARM芯片以及RTK处理器，所述FPGA芯片根据卫星接收机芯片传输的电信号来对卫星进行跟踪捕获以得到卫星信息；所述ARM芯片根据FPGA芯片跟踪捕获解调出来的卫星信息进行处理后得到定位结果信息，将处理得到的定位结果信息返回给FPGA芯片；所述RTK处理器用于接收FPGA芯片传输的定位结果信息。进一步的，在本技术中，所述高精度GNSSRTK模块41用于无人船在河道中进行测流工作时对当前测流点进行坐标定位。在本实施例中，设定无人船在河道一边初始检测位置为原点，进行测流工作时，当前测流点相对于河道起点岸边的垂直距离为L。进一步的，所述多普勒超声波流速测量模块42通过多普勒法测量流速的原理来测量当前流体的流速，所述多普勒法测量流速的原理为：多普勒效应是由于声源与观测者之间存在着相对运动，使观测者听到的声音频率不同于声源所发出声音频率的现象，在水体流量测量中，多普勒测流速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多普勒超声波测流系统，其特征在于：包括无人船、远程操控端，所述无人船上设置有动力装置、测流装置、控制器、通讯装置，所述动力装置和控制器分别设置在无人船船体内部，所述通讯装置设置在无人船上表面，所述测流装置包括设置在无人船上表面的高精度GNSS RTK模块，以及设置在无人船底部的多普勒超声波流速测量模块和超声波测深模块,所述控制器分别连接所述动力装置、测流装置、通讯装置，所述远程操控端与通讯装置进行无线连接。

【技术特征摘要】
1.一种多普勒超声波测流系统，其特征在于：包括无人船、远程操控端，所述无人船上设置有动力装置、测流装置、控制器、通讯装置，所述动力装置和控制器分别设置在无人船船体内部，所述通讯装置设置在无人船上表面，所述测流装置包括设置在无人船上表面的高精度GNSSRTK模块，以及设置在无人船底部的多普勒超声波流速测量模块和超声波测深模块,所述控制器分别连接所述动力装置、测流装置、通讯装置，所述远程操控端与通讯装置进行无线连接。2.根据权利要求1所述的一种多普勒超声波测流系统，其特征在于：所述动力装置包括推进器、电子调速器，所述电子调速器与所述推进器电连接，所述电子调速器控制所述推进器的启停、转速与转动方向。3.根据权利要求1所述的一种多普勒超声波测流系统，其特征在于：所述高精度GNSSRTK模块包括FPGA芯片、卫星接收机芯片、ARM芯片以及RTK处理器，所述FPGA芯片根据卫星接收机芯片传输的电信号来对卫星进行跟踪捕获以得到卫星信息；所述ARM芯片根据FPGA芯片跟踪捕获解调出来的卫星信息进行处理后得到定位结果信息，将处理得到的定位结果信息返回给FPGA芯片；所述RTK处理器用于接收FPGA芯片传输的定位结果信息。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘高军，陈鹏，杨虎，孙壮壮，王浩宇，
申请(专利权)人：武汉德希科技有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北,42