CN116819117A - 一种便携式水流速测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种便携式水流速测量仪，包括框座、手持组件、控制器、速度检测模块、动力滑块组件和驱动机构，框座的隧道管四周内壁中部分别有导向滑道，在隧道管的顶部中心固定有转接套且与手持组件的立管套装在一起，动力滑块组件包括固定在一起的滑块和十字块，十字块的每个支撑臂的末端通过销轴安装有随动轮，各随动轮分别匹配安装于相应的导向滑道内；驱动机构用于驱动滑块移动，速度检测模块用于监测滑块的移动速度，通过对比滑块在顺水和/或逆水中移动速度与无阻力模式的移动速度的比对，确定水流速度。本发明简化了操作过程、提高了测量精度，并具备便携性和操作的优势，从而更好地满足了水利工程师在实际工作中对水流速度。

Description

一种便携式水流速测量仪

技术领域

本发明属于水体流速的便携式设备技术领域，具体涉及一种便携式水流速测量仪。

背景技术

目前，便携式水流速测量仪是一种常用的工具，用于测量水体的流速。这些仪器具有轻便、易于携带和操作的特点，适用于户外野外工作和临时测量需求。然而，目前存在一些技术问题和挑战，影响着便携式水流速测量仪的性能和应用范围。

精度和准确性：便携式水流速测量仪在一些情况下可能存在精度和准确性方面的问题。测量过程中可能受到环境因素的干扰，如水流的湍流、水中杂质的存在等。这些因素可能导致测量结果的偏差或不准确，影响测量的可靠性和精度；适用性和通用性：不同水域的形状、尺寸和特性各异，对便携式水流速测量仪的适用性提出了要求。目前的仪器可能在特定水域条件下表现良好，但在其他形状不规则的水域中可能效果不佳。为了提高通用性，需要设计更加灵活和适应性强的测量仪器，能够适应各种水域形态和环境条件；操作简便性：便携式水流速测量仪的操作和设置过程可能相对复杂，需要用户具备一定的专业知识和技能。这对于非专业人员来说可能存在一定的难度，限制了测量仪器的广泛应用。简化操作流程和提供用户友好的界面设计是解决这一问题的关键。

现有便携式水流速测量仪在测量水流速度方面提供了灵活性和便利性，但仍然面临一些技术问题和挑战。

发明内容

针对现有同类产品普遍存在的缺陷和问题，本发明提供一种精确、便捷、适用于各种水域的测量工具，解决现有技术中存在的限制性因素，实现高精度水流速度测量的便携化和智能化。

本发明解决其技术问题的方案是：采用一种便携式水流速测量仪，包括框座和手持组件，以及控制器和速度检测模块，还包括动力滑块组件和驱动机构，所述的框座包括隧道管，在隧道管的四周内壁中部分别有导向滑道，在底部导向滑道的两侧分别有对称的轨道，在隧道管的顶部中心固定有竖向的转接套，该转接套与手持组件的立管套装在一起能够转动；所述的动力滑块组件包括固定在一起的滑块和十字块，滑块装配于轨道内，十字块包括四个支撑臂，每个支撑臂的末端通过销轴安装有随动轮，各随动轮分别匹配安装于相应的导向滑道内；驱动机构用于驱动所述滑块移动，速度检测模块用于监测滑块的移动速度，通过对比滑块在顺水和/或逆水中移动速度与无阻力模式的移动速度的比对，确定水流速度。

优选地，在所述十字块的前侧固定有网层，网层上分布有一系列导流孔，网层能够提供给十字块和滑块来自水流的压力，将水流压力作用于滑块。

优选地，驱动机构包括电机、蜗杆、蜗轮、转轴和轨道轮，在所述滑块内部设置功能腔，在功能腔的顶部竖向固定有电机，电机的转轴延伸至功能腔内后固定有蜗杆，在滑块底部通过转轴安装有轨道轮，同时在转轴上套装有蜗轮，所述蜗杆余蜗轮啮合，所述轨道轮匹配套装于详情的轨道内。

优选地，增加导向机构，包括导流罩和方向翼，导流罩固定或转动安装于隧道管的底部，在导流罩的端部中心固定有竖向的方向翼，利用水流作用下，方向翼始终位于水流方向的前侧，从而利用导向机构确定框座的方向。

优选地，手持组件包括管段、手柄、手持机和主机箱。其中，多个管段收尾螺纹连接形成组合的立管，立管的上端固定安装有手柄，手柄的前端上部设置有线孔，立管的内腔和先孔分别用于装配数据线和电源线，各数据线和电源线汇总于电缆后与主机箱的接口连接，主机箱内设置有控制器，控制器的控制端和显示输出端连接有手持机，手持机设置有相应控制按键和显示屏。

优选地，设置有离合控制机构包括花键轴段、花键轴套、移动盘、原位盘、弹簧和分离电磁体，在所述转轴的一段设置花键轴段，在花键轴段外侧匹配套装有花键轴套，花键轴套的内端固定有移动盘，在所述蜗轮的侧壁固定有原位盘，在移动盘的外侧连接有弹簧，在移动盘的外侧的支架上固定有分离电磁体。

本发明的有益效果：本发明提出一种更加灵活、适用于不规则水域的便携式水流速测量仪。它简化了操作过程、提高了测量精度，并具备便携性和操作的优势，从而更好地满足了水利工程师在实际工作中对水流速度。另外，通过引入离合控制机构，提高了测量精度和实时监测能力，同时具备便携性、非接触式测量和自动化控制等优点，有效解决了现有技术中存在的问题，提升了水流速测量的效果和应用价值。

附图说明

图1是本发明水流速测量仪的结构示意图；

图2是图1中框座的放大结构示意图；

图3是图2的底部结构示意图；

图4是图2的左视图；

图5是图4中A部放大结构示意图；

图6是图4中B-B剖面结构示意图。

图中标号：框座1，动力滑块组件2，驱动机构3，离合控制机构4，导向机构5，转动控制机构6，手持组件7，框座1，隧道管11，导向滑道12，轨道13，转接套14，动力滑块组件2，滑块21，十字块22，随动轮23，网层24，导流孔25，驱动机构3，功能腔31，电机32，蜗杆33，蜗轮34，转轴35，轨道轮36，锁紧丝母37，离合控制机构4，花键轴段41，花键轴套42，移动盘43，原位盘44，弹簧45，分离电磁体46，导向机构5，导流罩51，方向翼52，转动控制机构6，固定环61，转动环62，永磁条63，调向电磁体64，手持组件7，管段71，手柄72，线孔73，手持机74，主机箱75。

实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：一种如图1所示的便携式水流速测量仪，主要针对现有激光多普勒流速仪在进行流量检测时存在的问题和不足而改进，现有激光多普勒流速仪虽然为非接触式，但需要针对特定宽度深度的规则水域，而且需要将激光传感器对准水流方向，即使在人工水渠内测流速，也需要在手持机输入水渠宽度和深度等参数，对于形状不规则水域，这种测速仪精度明显变差。本实施例提供水流速测量仪不受上述因素限制，其主要包括框座1，动力滑块组件2，驱动机构3，导向机构5，转动控制机构6和手持组件7等。

具体地，如图2所示，所述的框座1包括隧道管11，导向滑道12，轨道13和转接套14，其中，隧道管11为横置的矩形管，其具有四周侧壁但前后贯穿，在四周内壁中部分别有导向滑道12，在底部导向滑道12的两侧分别有对称的轨道13，在隧道管11的顶部中心固定有竖向的转接套14，该转接套14与手持组件7的立管套装在一起能够转动。

如图4和图6所示，所述的动力滑块组件2包括滑块21，十字块22，随动轮23，网层24和导流孔25，其中，滑块21的前侧固定有十字块22，十字块22包括四个支撑臂，每个支撑臂的末端通过销轴安装有随动轮23，各随动轮23分别匹配安装于相应的导向滑道12内。

进一步又在所述十字块22的前侧固定有网层24，网层24上分布有一系列导流孔25。网层24能够提供给十字块22和滑块21来自水流的压力，将水流压力作用于滑块21。

如图4和图5所示，所述的驱动机构3包括功能腔31，电机32，蜗杆33，蜗轮34，转轴35，轨道轮36和锁紧丝母37，以及速度检测模块，在所述滑块21内部设置功能腔31，在功能腔31的顶部竖向固定有电机32，电机的转轴延伸至功能腔31内后固定有蜗杆33，在滑块21底部通过转轴35安装有轨道轮36，同时在转轴35上套装有蜗轮34，所述蜗杆33余蜗轮34啮合。所述轨道轮36匹配套装于详情的轨道13内。转轴35的端部通过锁紧丝母37将各轨道轮与转轴固定在一起。速度检测模块用于精准检测滑块的移动速度。

根据出厂前对滑块供电和行走速度的调试，当滑块受到水流阻力时，其移动速度变慢，根据滑块移动速度变慢或变快的程度（滑块被控制具有逆流和顺溜两种速度，分别相对于初始化无水压情况具有速度变化），计算水流阻力，由于水流阻力与水流速度呈线形正比例关系，即可用于监测水流速度。

进一步增加有导向机构5，如图3和图6所示，该导向机构包括导流罩51和方向翼52，其中，导流罩51为管装结构，管腔即为导流通道，导流罩51固定或转动安装于隧道管11的底部，在导流罩51的端部中心固定有竖向的方向翼52，利用水流作用下，方向翼52始终位于水流方向的前侧，从而利用导向机构确定框座1的方向。

当导流罩51转动安装于隧道管11的底部时，采用如图6所示的转动控制机构6，该转动控制机构6包括固定环61，转动环62，永磁条63和调向电磁体64，其中，固定环61固定于隧道管11的底部中心位置，转动环62固定于导向罩51顶部中心位置，固定环61与转动环62匹配套装且挂接在一起，套装部位安装耐磨环套以利于转动。同时，在转动环内腔中固定有永磁条63，在固定环内腔的前后端分别固定安装调向电磁体64，两端调向电磁体64的线圈方向相反，当同时给两端的调向电磁体64接入直流电时，两端调向电磁体64分别对永磁条63两端的磁极吸引，当直流电换向时，两端调向电磁体64分别对永磁条63两端的磁极排斥，排斥后当导流罩51旋转180度后，此时两端调向电磁体64开始对调向后的永磁条63吸引。通过控制器控制对两端调向电磁体64供电和换向控制，从而控制导向机构5的方向，由于隧道管11上部通过转接套14与立管安装且能够转动，从而当导向 机构5转动后，在水流冲击作用下，使得框座1也能够转动180的实现换向。增加导向机构5后，能够根据滑块逆流移动和顺溜移动双向验证水流数据。正反双向验证取平均值主要用于消除因机械阻力因素导致测量误差。

如图1所示，手持组件7包括管段71，手柄72，线孔73，手持机74和主机箱75。其中，多个管段71收尾螺纹连接形成组合的立管，立管的上端固定安装有手柄72，手柄的前端上部设置有线孔73，立管的内腔和先孔分别用于装配数据线和电源线，各数据线和电源线汇总于电缆后与主机箱75的接口连接，主机箱75内设置有控制器，控制器的控制端和显示输出端连接有手持机74，手持机设置有相应控制按键和显示屏，用于通知检测时机，切换方向以验证数据，观察和记录数据信息等。具有紧凑轻便的设计，易于携带和操作，适用于户外野外工作和临时测量需求。

其中显示和记录功能：配备液晶显示屏能够实时显示测量结果，并支持数据记录和存储功能，方便后续分析和报告生成；数据传输和处理：可以通过蓝牙、USB等方式将数据传输到电脑或移动设备进行进一步处理和分析；多参数测量：除了水流速度，一些先进的仪器还具备多参数测量能力，如在隧道管侧壁增加针对水温、流量和深度等因素进行测量的传感器，为综合水体分析提供了更全面的数据支持。

上述便携式水流速测量仪的具体使用过程可能会因仪器型号和厂家说明书的要求而有所不同。在操作仪器前，请务必阅读并遵守相关的使用说明和安全注意事项。但基本的使用过程如下：

1. 准备：

a. 确保仪器电源充足，并检查仪器是否正常工作。

b. 将手持组件7连接到框座1，确保连接稳固。

2. 安装：

a. 将框座1放置在待测水流的位置，并调整框座的方向，使导流罩51朝向水流方向。

b. 使用导向机构5确保框座1的方向正确，根据需要可以通过转动控制机构6实现换向。

3. 启动测量：

a. 按下手持机74上的电源按钮，仪器开始启动。

b. 根据需要设置测量参数，如单位选择、数据记录等。

4. 进行测量：

a. 将动力滑块组件2放入隧道管11内，确保滑块21与水流垂直。

b. 随着水流的冲击，滑块21会受到水流阻力而移动，测量仪器会记录滑块的移动速度。

c. 根据滑块的移动速度变化，计算水流速度，并显示在手持机74的液晶显示屏上。

5. 数据处理和记录：

a. 测量完成后，仪器会将测量结果显示在手持机74的液晶显示屏上。

b. 可以选择将数据通过蓝牙或USB等方式传输到电脑或移动设备进行进一步处理和分析。

c. 根据需要，可以在仪器内部存储数据，以备后续分析和报告生成。

6. 清洁和维护：

a. 使用完毕后，将滑块组件2取出并清洁干净，确保没有残留物。

b. 清洁仪器的各个部件，保持其干燥和无尘。

c. 定期检查和维护仪器的电源和传感器，确保其正常工作。

上述方案对现有技术中存在的问题进行了改进，主要针对现有激光多普勒流速仪的局限性提出的。具体体现在：

1. 针对特定水域的限制：现有激光多普勒流速仪需要在特定宽度和深度的规则水域中使用，并需要将激光传感器对准水流方向。然而，上述方案中的便携式水流速测量仪采用了动力滑块组件和导向机构等设计，不再受限于特定水域的形状和尺寸。它可以适用于不规则水域，包括曲线水道、水渠以及其他形状复杂的水体。

2. 参数输入的简化：相比现有激光多普勒流速仪需要手动输入水域宽度和深度等参数，上述方案中的测量仪器通过实时测量和计算滑块的移动速度来确定水流速度，无需手动输入特定参数。这简化了操作过程，减少了用户的工作量和可能的输入误差。

3. 高精度测量的改进：上述方案中的测量仪器通过驱动机构和导向机构的协同作用，提供了更高精度的水流速度测量。相比于激光多普勒流速仪，该方案在测量精度上有明显的改进，可以更准确地监测水流阻力和计算水流速度。

4. 便携性和操作的改进：上述方案中的便携式水流速测量仪具有紧凑轻便的设计，易于携带和操作。相比于激光多普勒流速仪的复杂安装和使用过程，该测量仪器可以快速进行部署和操作，适用于户外野外工作和临时测量需求。

实施例2：在实施例1基础上，如图5所示，进一步又设置有离合控制机构4包括花键轴段41，花键轴套42，移动盘43，原位盘44，弹簧45和分离电磁体46。即在所述转轴35的一段套固有花键套或直接设置为花键，形成花键轴段41，在花键轴段41外侧匹配套装有花键轴套42，花键轴套42的内端固定有移动盘43，在所述蜗轮的侧壁固定有原位盘44，移动盘43与原位盘44能够匹配贴合或分离，在移动盘43的外侧连接有弹簧45，即弹簧45支撑在一侧轨道轮与移动盘43之间，在移动盘43的外侧的支架上固定有分离电磁体46，该支架连接与滑块的功能腔内壁。自然状态下，在弹簧45的压力作用下，移动盘43与原位盘44贴合在一起，从而使得电机旋转动力能够传递至转轴35的旋转动力，使得滑块21能够被通知移动，但当分离电磁体46被控制器控制通电后，使得移动盘43与原位盘44分离，此时电机的旋转动力无法传递驱动转轴35转动，此时滑块处于脱离驱动状态，即为自由状态。

本实施例通过对滑块的驱动控制和瞬间释放，可以改变滑块的移动状态。通过判断滑块的移动状态，可以确定水流速度。当滑块受到水流阻力时，其移动速度变慢或停止，通过监测滑块的移动状态，可以推断出水流速度的大小。因此，离合控制机构的引入增加了对滑块移动状态的控制和检测能力，提高了测量水流速度的精确性和可靠性。

本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种便携式水流速测量仪，包括框座（1）和手持组件（7），以及控制器和速度检测模块，其特征在于，还包括动力滑块组件（2）和驱动机构（3），所述的框座（1）包括隧道管（11），在隧道管（11）的四周内壁中部分别有导向滑道（12），在底部导向滑道（12）的两侧分别有对称的轨道（13），在隧道管（11）的顶部中心固定有竖向的转接套（14），该转接套（14）与手持组件（7）的立管套装在一起能够转动；所述的动力滑块组件（2）包括固定在一起的滑块（21）和十字块（22），滑块（21）装配于轨道（13）内，十字块（22）包括四个支撑臂，每个支撑臂的末端通过销轴安装有随动轮（23），各随动轮（23）分别匹配安装于相应的导向滑道（12）内；驱动机构（3）用于驱动所述滑块移动，速度检测模块用于监测滑块的移动速度，通过对比滑块在顺水和/或逆水中移动速度与无阻力模式的移动速度的比对，确定水流速度。

2.根据权利要求1所述的便携式水流速测量仪，其特征在于，在所述十字块（22）的前侧固定有网层（24），网层（24）上分布有一系列导流孔（25），网层（24）能够提供给十字块（22）和滑块（21）来自水流的压力，将水流压力作用于滑块（21）。

3.根据权利要求1所述的便携式水流速测量仪，其特征在于，驱动机构（3）包括电机（32）、蜗杆（33）、蜗轮（34）、转轴（35）和轨道轮（36），在所述滑块（21）内部设置功能腔（31），在功能腔（31）的顶部竖向固定有电机（32），电机的转轴延伸至功能腔（31）内后固定有蜗杆（33），在滑块（21）底部通过转轴（35）安装有轨道轮（36），同时在转轴（35）上套装有蜗轮（34），所述蜗杆（33）余蜗轮（34）啮合，所述轨道轮（36）匹配套装于详情的轨道（13）内。

4.根据权利要求1所述的便携式水流速测量仪，其特征在于，增加导向机构（5），包括导流罩（51）和方向翼（52），导流罩（51）固定或转动安装于隧道管（11）的底部，在导流罩（51）的端部中心固定有竖向的方向翼（52），利用水流作用下，方向翼（52）始终位于水流方向的前侧，从而利用导向机构确定框座（1）的方向。

5.根据权利要求1所述的便携式水流速测量仪，其特征在于，手持组件（7）包括管段（71）、手柄（72）、手持机（74）和主机箱（75）。其中，多个管段（71）收尾螺纹连接形成组合的立管，立管的上端固定安装有手柄（72），手柄的前端上部设置有线孔（73），立管的内腔和先孔分别用于装配数据线和电源线，各数据线和电源线汇总于电缆后与主机箱（75）的接口连接，主机箱（75）内设置有控制器，控制器的控制端和显示输出端连接有手持机（74），手持机设置有相应控制按键和显示屏。

6.根据权利要求1所述的便携式水流速测量仪，其特征在于，设置有离合控制机构（4）包括花键轴段（41）、花键轴套（42）、移动盘（43）、原位盘（44）、弹簧（45）和分离电磁体（46），在所述转轴（35）的一段设置花键轴段（41），在花键轴段（41）外侧匹配套装有花键轴套（42），花键轴套（42）的内端固定有移动盘（43），在所述蜗轮的侧壁固定有原位盘（44），在移动盘（43）的外侧连接有弹簧（45），在移动盘（43）的外侧的支架上固定有分离电磁体（46）。