水文站测验断面H-ADCP冰下在线流量自动监测方法及装置与流程

水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测方法及装置
技术领域
1.本发明涉及一种水文流量检测技术，特别是涉及一种水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测方法及装置。


背景技术：

2.目前利用h-adcp多普勒监测仪测量河道水流的流速和水位的高低已经被广泛应用，但是该方法在冬季结冰的时候使用受到限制，因为冬季北方河道结冰较厚，并且出现不停的结冰情况，人们在野外工作不能太长时间，同时检测仪器的监测精度也受到影响。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、监测精准且降低工作难度的水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测方法及装置。
4.本发明的技术方案是：一种水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测装置，包括多普勒流量监测仪、冰上防冻保暖腔体和水中防冻保暖套管，所述冰上防冻保暖腔体包括筒状保暖体壁和保暖顶盖，二者活动式连接在一起，所述防冻保暖套管贯穿冰层且上部位于所述冰上防冻保暖腔体中，下部位于冰面下方的水中，所述防冻保暖套管的内孔中设置有导轨架，所述导轨架上设置有滑套，所述滑套上设置有固定架，所述固定架上设置有固定基板，所述固定基板上设置有调整板，二者通过螺栓活动式连接，所述多普勒监测仪安装在所述调整板上，所述固定基板的背面设置有导向限位柱，所述导向限位柱位于竖向板的条形孔中，所述竖向板的两端分别设置有横向板，所述横向板与滑套之间设置有转动臂，所述固定架下方的所述导轨架上设置有定位板，所述定位板和固定架之间设置有定位机构，所述定位板上设置有下轮座和下滑轮，所述导轨架的上端设置有上轮座和上滑轮，牵引绳绕过所述上滑轮和下滑轮，其两端分别与所述横向板连接，所述上滑轮上设置有动力机构，所述动力机构通过所述牵引绳带动所述固定架上下移动；所述筒状保暖体壁和保暖顶盖均分别包括外部的壳体和内部的保温材料层，所述防冻保暖套管包括外层保护管和内层保护管，二者之间设置有保温材料层和加热带，所述加热带与电源和温控器连接。
5.进一步地：所述筒状保暖体壁的内部的保温材料层中设置有另一加热带，该加热带与另一电源和温控器连接。
6.进一步地：所述定位机构包括定位销和定位孔，所述定位销和定位孔分别设置在所述固定架和定位板上，防止多普勒监测仪发生平移。
7.进一步地：所述调整板的下部中间设置有螺栓孔，通过固定螺栓与所述固定基板连接，所述调整板的上部两侧分别设置一段弧形孔，通过调整螺栓与所述固定基板连接，所述固定螺栓和调整螺栓上均分别设置两个螺母，能够调整所述调整板的高度和h-adcp的安装姿态。
8.进一步地：所述上滑轮安装在所述上轮座上，其轮轴的一端与棘轮连接，所述上轮座上设置有棘爪，所述棘轮和棘爪构成单向运动，所述轮轴的另一端与摇把连接，摇把作为所述动力机构，或者所述轮轴的另一端与转动电机连接，转动电机作为所述动力机构。
9.进一步地：所述导轨架为梯子状，包括两侧的立柱和中间的横撑板，所述横撑板位于所述立柱的后侧面，所述滑套为c型结构，套装在所述立柱上能够滑动，并且不受所述横撑板的干涉。
10.进一步地：所述定位板的两端通过滑套与所述导轨架滑动式连接，能够上下移动，并且，贯穿所述滑套设置有顶丝，能够使所述定位板固定在某一位置上。
11.一种利用所述水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测装置的水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测方法，其特征是:包括以下步骤：a、在河道的冰面上钻孔，孔径大小与所述水中防冻保暖套管的外径相适应；b、将所述冰上防冻保暖腔体的筒状保暖体壁固定在冰面上，并将所述防冻保暖套管也固定在冰面上；c、将所述导轨架放入所述防冻保暖套管中，根据设定位置将所述固定板进行固定，通过电源使加热带产生热量，保持防冻保暖套管内的水不结冰；d、利用摇把使所述固定架下降，带着多普勒监测仪到达待测位置，所述固定架与固定板相互插合，保持测量的稳定性，多普勒监测仪监测的水流速和水位高信号通过有线网或者无线网传输到外部控制中心；e、监测过程中，筒状保暖体壁和保暖顶盖二者活动式连接在一起，保温设备安装或者检测结束，拿掉保暖顶盖，将设备拿出即可。
12.进一步地: 在多普勒监测仪下降过程中，反向转动摇把，牵引绳将竖向板向下拉，转动臂发生转动，促使滑套变形，从而卡住立柱，形成刹车，便于测量不同水位的流速。
13.进一步地：所述上滑轮和下滑轮均为锥面，利用包角原理，依靠摩擦力带动所述牵引绳转动。
14.本发明的有益效果是：1、本发明通过设置保温措施，使测量仪器处于不结冰的状态，在寒冷的冬季也能实现在线自动监测水流的速度和水位高低，降低了工作难度。
15.2、本发明设置棘轮和棘爪，实现单向进给，方式倒转，另外，利用c型滑套的微变形，也能起到刹车功能，都是为了提高监测精度。
16.3、本发明通过设置导向限位柱，能够有效防止在固定架上升过程中将c型滑套拉坏，造成导向不准确。
17.4、本发明通过设置定位板，能够有效防止监测过程中多普勒监测仪发生平移和有效的调整h-adcp仪器的安装姿态，提高监测精度。
18.5、本发明通过弧形孔和调整螺栓，能够使h-adcp多普勒监测仪左右横向偏转，通过固定螺栓能够使h-adcp多普勒监测仪前后倾斜，有效的调整h-adcp仪器的安装姿态，增加监测的准确性。
19.6、本发明监测精准且降低工作难度，能够在冰冻环境中正常运行使用,广泛适用于水库、河流封冻期的水位和流量自动监测，推广后具有良好的经济效益。
附图说明
20.图1为水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测装置的结构图；图2为图1中升降架的左视图；图3为图2中升降架的俯视图；图4为图2中升降架的后视图；图5为图1中a处放大图；图6为图2中定位板的俯视图。
具体实施方式
21.实施例一：参见图1—图6，图中，1-冰上防冻保暖腔体，2-外层保护管，3-保温材料层，4-加热带，5-内层保护管，8-立柱，9-滑套，10-固定架，11-防护罩，12-定位板，13-横撑板，14-定位销，15-多普勒流量监测仪，16-调整板，17-固定基板，18-弧形孔，19-调节螺栓，20-固定螺栓，21-转动臂，22-导向限位柱，23-横向板，26-竖向板，27-条形孔，28-铰接板，29-顶板，30-上轮座，31-棘轮，32-上滑轮，33-牵引绳，34-摇把，35-固定套，36-滑动套，37-下滑轮，38-下轮座。
22.一种水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测装置，包括多普勒流量监测仪15、冰上防冻保暖腔体1和水中防冻保暖套管，其中：冰上防冻保暖腔体1包括筒状保暖体壁和保暖顶盖，二者活动式连接在一起（图中没有画出保暖顶盖），防冻保暖套管贯穿冰层且上部位于冰上防冻保暖腔体1中，下部位于冰面下方的水中，防冻保暖套管的内孔中设置有导轨架，导轨架上设置有滑套9（图中有四个滑套9，分别位于固定架10的四角处），滑套9上设置有固定架10，固定架10上设置有固定基板17，固定基板17上设置有调整板16，二者通过螺栓活动式连接，多普勒监测仪15安装在调整板16上，固定基板17的背面设置有导向限位柱22（图中为两个，当然也可以是一个或三个，根据具体情况确定），导向限位柱22位于竖向板26的条形孔27中，竖向板26的两端分别设置有横向板23，两个横向板23与滑套9之间设置有转动臂21（图中滑套9上设置有铰接板28，转动臂21与铰接板28转动连接，转动臂21与横向板23页采用转动式连接），固定架10下方的导轨架上设置有定位板12，定位板12和固定架10之间设置有定位机构，定位板12上设置有下轮座38和下滑轮37，导轨架的上端设置有上轮座30和上滑轮32，牵引绳33绕过上滑轮32和下滑轮37，其两端分别与上下两个横向板23连接，上滑轮32上设置有动力机构，动力机构通过牵引绳33带动固定架10上下移动；优选方案：筒状保暖体壁和保暖顶盖均分别包括外部的壳体（可以采用不锈钢板制成）和内部的保温材料层（可以采用保温棉），必要时，在筒状保暖体壁的内部的保温材料层中设置有另一加热带，该加热带与另一电源和温控器连接，实现自动加热和停止加热。
23.优选方案：防冻保暖套管包括外层保护管2和内层保护管5（二者均可采用不锈钢管制成，或者采用不锈钢板卷制而成），二者之间设置有保温材料层3和加热带4，加热带4与电源和温控器连接（图中未画出，为现有技术，具体结构不详述）。
24.优选方案：定位机构包括定位销14和定位孔（图中未画出定位孔），定位销14和定位孔分别设置在固定架10和定位板12上，防止多普勒监测仪15发生平移。
25.优选方案：调整板16的下部中间设置有螺栓孔，通过固定螺栓20与固定基板17连接，调整板16的上部两侧分别设置一段弧形孔18，通过调整螺栓19与固定基板17连接，固定
螺栓20和调整螺栓19上均分别设置两个螺母，并且两个螺母分别位于调整板16的两侧，一个螺母起支撑作用，另一个螺母起固定作用，通过调整固定螺栓20和调整螺栓19上两个螺母的不同高度，能够使调整板16发生倾斜，另外，通过弧形孔18能够使调整板16进行左右摆动位置，这些措施都是调整多普勒监测仪15的姿态的。
26.优选方案：上滑轮32安装在上轮座30上，其轮轴的一端与棘轮31连接，上轮座30上设置有棘爪（图中未画出），棘轮31和棘爪构成单向运动，防止倒转，轮轴的另一端与摇把34连接，摇把34作为动力机构，或者轮轴的另一端与转动电机连接，转动电机作为动力机构。
27.优选方案：导轨架为梯子状，包括两侧的立柱8和中间的横撑板13，横撑板13位于立柱8的后侧面，滑套9为c型结构，套装在立柱8上能够滑动，并且不受横撑板13的干涉。
28.优选方案：定位板12的两端通过滑套与导轨架滑动式连接，能够上下移动，并且，贯穿滑套设置有顶丝，能够使定位板12固定在导轨架的某一位置上。
29.一种水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测方法，其特征是:包括以下步骤：a、在河道的冰面上钻孔，孔径大小与所述水中防冻保暖套管的外径相适应；b、将冰上防冻保暖腔体1的筒状保暖体壁固定在冰面上，并将防冻保暖套管也固定在冰面上，固定方式可以采用固定卡，使二者卡固在冰层上；c、将导轨架放入防冻保暖套管中，根据设定位置将固定板12进行固定，通过电源使加热带4产生热量，保持防冻保暖套管内的水不结冰；d、利用摇把34使固定架10下降，带着多普勒监测仪15到达待测位置，固定架10与固定板12相互插合，保持测量的稳定性，多普勒监测仪15监测的水流速和水位高信号通过有线网或者无线网传输到外部控制中心；e、监测过程中，筒状保暖体壁和保暖顶盖二者活动式连接在一起，能够保温，设备安装或者检测结束，拿掉保暖顶盖，将设备拿出即可。
30.优选方案: 在多普勒监测仪15下降过程中，反向转动摇把34，牵引绳33将竖向板26向下拉，转动臂21发生转动，促使滑套9变形（滑套9采用不锈钢薄管制成，能够发生微变形），从而卡住立柱8，形成刹车，便于测量不同水位的流速。
31.优选方案：上滑轮32和下滑轮37均为锥面，利用包角原理，依靠摩擦力带动牵引绳33转动，如果摩擦力不够，可以将牵引绳33在两个滑轮上缠绕一圈或两圈。
32.多普勒监测仪15监测的数据信号传输到外部的控制中心，由控制中心进行显示屏展示，使人们在监控中心即可看到在线监测结果。为了防止多普勒监测仪15受到水流中杂物的影响，可以在固定架10上安装一个防护罩11。
33.本装置所使用的电源可以采用外部架设线路，也可以就近采用太阳能发电，此为现有技术，具体结构不详述。
34.本装置适用于-10℃至-50℃左右环境温度,适用不同河道水深,可根据测验断面图及往年气温、冰厚、水深条件设计定制。
35.以上所述，仅是本发明的较佳实例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质所作的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测装置，包括多普勒流量监测仪、冰上防冻保暖腔体和水中防冻保暖套管，其特征是：所述冰上防冻保暖腔体包括筒状保暖体壁和保暖顶盖，二者活动式连接在一起，所述防冻保暖套管贯穿冰层且上部位于所述冰上防冻保暖腔体中，下部位于冰面下方的水中，所述防冻保暖套管的内孔中设置有导轨架，所述导轨架上设置有滑套，所述滑套上设置有固定架，所述固定架上设置有固定基板，所述固定基板上设置有调整板，二者通过螺栓活动式连接，所述多普勒监测仪安装在所述调整板上，所述固定基板的背面设置有导向限位柱，所述导向限位柱位于竖向板的条形孔中，所述竖向板的两端分别设置有横向板，所述横向板与滑套之间设置有转动臂，所述固定架下方的所述导轨架上设置有定位板，所述定位板和固定架之间设置有定位机构，所述定位板上设置有下轮座和下滑轮，所述导轨架的上端设置有上轮座和上滑轮，牵引绳绕过所述上滑轮和下滑轮，其两端分别与所述横向板连接，所述上滑轮上设置有动力机构，所述动力机构通过所述牵引绳带动所述固定架上下移动；所述筒状保暖体壁和保暖顶盖均分别包括外部的壳体和内部的保温材料层，所述防冻保暖套管包括外层保护管和内层保护管，二者之间设置有保温材料层和加热带，所述加热带与电源和温控器连接。2.根据权利要求1所述的水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测装置，其特征是：所述筒状保暖体壁的内部的保温材料层中设置有另一加热带，该加热带与另一电源和温控器连接。3.根据权利要求1所述的水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测装置，其特征是：所述定位机构包括定位销和定位孔，所述定位销和定位孔分别设置在所述固定架和定位板上，防止多普勒监测仪发生平移。4.根据权利要求1所述的水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测装置，其特征是：所述调整板的下部中间设置有螺栓孔，通过固定螺栓与所述固定基板连接，所述调整板的上部两侧分别设置一段弧形孔，通过调整螺栓与所述固定基板连接，所述固定螺栓和调整螺栓上均分别设置两个螺母，能够调整所述调整板的高度和h-adcp的安装姿态。5.根据权利要求1所述的水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测装置，其特征是：所述上滑轮安装在所述上轮座上，其轮轴的一端与棘轮连接，所述上轮座上设置有棘爪，所述棘轮和棘爪构成单向运动，所述轮轴的另一端与摇把连接，摇把作为所述动力机构，或者所述轮轴的另一端与转动电机连接，转动电机作为所述动力机构。6.根据权利要求1所述的水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测装置，其特征是：所述导轨架为梯子状，包括两侧的立柱和中间的横撑板，所述横撑板位于所述立柱的后侧面，所述滑套为c型结构，套装在所述立柱上能够滑动，并且不受所述横撑板的干涉。7.根据权利要求1所述的水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测装置，其特征是：所述定位板的两端通过滑套与所述导轨架滑动式连接，能够上下移动，并且，贯穿所述滑套设置有顶丝，能够使所述定位板固定在某一位置上。8.一种利用1-7任一所述水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测装置的水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测方法，其特征是:包括以下步骤：a、在河道的冰面上钻孔，孔径大小与所述水中防冻保暖套管的外径相适应；b、将所述冰上防冻保暖腔体的筒状保暖体壁固定在冰面上，并将所述防冻保暖套管也
固定在冰面上；c、将所述导轨架放入所述防冻保暖套管中，根据设定位置将所述固定板进行固定，通过电源使加热带产生热量，保持防冻保暖套管内的水不结冰；d、利用摇把使所述固定架下降，带着多普勒监测仪到达待测位置，所述固定架与固定板相互插合，保持测量的稳定性，多普勒监测仪监测的水流速和水位高信号通过有线网或者无线网传输到外部控制中心；e、监测过程中，筒状保暖体壁和保暖顶盖二者活动式连接在一起，保温设备安装或者检测结束，拿掉保暖顶盖，将设备拿出即可。9.根据权利要求8所述的水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测方法，其特征是: 在多普勒监测仪下降过程中，反向转动摇把，牵引绳将竖向板向下拉，转动臂发生转动，促使滑套变形，从而卡住立柱，形成刹车，便于测量不同水位的流速。10.根据权利要求8所述的水文站测验断面h-adcp冰下在线流量自动监测方法，其特征是：所述上滑轮和下滑轮均为锥面，利用包角原理，依靠摩擦力带动所述牵引绳转动。

技术总结
本发明公开了一种水文站测验断面H-ADCP冰下在线流量自动监测方法及装置，它包括以下步骤：a、在河道的冰面上钻孔，孔径大小与所述水中防冻保暖套管的外径相适应；b、将所述冰上防冻保暖腔体的筒状保暖体壁固定在冰面上，并将所述防冻保暖套管也固定在冰面上；c、将所述导轨架放入所述防冻保暖套管中，根据设定位置将所述固定板进行固定，通过电源使加热带产生热量，保持防冻保暖套管内的水不结冰；d、利用摇把使所述固定架下降，带着多普勒监测仪到达待测位置，所述固定架与固定板相互插合，保持测量的稳定性，多普勒监测仪监测的水流速和水位信号传输到控制中心。本发明能够在冰冻环境中运行,适用于水库、河流封冻期的水位和流量自动监测。自动监测。自动监测。


技术研发人员：何宇光 沈国庭 宋立全 卜晓祺 金晓俊 刘珺 谢涛 陈群 李乾生 王美智 张俊辉 赵世斗 贾学刚 杨宣东
受保护的技术使用者：郑州黄淮水利科贸有限公司
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/9/14