一种用于检测水流流速及流向的装置
技术领域
本发明涉及流速流向检测装置，具体涉及一种用于检测水流流速及流向的装置。
背景技术
海上结构物在长期使用过程中，始终不断受到海洋洋流的冲刷、海洋波浪的冲击以及海洋生物滋生等因素的影响，容易出现海上结构基础动力软化、材料侵蚀老化等现象，导致海上结构件以及整体抗力的衰减，影响结构的安全度和耐久度。因此，长期监测海洋洋流情况，对了解海上结构物的性能演变，评价构件的工作状态，进行针对性的养修，避免安全事故发生，确保海上结构物的安全，以及提高使用年限具有重要意义，而水流流速、流向是影响海洋施工平台安全的主要因素之一，对海洋水流流速、流向的监测将为海上结构物的正常使用提供安全保障。
流速流向仪是水文测量工作中所使用到的重要仪器，传统流速流向仪存在测量误差大、电路复杂且无法长时间连续工作的缺点，因而无法满足水文测量工作的需要。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种用于检测水流流速及流向的装置，能够有效克服现有技术所存在的测量误差大、电路复杂、无法长时间连续工作的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种用于检测水流流速及流向的装置，包括外壳和电池，所述外壳上分别转动连接有第一转轴、第二转轴，所述第一转轴、第二转轴的一端分别固定有第一连杆、第二连杆，所述第一连杆、第二连杆上均固定有螺旋桨；
所述第一转轴的另一端固定有磁铁，所述第二转轴的另一端与发电机轴连接，所述磁铁与发电机之间设有电路板，所述电路板上设有控制器，所述控制器与用于和磁铁配合计算流速的磁编码器芯片相连，所述控制器与用于检测流向的电子罗盘芯片相连。
优选地，所述发电机通过充电电路向电池充电，所述电池通过供电电路向电路板供电。
优选地，所述控制器与用于向外发送流速、流向数据，并支持外部参数设置的通讯模块U7相连，所述通讯模块U7采用光纤模块。
优选地，所述磁编码器芯片U6连接滤波电容C11、滤波电感L2，所述磁编码器芯片U6在第一转轴转动过程中，通过感应磁铁的磁场输出相应脉冲。
优选地，所述电子罗盘芯片U1连接滤波电容C2、C7、C8，滤波电感L1，以及上拉电阻R12、R13。
优选地，所述充电电路包括依次连接的发电机接入端口P2、整流桥D1、稳压器VR1、电池充电芯片U5；
所述发电机接入端口P2、整流桥D1之间接入用于抑制外部电压的自复位保险丝F3、高压保护组件D2，所述整流桥D1、稳压器VR1之间接入储能滤波电容C21，所述稳压器VR1、电池充电芯片U5之间接入储能滤波电容C3，所述电池充电芯片U5连接储能滤波电容C1。
优选地，所述供电电路包括DC/DC芯片U4，所述DC/DC芯片U4与电池之间连接自复位保险丝F2，所述DC/DC芯片U4、自复位保险丝F2之间接入高压保护组件D5、滤波电容C33和上拉电阻R8，所述DC/DC芯片U4连接储能电感L10，储能电容C57、C5，以及用于调节输出电压的分压电阻R7、R15。
优选地，所述通讯模块U7连接滤波电容C13、C19、C12、C20，滤波电感L3、L4，以及上拉电阻R16、R17。
优选地，所述外壳上分别设有向内延伸的第一环形壳体、第二环形壳体，所述第一转轴与第一环形壳体、第二转轴与第二环形壳体之间均安装有密封轴承。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种用于检测水流流速及流向的装置，利用装置的水流旋转机构，通过磁编码器芯片将当前流速转化为已知脉冲数，并根据记录脉冲数目计算出当前的流速，通过读取电子罗盘芯片内部数据得到当前的磁场方向，进而得到水流流向，从而实现对水流流速、流向地准确测量，并且整体电路非常简单；借助发电机能够将洋流能量转化为电能，为电池充电，从而能够提升装置长时间连续工作的能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明图1中局部结构的放大示意图；
图3为本发明的系统示意图；
图4为本发明中控制器的电路示意图；
图5为本发明中磁编码器芯片及其外围电路示意图；
图6为本发明中电子罗盘芯片及其外围电路示意图；
图7为本发明中通讯模块及其外围电路示意图；
图8为本发明中充电电路的电路示意图；
图9为本发明中供电电路的电路示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种用于检测水流流速及流向的装置，如图1至图3所示，包括外壳1和电池13，外壳1上分别转动连接有第一转轴7、第二转轴11，第一转轴7、第二转轴11的一端分别固定有第一连杆4、第二连杆5，第一连杆4、第二连杆5上均固定有螺旋桨6；
第一转轴7的另一端固定有磁铁8，第二转轴11的另一端与发电机12轴连接，磁铁8与发电机12之间设有电路板10，电路板10上设有控制器，控制器与用于和磁铁8配合计算流速的磁编码器芯片相连，控制器与用于检测流向的电子罗盘芯片相连。
利用装置的水流旋转机构，通过磁编码器芯片将当前流速转化为已知脉冲数，并根据记录脉冲数目计算出当前的流速；通过读取电子罗盘芯片内部数据得到当前的磁场方向，进而得到水流流向，从而实现对水流流速、流向地准确测量。
外壳1上分别设有向内延伸的第一环形壳体2、第二环形壳体3，第一转轴7与第一环形壳体2、第二转轴11与第二环形壳体3之间均安装有密封轴承9。这样设置，能够提高装置整体的密封性能，防止海水进入外壳1内部，对内部电子元件造成侵蚀，保证装置正常工作。
如图4所示，电阻R14为芯片的BOOT脚位选择，电阻R4、电容C3构成单片机的复位电路，U3为单片机。
如图5所示，磁编码器芯片U6连接滤波电容C11、滤波电感L2，磁编码器芯片U6在第一转轴7转动过程中，通过感应磁铁8的磁场输出相应脉冲。
L2为滤波电感，C11为滤波电容，这两个器件保证电源稳定工作，U6为磁编码器芯片，通过检测在第一转轴7上预留磁铁8的感应磁场，磁传感器能在第一转轴7转动一周时，利用感应磁铁8的磁场输出1024个脉冲，此传感器能能够检测磁铁8是否在线，大大提高测量精度。
如图6所示，电子罗盘芯片U1连接滤波电容C2、C7、C8，滤波电感L1，以及上拉电阻R12、R13。
C2、C7、C8为滤波电容，L1为滤波电感，电容和电感构成的电路使芯片电源稳定，R12、R13为通讯的上拉电阻，C9、C10为电子罗盘芯片U1的外部电容。
控制器与用于向外发送流速、流向数据，并支持外部参数设置的通讯模块U7相连，通讯模块U7采用光纤模块。
如图7所示，通讯模块U7连接滤波电容C13、C19、C12、C20，滤波电感L3、L4，以及上拉电阻R16、R17。
C13、C19、C12、C20为滤波电容，L3、L4为滤波电感，电容和电感构成的电路使通讯模块U7电源稳定，R16为接收的上拉电阻，R17为发送的上拉电阻。
发电机12通过充电电路向电池13充电，电池13通过供电电路向电路板10供电。
如图8所示，充电电路包括依次连接的发电机接入端口P2、整流桥D1、稳压器VR1、电池充电芯片U5；
发电机接入端口P2、整流桥D1之间接入用于抑制外部电压的自复位保险丝F3、高压保护组件D2，整流桥D1、稳压器VR1之间接入储能滤波电容C21，稳压器VR1、电池充电芯片U5之间接入储能滤波电容C3，电池充电芯片U5连接储能滤波电容C1。
P2为发电机接入端口，F3为自复位保险丝，D2为高压保护组件，F3和D2构成电路对外部过高电压起到抑制作用，D1为整流桥，把发电机的交流电转化成直流电，VR1为三段稳压器，把高压直流电转化成低压直流电，C3、C21、C1为储能滤波电容，R39为充电的限流值引脚。
如图9所示，供电电路包括DC/DC芯片U4，DC/DC芯片U4与电池13之间连接自复位保险丝F2，DC/DC芯片U4、自复位保险丝F2之间接入高压保护组件D5、滤波电容C33和上拉电阻R8，DC/DC芯片U4连接储能电感L10，储能电容C57、C5，以及用于调节输出电压的分压电阻R7、R15。
F2为自复位保险丝，内部电源发生故障时进行自我保护，D5为ESD器件保护输入电源的过压产生，C33为滤波电容，保护电源供电稳定，R8为芯片的上拉电阻，U4为低功耗的DC/DC芯片，能为内部电路提供电源，C36为芯片的信号电源，L10为供电部分的储能电感，R15和R7为电源的分压电阻，实现对芯片输出电压的调节，C57、C5为储能电容。
本申请技术方案中，利用磁编码器芯片U6、电子罗盘芯片U1进行非接触测量，阻力小，检测灵敏度高，自带电子罗盘能够有效检测乱流流向，携带发电装置和后备电池能够进行全天候的检测任务，光纤通讯能够有效克服设备线缆易受海水腐蚀的缺陷，保证装置长期平稳运行。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
