一种水流方向及水下压力的快速测量系统及其方法

技术领域

本发明涉及海洋湖泊探测技术领域，更具体的说是涉及一种水流方向及水下压力的快速测量系统及其方法。

背景技术

现有海洋湖泊水流的检测设备是流速仪，由于其有较高的准确度，因此在海洋湖泊中运用十分广泛。传统的流速仪采用底部螺旋桨被水冲刷的转速来计算流速，但是该仪器只能测得某处的流速，并不能测得该处水流的走向以及水深压力；而且受海洋环境和海洋气候的影响，流速仪只能是用于缓慢的水流，对于急流湍流并不适用，因其底部的螺旋桨易损坏。流速仪功能单一，不便于升级拓展，并且成本较高，内部许多模块需要独立定制，材料成本较高，技术壁垒较大。另外，流速仪要想实现功能扩展，增加测量的指标，需要重新进行设计，扩展性不强，维护成本较高。

因此，设计一种适用于海洋湖泊的水流方向及水下压力的快速测量系统及其方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水流方向及水下压力的快速测量系统及其方法，有效解决了现有技术中的流速仪所存在的不能测得水流走向及水深压力等的多种缺陷。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水流方向及水下压力的快速测量系统，包括：刚性连接杆、主体舱、压力传感器模块、主控制模块、485总线通信模块和数据存储模块；

所述刚性连接杆的末端设置有末端连接件，所述主体舱的侧壁上设置有与所述末端连接件相适配的主体舱连接孔，所述刚性连接杆通过所述末端连接件和所述主体舱连接孔安装在所述主体舱上；

所述压力传感器模块包括一个以上的压力传感器，且压力传感器均匀分布于所述主体舱的各个侧壁上；

所述主控制模块和所述数据存储模块均设置于所述主体舱内，且所述主控制模块分别与所述压力传感器和所述数据存储模块电连接，所述485总线通信模块与所述主控制模块电连接；

所述主体舱的侧壁上设置对应设置有所述压力传感器的走线孔。

优选的，所述主体舱内还设置有电源模块；

所述电源模块与所述主控制模块电连接。

优选的，所述刚性连接杆的数量为一个以上，且所述刚性连接杆的另一末端上设置有与所述末端连接件相适配的前端连接孔，两个所述刚性连接杆之间通过末端连接件和所述前端连接孔相连。

优选的，还包括外壳，所述外壳包括刚性连接杆壳体和主体舱壳体，其中所述连接杆壳体和主体舱壳体分别设置于所述刚性连接杆和所述主体舱的外部。

优选的，所述主体舱连接孔与所述末端连接件之间通过螺纹连接，并通过密封胶进行密封。

优选的，所述走线孔通过密封胶进行密封。

一种水流方向及水下压力的快速测量方法，包括以下步骤：

将所述主体舱通过所述刚性连接杆下潜入水中，压力传感器实时记录压力数据，并将压力数据存储至所述数据存储模块中，测量完成后，将所述主控模块与上位机相连，所述主控模块调取所记录到的压力数据至上位机中，通过上位机进行数据处理并显示测量参数，并绘制压力分布图，得出流速分布，从而得出水的流向。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种水流方向及水下压力的快速测量系统及其方法，具有以下有益效果：

(1)模块化设计、便于系统升级维护；

(2)有效实现了水下压力和水流方向的快速测量；通过主控制模块直接与上位机之间进行数据传输的方式，使用上位机显示测量参数，减少了数据传输过程，进一步缩短了测量周期，能够快速准确地分析出压力分布并得出水流方向；

(3)成本较低、测得的数据精度较高；且该系统结构简单，节约成本，能够满足测量系统数据采集的需求。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种水流方向及水下压力的快速测量系统整体框架结构示意图；

图2附图为本发明提供的一种水流方向及水下压力的快速测量系统的结构示意图；

图3附图为本发明提供的一种水流方向及水下压力的快速测量系统的剖面示意图；

图4附图为本发明提供的一种水流方向及水下压力的快速测量系统中刚性连接杆的结构示意图；

图5附图为本发明提供的一种水流方向及水下压力的快速测量系统中主体舱的剖面示意图；

图6附图为本发明提供的一种水流方向及水下压力的快速测量方法的流程图；

其中，刚性连接杆-1、主体舱-2、压力传感器模块-3、底盖-4、末端连接件-5、主体舱连接孔-6、前端连接孔-7、走线孔-8。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

本发明实施例公开了一种水流方向及水下压力的快速测量系统，包括：刚性连接杆1、主体舱2、压力传感器模块、主控制模块、485总线通信模块和数据存储模块；

刚性连接杆1的末端设置有末端连接件5，主体舱2的侧壁上设置有与末端连接件5相适配的主体舱连接孔6，刚性连接杆1通过末端连接件5和主体舱连接孔6安装在主体舱2上；

压力传感器模块包括一个以上的压力传感器3，且压力传感器3均匀分布于主体舱2的各个侧壁上；

主控制模块和数据存储模块均设置于主体舱2内，且主控制模块分别与压力传感器3和数据存储模块电连接，485总线通信模块与主控制模块电连接；

主体舱2的侧壁上设置对应设置有压力传感器3的走线孔8。

需要进一步说明的是：

主体舱2包括底盖4，使用前底盖4与舱体之间通过密封胶密封；

在本实施例中主控制模块控制整个系统的正常运行，预留有常见的传感器接口，如串行外设接口(SPI)、I2C总线接口和通用异步收发传输器接口(UART)等，主控模块加载实时操作系统(RTOS)，便于实现多种传感器的挂载和脱离。

压力传感器3设置有三层，每层六个压力传感器3，每层之间相隔10cm,每层在圆柱表面贴合六个高灵敏度压力传感器3，每个传感器均为边长4cm的正方形，能检测到细微的水流动。

数据存储模块在本实施例中为SD卡；传感器数据需要以数据帧的形式存储在SD卡中，压力大小数据格式为16bit，在32位微控制器中占用两个半字的长度。对SD卡读写每次都是以4字节(32位)为单位进行读写，保证数据写入和读取的可靠性。SD卡是安装在主控电路板上，在主控电路板上设计的有专门的SD卡槽，用于和SD卡进行通信。

另外，本实施例中将每个刚性连接杆1的长度设置为1m，根据刚性连接杆1的数量可知水深，在实际应用过程中刚性连接杆1的长度可根据需要设置。

为了进一步实施上述技术方案，主体舱2内还设置有电源模块；

电源模块与主控制模块电连接。

需要说明的是：

针对不同海域，可以更换不同的压力传感器模块和电池模块。

为了进一步实施上述技术方案，刚性连接杆1的数量为一个以上，且刚性连接杆1的另一末端上设置有与末端连接件5相适配的前端连接孔7，两个刚性连接杆1之间通过末端连接件5和前端连接孔7相连。

为了进一步实施上述技术方案，还包括外壳，外壳包括刚性连接杆1壳体和主体舱壳体，其中连接杆壳体和主体舱壳体分别设置于刚性连接杆1和主体舱2的外部。

为了进一步实施上述技术方案，主体舱连接孔6与末端连接件5之间通过螺纹连接，并通过密封胶进行密封。

为了进一步实施上述技术方案，走线孔8通过密封胶进行密封。

一种水流方向及水下压力的快速测量方法，包括以下步骤：

将主体舱2通过刚性连接杆1下潜入水中，压力传感器3实时记录压力数据，主控制模块将采集到的压力数据存储至数据存储模块中，测量完成后，将主控模块与上位机相连，主控模块通过485总线通信模块读取所记录到的压力数据至上位机中，通过上位机进行数据处理并显示测量参数，并绘制压力分布图，得出流速分布，从而得出水的流向。

本发明的工作原理为：

根据流速越大压强越小的原理，那么作用在这个边长为4cm的正方形压力传感器3上的压力就越小，因此就得出作用在压力传感器3上的流速就越大。根据这个原理，就可以知道这每个传感器上的流速大小，表征就是检测出来的压力值。根据这三层共十八个压力传感器3的数值，就可以绘制出压力分布图，得出流速分布，从而可以得出水的流向。

上位机软件对数据读取、显示和存储。测量完成后，控制处理器通过读取压力传感器3的数值，上位机向系统发送“发送数据(0x55)”指令，主控制模块在收到指令后，将测得的压力传感器3的数据传送给上位机，上位机进行显示和存储。数据传输完毕后，系统自动进入睡眠模式，等待研究人员对系统进行维护。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。