本申请是母案cn201920965520.4的分案申请，母案名称为[一种多泥沙渠道断面冲淤变化智能化检测装置]，申请日为2019.06.25。
本实用新型涉及智能测量技术领域，尤其是涉及冲淤变化检测系统。
背景技术：
黄河河道因含沙量大、流速慢等原因，使得主渠道泥沙淤积，渠道过流面积变化不稳定情况越来越严重。多泥沙引黄渠道流量的智能化精确计量一直以来是困扰业界的难题之一。现有的断面冲淤变化检测装置，大部分不能对含淤积河道流量精确计量，计量精确低，且不能够实时测量，不利于研究解决渠道淤积测量的问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种多泥沙渠道断面冲淤变化智能化检测装置，通过设置三大系统（太阳能供电系统、走航系统、淤积监测运算系统），采用现代化测量设备及自动控制技术配合现有流量计，解决了渠道淤积测量问题，实现了含淤积河道流量智能化精确计量，且装置结构简易，操作便捷，可以有效解决背景技术中的问题。
为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：一种多泥沙渠道断面冲淤变化智能化检测装置，包括淤积层、渠水层和河道两侧的河岸，所述河岸之间的河道底部为淤积层，淤积层上方为渠水层，其中一侧河岸上设置有太阳能供电系统，太阳能供电系统包括设置在其中一侧河岸上的固定杆，固定杆的顶端侧表面设置有太阳能电池板，且固定杆内部设置有太阳能蓄电池，太阳能电池板通过光伏控制器与太阳能蓄电池电性连接，固定杆的侧表面从上到下依次设置有配电箱和控制箱，控制箱内分别设置有plc控制器、光电转换模块和模数转换模块，plc控制器的输入端与太阳能蓄电池的输出端电连接，模数转换模块与plc控制器双向电连接，且plc控制器与光电转换模块双向电连接，光电转换模块与淤积监测运算系统电连接；
淤积监测运算系统包括数模转换模块和淤积监测运算仪，淤积监测运算仪与数模转换模块双向电连接，且所述淤积监测运算仪与光电转换模块双向电连接；
河岸的上表面以河道中心为对称轴对称设置有两个固定桩，固定桩上设置有走航系统，走航系统包括设置在固定桩上表面的支撑架，支撑架上转动连接有定滑轮，其中一个固定桩内部设置有电机，电机的输出轴上轴承连接有第一皮带轮，靠近电机的定滑轮上设置有第二皮带轮，第一皮带轮和第二皮带轮通过皮带连接，两个定滑轮之间设置有缆绳，缆绳上设置有水位检测机构。
在上述的多泥沙渠道断面冲淤变化智能化检测装置中，所述水位检测机构包括设置在缆绳上的固定块，固定块的下表面通过挂绳连接有压力式水位计，压力式水位计的输出端电连接plc控制器的输入端，且所述缆绳上还设置有限位机构。
在上述的多泥沙渠道断面冲淤变化智能化检测装置中，所述限位机构包括设置在缆绳上的两个撞块，两个撞块以挂绳为对称轴对称设置在固定块的两侧，固定桩靠近河道的一侧表面设置有安装板，安装板的端部上表面设置有限位板，限位板的侧表面设置有限位开关，所述限位开关的输入端与plc控制器的输出端电连接，且所述限位开关的输出端与电机的输入端电连接。
在上述的多泥沙渠道断面冲淤变化智能化检测装置中，所述限位开关设置在限位板靠近河道的一侧表面，且限位开关与撞块位于同一水平线上。
在上述的多泥沙渠道断面冲淤变化智能化检测装置中，所述安装板的上表面限位板侧面依次设置有安全开关和急停开关，安全开关的输入端和急停开关的输入端均与plc控制器的输出端电连接，且所述安全开关的输出端和急停开关的输出端均与电机的输入端电连接。
在上述的多泥沙渠道断面冲淤变化智能化检测装置中，所述固定杆的端部设置有连接杆，连接杆的端部下表面设置有远程监控摄像头，远程监控摄像头的输出端电连接plc控制器的输入端。
采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果为：
1、本实用新型示例的多泥沙渠道断面冲淤变化智能化检测装置，通过设置三大系统（太阳能供电系统、走航系统、淤积监测运算系统），采用现代化测量设备及自动控制技术配合现有流量计，解决了渠道淤积测量问题，实现了含淤积河道流量智能化精确计量，且装置结构简易，操作便捷。
2、本实用新型示例的多泥沙渠道断面冲淤变化智能化检测装置，通过太阳能供电，能源清洁，减少了能源消耗和环境污染，有利于节能环保。
3、本实用新型示例的多泥沙渠道断面冲淤变化智能化检测装置，电机通过第一皮带轮、皮带和第二皮带轮带动定滑轮转动，从而使缆绳通过固定块和挂绳带动压力式水位计在河道内往复运动，测量河道内淤积层的高度，进而实现了含淤积河道流量智能化精确计量，有利于智能化检测。
4、本实用新型示例的多泥沙渠道断面冲淤变化智能化检测装置，通过限位板上的限位开关和缆绳上的撞块进行限位，从而使压力式水位计自动进行往复运动，提高了智能化程度，操作简单，使用方便。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的电连接结构示意图；
图3为本实用新型的软件系统说明图；
图4为本实用新型计算规则的4声道例图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-2，本实用新型提供一种技术方案：一种多泥沙渠道断面冲淤变化智能化检测装置，包括淤积层2、渠水层3和河道两侧的河岸1，河岸1之间的河道底部为淤积层2，淤积层2上方为渠水层3，其中一侧河岸1上设置有太阳能供电系统，太阳能供电系统包括设置在其中一侧河岸1上的固定杆6，固定杆6的顶端侧表面设置有太阳能电池板61，且固定杆6内部设置有太阳能蓄电池64，太阳能电池板61通过光伏控制器与太阳能蓄电池64电性连接，通过太阳能供电，能源清洁，减少了能源消耗和环境污染，有利于节能环保，固定杆6的侧表面从上到下依次设置有配电箱7和控制箱8，控制箱8内分别设置有plc控制器81、光电转换模块82和模数转换模块83，所用plc控制器81的型号优选为西门子s7-300，plc控制器81的输入端与太阳能蓄电池64的输出端电连接，模数转换模块83与plc控制器81双向电连接，且plc控制器81与光电转换模块82双向电连接，光电转换模块82与淤积监测运算系统9电连接，淤积监测运算系统9包括数模转换模块91和淤积监测运算仪92，淤积监测运算仪92与数模转换模块91双向电连接，且淤积监测运算仪92与光电转换模块82双向电连接，所用淤积监测运算仪92为dm1410系列流量运算仪，dm1410系列流量运算仪是智能型、高精度的测量控制仪表，淤积监测运算仪（92）与流量计及液位变送器配接，河岸1的上表面以河道中心为对称轴对称设置有两个固定桩4，固定桩4上设置有走航系统，走航系统包括设置在固定桩4上表面的支撑架42，支撑架42上转动连接有定滑轮43，其中一个固定桩4内部设置有电机41，电机41的输出轴上轴承连接有第一皮带轮，靠近电机41的定滑轮43上设置有第二皮带轮，第一皮带轮和第二皮带轮通过皮带48连接，两个定滑轮43之间设置有缆绳44，缆绳44上设置有水位检测机构，该多泥沙渠道断面冲淤变化智能化检测装置，通过设置三大系统（太阳能供电系统、走航系统、淤积监测运算系统），采用现代化测量设备及自动控制技术配合现有流量计，解决了渠道淤积测量问题，实现了含淤积河道流量智能化精确计量，且装置结构简易，操作便捷。
水位检测机构包括设置在缆绳44上的固定块45，固定块45的下表面通过挂绳46连接有压力式水位计47，压力式水位计47的输出端电连接plc控制器81的输入端，且缆绳44上还设置有限位机构，电机41通过第一皮带轮、皮带48和第二皮带轮带动定滑轮43转动，从而使缆绳44通过固定块45和挂绳46带动压力式水位计47在河道内往复运动，测量河道内淤积层2的高度，进而实现了含淤积河道流量智能化精确计量，有利于智能化检测。
限位机构包括设置在缆绳44上的两个撞块55，两个撞块55以挂绳46为对称轴对称设置在固定块45的两侧，固定桩4靠近河道的一侧表面设置有安装板5，安装板5的端部上表面设置有限位板51，限位板51的侧表面设置有限位开关52，限位开关52的输入端与plc控制器81的输出端电连接，且限位开关52的输出端与电机41的输入端电连接，限位开关52设置在限位板51靠近河道的一侧表面，且限位开关52与撞块55位于同一水平线上，通过限位板51上的限位开关52和缆绳44上的撞块55进行限位，从而使压力式水位计47自动进行往复运动，提高了智能化程度，操作简单，使用方便。
安装板5的上表面限位板51侧面依次设置有安全开关53和急停开关54，安全开关53的输入端和急停开关54的输入端均与plc控制器81的输出端电连接，且安全开关53的输出端和急停开关54的输出端均与电机41的输入端电连接，分别用于安全保护和紧急制动，提高了使用安全性。
固定杆6的端部设置有连接杆62，连接杆62的端部下表面设置有远程监控摄像头63，远程监控摄像头63的输出端电连接plc控制器81的输入端，plc控制器81控制压力式水位计47、光电转换模块82、模数转换模块83、限位开关52、安全开关53、急停开关54和远程监控摄像头63的方式均为现有技术中常用的方法，通过外部监控显示器可以实现远程监控，使用更加方便。
本实用新型中所使用的压力式水位计47、光电转换模块82、模数转换模块83、数模转换模块91、限位开关52、安全开关53、急停开关54和远程监控摄像头63等均为现有技术中的常用电子元件，其工作方式及电路结构均为公知技术，在此不作赘述。
在使用时：
将检测装置安装好后，操作plc控制器81，设定好相应参数，打开电机41和压力式水位计47，电机41带动第一皮带轮转动，第一皮带轮通过皮带48带动第二皮带轮转动，从而使两个定滑轮43带动缆绳44移动，缆绳44通过固定块45和挂绳46带动压力式水位计47在河道内的淤积层2上移动，压力式水位计47检测水压并将相应信号传送到plc控制器81，plc控制器81根据水压计算渠水层3的深度从而得到淤积层2的高度，plc控制器81通过光电转换模块82将相应信息传送到淤积监测运算仪92，通过淤积监测运算系统9内的单片机进行渠道断面冲淤变化的分析和处理。
软件需求说明：
<1>系统说明
参见图3，原有的流量计系统是一套完整的水流量测量系统，但是该系统中缺乏对淤泥影响的处理，所以需要开发一个单片机系统，根据相应规则将流量计测量的原始瞬时流量进行处理，修正为去除淤泥影响的瞬时流量q'，并且对将该修正瞬时流量q'与△t进行积分得到累积修正流量vf'，该值为累加值，并在单片机内可断电存储。另外单片机配置有两个从站串口（rs485），其中一路将q'、vf'值送入流量计系统，用于在主机上进行显示；另一路可以将数据q'、vf'送入scada系统。
<2>单片机可输入的常量
1）必填项：渠底系数k，坡比倒数c，泥沙面积：s0，声道数：n（1-8）
2）根据声道数决定的常量：声道处渠宽:w1~wn，声道高程：h1~hn，声道之间面积s1~sn
<3>单片机带有一路模拟输入（4...20ma），用于输入实际水深
<4>单片机与流量计通讯获取数据，流量计通讯协议为modbusrut，各个变量的寄存器地址如下：（其中流速v的数量也是由声道数n决定，声道数n，只需读取v1~vn）
（1）瞬时流量q（寄存器地址5003-5004，32位浮点数）
（2）泥位高度h0（寄存器地址5007-5008，32位浮点数）
（3）流速值v1、v2、v3、v4、v5、v6、v7、v8
v1：（寄存器地址1111-1112，32位浮点数)
v2：（寄存器地址1151-1152，32位浮点数)
v3：（寄存器地址1191-1192，32位浮点数)
v4：（寄存器地址1231-1232，32位浮点数)
v5：（寄存器地址1271-1272，32位浮点数)
v6：（寄存器地址1311-1312，32位浮点数)
v7：（寄存器地址1351-1352，32位浮点数)
v8：（寄存器地址1391-1392，32位浮点数)
<5>单片机q'、vf'的计算规则
修正的瞬时流量q'的计算规则如下：以4声道流量计（即声道数n=4）为例说明参见图4。
首先输入渠底系数k，坡比倒数c，声道数n（1-8），然后根据声道数n判断以下变量的有效性：声道处渠宽:w1~w4，声道高程：h1~h4，声道之间面积s1~s4。如果输入的声道数为4，则长度:w1~w4，高度：h1~h4，声道之间面积s1~s4有效。
与流量计通讯读取的数据除了瞬时流量q，泥位高度h0以外，根据声道数仅读取相应的流速值v1~v4
以上输入的常量及与流量计通讯获取的量值均为计算瞬时流量q'的条件和因数。瞬时流量q'计算规则：
ifisvalid(v1)=true
thenq'=q-(1 k)/2*s1*v1 (1 k)/2*1/2*(w1 w1-2*c*（h1-h0）)*（h1-h0）*v1
elseif
isvalid(v2)=true
thenq'=q-(1 k)/2*(s1 s2)*v2 (1 k)/2*1/2*(w2 w2-2*c*(h2-h0))*(h2-h0)*v2
elseifisvalid(v3)=true
thenq'=q-(1 k)/2*(s1 s2 s3)*v3 (1 k)/2*1/2*(w3 w3-2*c*(h3-h0))*(h3-h0)*v3
elseifisvalid(v4)=true
thenq'=q-(1 k)/2*(s1 s2 s4 s4)*v4 (1 k)/2*1/2*(w4 w4-2*c*(h4-h0))*(h4-h0)*v3
elseq'=0
endif
endif
endif
endif
每次得到一个q'，再将q'与△t积分，累加进累积流量vf'，vf'刷新后存储在单片机内，且可以断电不丢失。
注意:当声道值无效时，收到反馈值为00007fb0
本实用新型通过设置三大系统（太阳能供电系统、走航系统、淤积监测运算系统），采用现代化测量设备及自动控制技术配合现有流量计，解决了渠道淤积测量问题，实现了含淤积河道流量智能化精确计量，且装置结构简易，操作便捷。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.渠道断面冲淤变化检测系统，其特征是：所述检测系统包括控制系统、淤积监测运算系统和走航系统，所述控制系统包括控制箱，控制箱内分别设置有plc控制器、光电转换模块和模数转换模块，plc控制器的输入端与电源的输出端电连接，模数转换模块与plc控制器双向电连接，plc控制器与光电转换模块双向电连接，光电转换模块与所述淤积监测运算系统电连接；所述淤积监测运算系统包括数模转换模块和淤积监测运算仪，淤积监测运算仪与数模转换模块双向电连接，所述淤积监测运算仪与所述光电转换模块双向电连接；所述走航系统设置在河岸两侧的固定桩上，该走航系统包括设置在固定桩上的支撑架，所述支撑架上转动连接有定滑轮，河岸至少其中一侧设置有电机，电机的输出轴上轴承连接有第一皮带轮，靠近电机的定滑轮上设置有第二皮带轮，第一皮带轮和第二皮带轮通过皮带连接，两个定滑轮之间设置有缆绳，缆绳上设置有水位检测机构。
2.如权利要求1所述的检测系统，其特征是：所述水位检测机构包括设置在缆绳上的固定块，固定块通过挂绳连接有压力式水位计，压力式水位计的输出端电连接所述plc控制器的输入端。
3.如权利要求2所述的检测系统，其特征是，所述缆绳上还设置有限制固定块活动范围的限位机构。
4.如权利要求3所述的检测系统，其特征是：所述限位机构包括设置在缆绳上的撞块，所述撞块设置在所述固定块的两侧，固定桩靠近河道的一侧表面设置有承撞机构，所述承撞机构包括对所述撞块限制位的限位开关，所述限位开关的输入端与所述plc控制器的输出端电连接，所述限位开关的输出端与所述电机的输入端电连接。
5.如权利要求4所述的检测系统，其特征是：所述承撞机构中还设置有安全开关和/或急停开关，安全开关的输入端或急停开关的输入端与所述plc控制器的输出端电连接，所述安全开关的输出端或急停开关的输出端与所述电机的输入端电连接。
6.如权利要求4所述的检测系统，其特征是：所述承撞机构包括在所述固定桩靠近河道一侧的表面设置的安装板，安装板的端部上表面设置有限位板，限位板的侧表面设置有所述限位开关。
7.如任一在先权利要求所述的检测系统，其特征是：所述控制系统还包括配电箱。
8.如权利要求1所述的检测系统，其特征是：所述检测系统还设置有太阳能供电系统。
9.如权利要求8所述的检测系统，其特征是：所述太阳能供电系统包括太阳能电池板和太阳能蓄电池，太阳能电池板通过光伏控制器与太阳能蓄电池电性连接。
10.如权利要求1所述的检测系统，其特征是：所述检测系统还包括远程监控机构。
11.如权利要求10所述的检测系统，其特征是：所述远程监控机构包括远程监控摄像头，远程监控摄像头的输出端电连接所述plc控制器的输入端。
技术总结