一種水下自適應調節式流速儀的制作方法
1.本發明涉及流速儀技術領域，尤其涉及一種水下自適應調節式流速儀。
背景技術：
2.流速儀普遍應用于水域內特定位置的流速檢測，通常分為手持式的雷達流速儀和浸入式的多普勒流速儀，手持式的雷達測速儀只能測得水域表面的流速，且需要人工手持進行測量，浸入式的多普勒流速儀需要通過配置額外的驅動裝置來推動自身前往對應的目標水深進行流速檢測，成本較高且無法精準到達目標水深，導致流速與水深不對應存在誤差，影響了測量準確性。
技術實現要素：
3.針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種水下自適應調節式流速儀，包括：
4.一固定支架，所述固定支架的底部設有一容納腔，所述容納腔的底部開設有一進水口，所述容納腔的側面分別開設有一出水口和一加壓裝置；
5.一凸塊，設置于所述固定支架的側面，所述凸塊內開設有一第一凹槽，所述凸塊的頂部設有一第一壓力傳感器，所述凸塊的底部設有一第二壓力傳感器，所述凸塊的背向所述固定支架的一側設有一組刻度線，各所述刻度線按照順序對應設有一刻度序號；
6.一高度調節結構，設置于所述第一凹槽的底部，所述高度調節結構頂部的側面設有一流速儀，所述流速儀的側面設置有一傾角傳感器，所述流速儀的頂部設有一攝像機；
7.一控制器，設置于所述固定支架內，分別連接所述第一壓力傳感器、所述高度調節結構、所述第二壓力傳感器、所述流速儀、所述傾角傳感器和所述攝像機，包括：
8.一第一控制模塊，用于根據外部輸入的一目標水深、預設的一進水流速和所述水下自適應調節式流速儀的整體結構數據處理得到一進水時間，隨后控制打開所述進水口使得所述容納腔進水下沉，并在所述進水時間結束后關閉所述進水口；
9.一第二控制模塊，連接所述第一控制模塊，用于在所述進水口關閉后，控制所述第一壓力傳感器和所述第二壓力傳感器分別持續采集第一水壓值和第二水壓值，并控制所述攝像機持續拍攝包含各所述刻度線的所述刻度序號的一實時圖像，以及控制所述傾角傳感器持續測量所述固定支架相對豎直方向的一實時傾角；
10.一第三控制模塊，連接所述第二控制模塊，用于根據所述實時圖像、所述第一水壓值和所述第二水壓值處理得到所述流速儀所在的實時水深，隨后根據所述實時水深、所述實時傾角和所述目標水深控制所述高度調節結構帶動所述流速儀移動至所述目標水深，并控制開啟所述流速儀持續檢測當前流速；
11.一第四控制模塊，用于根據外部輸入的一結束指令控制打開所述加壓裝置和所述出水口使所述容納腔浮出水面。
12.優選的，所述進水口和所述出水口上分別設有一單向控制閥，各所述單向控制閥分別連接所述控制器，所述控制器通過控制所述單向控制閥的啟閉分別控制所述進水口和
所述出水口的啟閉。
13.優選的，所述控制器還包括一通信模塊，分別連接所述第一控制模塊、所述第三控制模塊和所述第四控制模塊，用于接收外部的控制中心輸入的所述目標水深和所述結束指令，以及實時傳輸所述當前流速至所述控制中心。
14.優選的，所述固定支架的底部設有一可拆卸結構，所述容納腔的頂部通過所述可拆卸結構與所述固定支架的底部固定連接。
15.優選的，所述可拆卸結構包括：
16.多個第一環形凸塊，分別設置于所述容納腔的頂部；
17.多個第二環形凸塊，分別對應設置于所述第一環形凸塊的頂部；
18.所述固定支架的底部開設有多個第二凹槽，所述第二凹槽與所述第二環形凸塊的橫截面大小適配；
19.多個第三凹槽，分別設置于所述第二凹槽的背離所述容納腔的一端的側面，所述第三凹槽的與所述第二環形凸塊的橫截面大小適配；
20.各所述第二環形凸塊卡入對應的所述第二凹槽內并進行旋轉以卡入所述第三凹槽內進行固定。
21.優選的，所述高度調節結構包括：
22.一氣泵，設置于所述第一凹槽的底部；
23.一伸縮桿，所述伸縮桿的不可伸縮的一端固定于所述氣泵的頂部；
24.一固定塊，所述固定塊固定連接所述伸縮桿的可伸縮的一端，所述傾角傳感器設于所述固定塊的側面，所述流速儀設于所述固定塊的頂部；
25.所述第三控制模塊根據所述實時水深和所述目標水深控制所述氣泵帶動所述伸縮桿伸出或縮進，以帶動所述流速儀移動至所述目標水深。
26.優選的，所述固定支架為圓柱體，所述整體結構數據包括所述水下自適應調節式流速儀的整體外輪廓的體積參數和重量參數，以及所述圓柱體的周長，則所述第一控制模塊包括：
27.第一處理單元，用于根據所述目標水深、預設的所述進水流速、所述圓柱體的周長、所述水下自適應調節式流速儀的所述體積參數和所述重量參數處理得到所述進水時間；
28.第一控制單元，連接所述第一處理單元，用于控制打開所述進水口使得所述容納腔進水下沉，并在所述進水時間結束后關閉所述進水口。
29.優選的，通過以下計算公式處理得到所述進水時間：
[0030][0031]
其中，
[0032]
t表示所述進水時間；
[0033]
ρ表示水密度；
[0034]
g表示重力加速度；
[0035]
c表示所述圓柱體的周長；
[0036]
m表示所述水下自適應調節式流速儀的所述重量參數；
[0037]v1
表示所述水下自適應調節式流速儀的所述體積參數；
[0038]v2
表示所述進水流速；
[0039]
h1表示所述目標水深；
[0040]
α表示一預設參數，且h2為所述固定支架的長度。
[0041]
優選的，所述第三控制模塊包括：
[0042]
第二處理單元，用于對所述實時圖像進行圖像識別以提取得到表征所述流速儀位置的所述刻度序號；
[0043]
第三處理單元，用于根據所述第一水壓值和所述第二水壓值分別處理得到對應的第一水深和第二水深；
[0044]
第四處理單元，分別連接所述第二處理單元和所述第三處理單元，用于根據所述第一水深、所述第二水深、所述刻度序號和預先獲取的所述刻度線的序號總數處理得到所述實時水深；
[0045]
第五處理單元，連接所述第四處理單元，用于根據所述實時水深和所述目標水深處理得到一水深差值，并在所述實時水深大于所述目標水深且所述流速儀的一向上可調節高度小于所述水深差值時輸出一第一信號；以及
[0046]
在所述實時水深小于所述目標水深且所述流速儀的一向下可調節高度小于所述水深差值時輸出一第二信號；以及
[0047]
在所述水深差值不大于所述向上可調節高度和所述向下可調節高度時輸出一第三信號；
[0048]
一第二控制單元，連接所述第五處理單元，用于在接收到所述第一信號時控制打開所述進水口進水至所述流速儀的所述實時水深與所述目標水深一致，隨后控制開啟所述流速儀持續檢測所述當前流速；以及
[0049]
在接收到所述第二信號時控制打開所述加壓裝置和所述出水口出水至所述流速儀的所述實時水深與所述目標水深一致，隨后控制開啟所述流速儀持續檢測所述當前流速；以及
[0050]
在接收到所述第三信號時根據所述水深差值和所述實時傾角控制所述高度調節結構帶動所述流速儀移動至所述目標水深，隨后控制開啟所述流速儀持續檢測所述當前流速。
[0051]
優選的，通過以下計算公式處理得到所述實時水深：
[0052][0053]
其中，
[0054]
h3表示所述實時水深；
[0055]
h5表示所述第二水深；
[0056]
h4表示所述第一水深；
[0057]
s表示所述刻度序號；
[0058]
l表示所述刻度線的序號總數。
[0059]
上述技術方案具有如下優點或有益效果：本發明中的水下自適應調節式流速儀能
夠根據外部輸入的目標水深自動調整進水和出水，并通過高度調節結構精確調節流速儀的實時水深使得流速儀能夠自適應到達目標水深，無需人工參與，也不需要額外設置驅動裝置。
附圖說明
[0060]
圖1為本發明的較佳的實施例中，水下自適應調節式流速儀的整體示意圖；
[0061]
圖2為本發明的較佳的實施例中，水下自適應調節式流速儀的后視圖；
[0062]
圖3為本發明的較佳的實施例中，控制器的結構原理圖；
[0063]
圖4為本發明的較佳的實施例中，可拆卸結構的示意圖；
[0064]
圖5為本發明的較佳的實施例中，固定支架的底部示意圖。
具體實施方式
[0065]
下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本發明并不限定于該實施方式，只要符合本發明的主旨，則其他實施方式也可以屬于本發明的范疇。
[0066]
本發明的較佳的實施例中，基于現有技術中存在的上述問題，現提供一種水下自適應調節式流速儀，如圖1-3所示，包括：
[0067]
一固定支架1，固定支架1的底部設有一容納腔2，容納腔2的底部開設有一進水口3，容納腔2的側面分別開設有一出水口4和一加壓裝置5；
[0068]
一凸塊6，設置于固定支架1的側面，凸塊6內開設有一第一凹槽7，凸塊6的頂部設有一第一壓力傳感器8，凸塊6的底部設有一第二壓力傳感器9，凸塊6的背向固定支架1的一側設有一組刻度線10，各刻度線10按照順序對應設有一刻度序號；
[0069]
一高度調節結構11，設置于第一凹槽7的底部，高度調節結構11頂部的側面設有一流速儀12，流速儀12的側面設置有一傾角傳感器13，流速儀12的頂部設有一攝像機14；
[0070]
一控制器15，設置于固定支架1內，分別連接第一壓力傳感器8、高度調節結構11、第二壓力傳感器9、流速儀12、傾角傳感器13和攝像機14，包括：
[0071]
一第一控制模塊151，用于根據外部輸入的一目標水深、預設的一進水流速和水下自適應調節式流速儀的整體結構數據處理得到一進水時間，隨后控制打開進水口3使得容納腔2進水下沉，并在進水時間結束后關閉進水口3；
[0072]
一第二控制模塊152，連接第一控制模塊151，用于在進水口3關閉后，控制第一壓力傳感器8和第二壓力傳感器9分別持續采集第一水壓值和第二水壓值，并控制攝像機14持續拍攝包含各刻度線10的刻度序號的一實時圖像，以及控制傾角傳感器13持續測量固定支架1相對豎直方向的一實時傾角；
[0073]
一第三控制模塊153，連接第二控制模塊152，用于根據實時圖像、第一水壓值和第二水壓值處理得到流速儀12所在的實時水深，隨后根據實時水深、實時傾角和目標水深控制高度調節結構11帶動流速儀12移動至目標水深，并控制開啟流速儀12持續檢測當前流速；
[0074]
一第四控制模塊154，用于根據外部輸入的一結束指令控制打開加壓裝置5和出水口4使容納腔2浮出水面。
[0075]
具體地，本實施例中，固定支架1采用小直徑、高度長的圓柱體，容納腔2采用大直
徑、高度短的圓柱體，使得在容納腔2進水后，水下自適應調節式流速儀呈現下重上輕的重量分布情況，增加整體穩定性，且容納腔2隨著重量的持續加大逐漸向下移動至整個水下自適應調節式流速儀與水流平面趨于垂直，由于容納腔2的重量較大，受到的水流推動作用較小，不易發生波動。
[0076]
優選的，固定支架1的頂部設有一長方體固定件，一般情況下，長方體固定件處于水流平面的上方不與水流接觸，而當目標水深較大使得長方體固定件沒入水流表面時，水下自適應調節式流速儀與水流的接觸面積增大，導致受到的浮力增大，容納腔2內的進水總量也就增大，因此流速儀12可以移動至更深的目標水深進行水流測速。
[0077]
優選的，容納腔2的大小可以根據流速儀12需要到達的目標水深來進行設計，并且容納腔2與固定支架1為可拆卸連接，可以根據具體操作時的目標水深來安裝對應大小的容納腔2，增加目標水深的可測量范圍。
[0078]
優選的，固定支架1和容納腔2的大小比例并非如圖1中所示，固定支架1和容納腔2可以根據實際需求進行設計調整。
[0079]
具體的，本實施例中，考慮到現有的浸入水面的流速儀12大多需要額外的驅動裝置來帶動流速儀12移動至目標水深，驅動裝置的成本較高且受到電量的限制，無法長時間進行工作，因此本實施例中的流速儀12設置于高度調節結構11的頂部，通過高度調節結構11代替驅動裝置來帶動流速儀12移動至目標水深，且由于水下自適應調節式流速儀整體主要依靠容納腔2的進水和出水進行上下移動，高度調節結構11只是對流速儀12的實時水深進行微調，不需要消耗過多的電量，可以有效延長工作時間。
[0080]
優選的，考慮到固定支架1或是容納腔2存在由于魚或是外力影響發生位移的情況，因此水下自適應調節式流速儀與水流平面并不一定趨于垂直，可能存在一定的傾角，而傾角會影響到高度調節結構11對流速儀12的位置調整，因此在流速儀12的側面設置傾角傳感器13，通過實時水深、目標水深和傾角傳感器13測得的實時傾角來控制高度調節結構11移動流速儀12，既能消除實時傾角的影響，又能增加高度調節結構11調節的準確度。
[0081]
優選的，可以根據第一壓力傳感器8測得的第一水壓值處理得到第一水深，根據第二壓力傳感器9測得的第二水壓值處理得到第二水深，而高度調節結構11控制流速儀12移動的距離應為第二水深與第一水深的差值乘以實時傾角的余弦值。
[0082]
具體地，本實施例中，考慮到根據目標水深能夠計算得到水下自適應調節式流速儀與水流的接觸體積，而根據接觸體積、水密度和重力加速度可以直接計算得到流速儀12處于目標水深時水下自適應調節式流速儀受到的浮力，在水下自適應調節式流速儀靜止的情況下，水下自適應調節式流速儀的重力與浮力相等，則只需要測得水下自適應調節式流速儀的重量參數便可得到容納腔2內的進水總量，因此只要控制容納腔2的進水總量便可使得流速儀12到達目標水深。
[0083]
優選的，考慮到不同流域的水密度和重力加速度可能存在不同，導致流速儀12到達的實時水深和目標水深之間存在誤差，因此通過攝像頭拍攝包含刻度線的刻度序號的實時圖像，再根據實時圖像、第一水壓值和第二水壓值處理得到流速儀所在的實時水深，此時計算得到的實時水深較為精確，則高度調節結構11根據實時水深和目標水深調節流速儀12移動后的位置與目標水深之間的誤差也較小。
[0084]
本發明的較佳的實施例中，進水口3和出水口4上分別設有一單向控制閥16，各單
向控制閥16分別連接控制器15，控制器15通過控制單向控制閥16的啟閉分別控制進水口3和出水口4的啟閉。
[0085]
具體地，本實施例中，在實際操作時可以通過控制單向控制閥16的開度來將進入容納腔2的水流速度限制到預設的進水流速，以保證進水時間結束后容納腔2內的水量與預先計算得到的進水總量誤差較小。
[0086]
優選的，為了保證容納腔2進水的最后階段處于較為平穩的狀態，可以將進水階段分為三個過程，第一個過程為控制單向控制閥16處于最大開度進行進水，第二個過程為單向控制閥16處于中間開度進行進水，第三個過程為單向控制閥16處于較小開度進行進水，三個過程的持續時間根據進水總量進行調整，但仍需要保證三個過程結束后容納腔2內的水量與預先計算得到的進水總量相等。
[0087]
本發明的較佳的實施例中，控制器還包括一通信模塊155，分別連接第一控制模塊151、第三控制模塊153和第四控制模塊154，用于接收外部的控制中心輸入的目標水深和結束指令，以及實時傳輸當前流速至控制中心。
[0088]
具體地，本實施例中，水下自適應調節式流速儀具備實時通信功能，通過通信模塊155可以將實時測得的當前流速傳輸至外部的控制中心，保證當前流速傳輸的實時性。
[0089]
本發明的較佳的實施例中，固定支架1的底部設有一可拆卸結構17，容納腔2的頂部通過可拆卸結構17與固定支架1的底部固定連接。
[0090]
具體地，本實施例中，可拆卸結構17由不銹鋼材質制備得到，具備優異的防水性和防腐蝕性，可以保證可拆卸結構17在長時間的水下環境不受腐蝕，增加使用壽命。
[0091]
本發明的較佳的實施例中，如圖4、5所示，可拆卸結構17包括：
[0092]
多個第一環形凸塊171，分別設置于容納腔2的頂部；
[0093]
多個第二環形凸塊172，分別對應設置于第一環形凸塊171的頂部；
[0094]
固定支架1的底部開設有多個第二凹槽173，第二凹槽173與第二環形凸塊172的橫截面大小適配；
[0095]
多個第三凹槽174，分別設置于第二凹槽173的背離容納腔2的一端的側面，第三凹槽174與第二環形凸塊172的橫截面大小適配；
[0096]
各第二環形凸塊172卡入對應的第二凹槽173內并進行旋轉以卡入第三凹槽174內進行固定。
[0097]
具體地，本實施例中，為了實現固定支架1和容納腔2的可拆卸功能，在容納腔2的頂部設置層疊的多個第一環形凸塊171和第二環形凸塊172，在固定支架1的底部開設相同數量的第二凹槽173和第三凹槽174，具體操作時，先將第二環形凸塊172完全卡入對應的第二凹槽173內，然后進行旋轉卡入第三凹槽174內，由于水下自適應調節式流速儀在水下通常只會受到水平力，不會受到旋轉力，因此可拆卸結構17能夠保證穩定性。
[0098]
優選的，第二環形凸塊172卡入第三凹槽174內時，第一環形凸塊171的外環與固定支架1底部的內壁抵接，能夠增加穩定性。
[0099]
本發明的較佳的實施例中，高度調節結構11包括：
[0100]
一氣泵111，設置于第一凹槽7的底部；
[0101]
一伸縮桿112，伸縮桿112的不可伸縮的一端固定于氣泵111的頂部；
[0102]
一固定塊113，固定塊113固定連接伸縮桿112的可伸縮的一端，傾角傳感器13設于
固定塊113的側面，流速儀12設于固定塊113的頂部；
[0103]
第三控制模塊153根據實時水深和目標水深控制氣泵111帶動伸縮桿112伸出或縮進，以帶動流速儀12移動至目標水深。
[0104]
具體地，本實施例中，考慮到氣泵111相比于電泵的工作時間更長，因此選用氣泵111驅動伸縮桿112進行伸縮，進而帶動流速儀12進行移動。
[0105]
本發明的較佳的實施例中，固定支架1為圓柱體，整體結構數據包括水下自適應調節式流速儀的整體外輪廓的體積參數和重量參數，以及圓柱體的周長，則第一控制模塊151包括：
[0106]
第一處理單元1511，用于根據目標水深、預設的進水流速、圓柱體的周長、圓柱體的周長、水下自適應調節式流速儀的體積參數和重量參數處理得到進水時間；
[0107]
第一控制單元1512，連接第一處理單元1511，用于控制打開進水口3使得容納腔2進水下沉，并在進水時間結束后關閉進水口3。
[0108]
本發明的較佳的實施例中，通過以下計算公式處理得到進水時間：
[0109][0110]
其中，
[0111]
t表示進水時間；
[0112]
ρ表示水密度；
[0113]
g表示重力加速度；
[0114]
c表示圓柱體的周長；
[0115]
m表示水下自適應調節式流速儀的重量參數；
[0116]v1
表示水下自適應調節式流速儀的體積參數；
[0117]v2
表示進水流速；
[0118]
h1表示目標水深；
[0119]
α表示一預設參數，且h2為固定支架1的長度。
[0120]
具體地，本實施例中，通過調整預設參數的大小可以使得流速儀12盡量處于固定支架1的中間位置，而非偏向第一水壓傳感器8或第二水壓傳感器9，固定支架1上相同位置測得的當前流速更具有合理性和參考價值。
[0121]
優選的，預設參數的范圍可以根據固定支架1的長度和容納腔2的長度進行調整。
[0122]
本發明的較佳的實施例中，第三控制模塊153包括：
[0123]
第二處理單元1531，用于對實時圖像進行圖像識別以提取得到表征流速儀12位置的刻度序號；
[0124]
第三處理單元1532，用于根據第一水壓值和第二水壓值分別處理得到對應的第一水深和第二水深；
[0125]
第四處理單元1533，分別連接第二處理單元1531和第三處理單元1532，用于根據第一水深、第二水深、刻度序號和預先獲取的刻度線10的序號總數處理得到實時水深；
[0126]
第五處理單元1534，連接第四處理單元1533，用于根據實時水深和目標水深處理得到一水深差值，并在實時水深大于目標水深且流速儀12的一向上可調節高度小于水深差
值時輸出一第一信號；以及
[0127]
在實時水深小于目標水深且流速儀12的一向下可調節高度小于水深差值時輸出一第二信號；以及
[0128]
在水深差值不大于向上可調節高度和向下可調節高度時輸出一第三信號；
[0129]
一第二控制單元1535，連接第五處理單元1534，用于在接收到第一信號時控制打開進水口3進水至流速儀13的實時水深與目標水深一致，隨后控制開啟流速儀12持續檢測當前流速；以及
[0130]
在接收到第二信號時控制打開加壓裝置5和出水口4出水至流速儀12的實時水深與目標水深一致，隨后控制開啟流速儀12持續檢測當前流速；以及
[0131]
在接收到第三信號時根據水深差值和實時傾角控制高度調節結構11帶動流速儀12移動至目標水深，隨后控制開啟流速儀12持續檢測當前流速。
[0132]
具體地，本實施例中，考慮到可能存在僅靠高度調節結構11無法將流速儀12移動至目標水深，即實時水深和目標水深之間的水深差值已經超過了高度調節結構11的可調節高度范圍，此時需要分兩種情況來控制流速儀12移動至高度調節結構11的可調節高度范圍內，第一種情況為流速儀12的實時水深處于目標水深的上方且向上可調節高度小于水深差值，需要控制進水口3進水來使得流速儀12下降增大實時水深；第二種情況為流速儀12的實時水深處于目標水深的下方且向上可調節高度小于水深差值，需要控制放水口4放水來使得流速儀13上升減小實時水深。
[0133]
本發明的較佳的實施例中，通過以下計算公式處理得到實時水深：
[0134][0135]
其中，
[0136]
h3表示實時水深；
[0137]
h5表示第二水深；
[0138]
h4表示第一水深；
[0139]
s表示刻度序號；
[0140]
l表示刻度線10的序號總數。
[0141]
具體地，本實施例中，刻度線10上刻度序號的最小值與第一壓力傳感器8對齊，刻度線10上刻度序號的最大值與第二壓力傳感器9對齊，以保證后續可以直接根據實時圖像、第一壓力值和第二壓力值處理得到流速儀12于刻度線10上所在的實時水深。
[0142]
優選的，若是刻度線10上刻度序號的最小值未與第一壓力傳感器8對齊，刻度序號的最大值未與第二壓力傳感器9對齊，則第一水深需要加上第一水壓傳感器8與刻度序號的最小值所對應的刻度線10之間的距離，第二水深需要加上第二水壓傳感器9與刻度序號的最大值所對應的刻度線10之間的距離。
[0143]
以上所述僅為本發明較佳的實施例，并非因此限制本發明的實施方式及保護范圍，對于本領域技術人員而言，應當能夠意識到凡運用本說明書及圖示內容所作出的等同替換和顯而易見的變化所得到的方案，均應當包含在本發明的保護范圍內。
