本實用新型涉及水文地質(zhì)參數(shù)監(jiān)測領(lǐng)域，具體而言，涉及一種流速傳感器及流速流向測定裝置。

背景技術(shù)：

地下水鉆孔空間較為狹小，一般鉆孔直徑63mm-159mm或更小，地下水流速極為緩慢，如孔隙含水層地下水滲透流速為數(shù)米/天(0.01mm/s)或更低。現(xiàn)有的水流水速測量裝置主要有旋槳式測速儀、多普勒測速儀、超聲波流速儀、成像技術(shù)流速儀、放射性伽馬儀等。由于地下水鉆孔空間狹小，旋漿式流速儀直徑大于10cm，難以滿足鉆孔空間的使用需求；超聲波流速儀和多普勒流速儀一般要求流速大于20cm/s，而地下水流速極為緩慢，不能滿足地下水滲透流速測量要求；成像技術(shù)流速儀利用水中懸浮顆粒成像，進行圖像識別并測定地下水流速，但地下水一般極為干凈，很少有可以達到成像的懸浮顆粒，實用性受到極大的影響；采用放射性物質(zhì)示蹤方法的伽馬儀測定地下水滲透流速，常用的示蹤劑為放射性I131(半衰期8.3天)作為示蹤劑，對人體安全和地下水污染極大，并由此產(chǎn)生一系列環(huán)境問題，目前國家明令禁止任何使用放射性同位素示蹤方法。因此，目前沒有一種兼具實用性和環(huán)保性的地下水流速流向測量儀器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型實施例的目的在于提供一種流速傳感器及流速流向測定裝置，以提供一種兼具實用性和環(huán)保性的地下水流速流向測量儀器及方法。

第一方面，提供一種流速傳感器，流速傳感器包括用于流經(jīng)液體的空心管，空心管兩端分別為第一端和第二端；第一端設(shè)置有第一流水構(gòu)件，第二端設(shè)置有第二流水構(gòu)件，第一流水構(gòu)件的內(nèi)徑大于空心管內(nèi)徑；流速傳感器還包括數(shù)據(jù)輸出單元、可在第一端和第二端之間移動的活動件、用于采集活動件位移時間參數(shù)的第一感應(yīng)器和第二感應(yīng)器，數(shù)據(jù)輸出單元分別與第一感應(yīng)器和第二感應(yīng)器耦合,數(shù)據(jù)輸出單元用于輸出活動件位移時間參數(shù)。

在本實用新型較佳的實施例中，第一端設(shè)置有用于限制活動件移出空心管腔體的第一限位件，第二端設(shè)置有用于限制活動件移出空心管腔體的第二限位件。

在本實用新型較佳的實施例中，活動件為磁性材質(zhì)，第一端設(shè)置有用于使活動件復(fù)位的第一電磁鐵和/或第二端設(shè)置有用于使活動件復(fù)位的第二電磁鐵。

在本實用新型較佳的實施例中，空心管第一端和第二端之間設(shè)置有第三電磁鐵，在第三電磁鐵靠近第一端的一側(cè)設(shè)置有第三感應(yīng)器，在第三電磁鐵靠近第二端的一側(cè)設(shè)置有第四感應(yīng)器，第三感應(yīng)器和第四感應(yīng)器分別與數(shù)據(jù)輸出單元耦合。

在本實用新型較佳的實施例中，空心管為透明材質(zhì)，第一感應(yīng)器、第二感應(yīng)器、第三感應(yīng)器以及第四感應(yīng)器均為光電傳感器。

在本實用新型較佳的實施例中，第一限位件為空心螺帽，第二限位件為空心螺帽。

第二方面，提供一種流速流向測定裝置，包括數(shù)據(jù)采集模塊、處理器以及人機交互模塊；人機交互模塊包括輸出設(shè)備和輸入設(shè)備，輸出設(shè)備、輸入設(shè)備均與處理器耦合；數(shù)據(jù)采集模塊包括姿態(tài)傳感器以及多個流速傳感器。流速傳感器包括用于流經(jīng)液體的空心管，空心管兩端分別為第一端和第二端；第一端設(shè)置有第一流水構(gòu)件，第二端設(shè)置有第二流水構(gòu)件，第一流水構(gòu)件的內(nèi)徑大于空心管內(nèi)徑；流速傳感器還包括數(shù)據(jù)輸出單元、可在第一端和第二端之間移動的活動件、用于采集活動件位移時間參數(shù)的第一感應(yīng)器和第二感應(yīng)器，數(shù)據(jù)輸出單元分別與第一感應(yīng)器和第二感應(yīng)器耦合,數(shù)據(jù)輸出單元用于輸出活動件位移時間參數(shù)。流速傳感器和姿態(tài)傳感器分別與處理器耦合。

在本實用新型較佳的實施例中，多個流速傳感器中至少一個流速傳感器與至少另一個流速傳感器之間設(shè)置有夾角。

第三方面，提供一種流速流向測定裝置，包括數(shù)據(jù)采集模塊、處理器以及人機交互模塊；人機交互模塊包括輸出設(shè)備和輸入設(shè)備，輸出設(shè)備、輸入設(shè)備均與處理器耦合；數(shù)據(jù)采集模塊包括姿態(tài)傳感器以及多個流速傳感器。流速傳感器包括用于流經(jīng)液體的空心管，空心管兩端分別為第一端和第二端；第一端設(shè)置有第一流水構(gòu)件，第二端設(shè)置有第二流水構(gòu)件，第一流水構(gòu)件的內(nèi)徑大于空心管內(nèi)徑；流速傳感器還包括數(shù)據(jù)輸出單元、可在第一端和第二端之間移動的活動件、用于采集活動件位移時間參數(shù)的第一感應(yīng)器和第二感應(yīng)器，數(shù)據(jù)輸出單元分別與第一感應(yīng)器和第二感應(yīng)器耦合,數(shù)據(jù)輸出單元用于輸出活動件位移時間參數(shù)。第一端設(shè)置有用于限制活動件移出空心管腔體的第一限位件，第二端設(shè)置有用于限制活動件移出空心管腔體的第二限位件。活動件為磁性材質(zhì)，第一端設(shè)置有用于使活動件復(fù)位的第一電磁鐵和/或第二端設(shè)置有用于使活動件復(fù)位的第二電磁鐵。空心管第一端和第二端之間設(shè)置有第三電磁鐵，在第三電磁鐵靠近第一端的一側(cè)設(shè)置有第三感應(yīng)器，在第三電磁鐵靠近第二端的一側(cè)設(shè)置有第四感應(yīng)器，第三感應(yīng)器和第四感應(yīng)器分別與數(shù)據(jù)輸出單元耦合。上述流速傳感器和姿態(tài)傳感器分別與處理器耦合。

在本實用新型較佳的實施例中，多個流速傳感器中至少一個流速傳感器與至少另一個流速傳感器之間設(shè)置有夾角。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型提供一種流速傳感器及流速流向測定裝置。第一流水構(gòu)件內(nèi)徑大于空心管內(nèi)徑，使得較大斷面的液體流經(jīng)較小直徑的空心管，將液體流速進行放大，從而使得感應(yīng)器能較為準(zhǔn)確的測出液體流速信號。流速流向測定裝置使用姿態(tài)傳感器及多個流速傳感器，分別采集方位信號與流速信號，處理后得到液體的流向參數(shù)和流速參數(shù)。應(yīng)用于地下水測速領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有的測速設(shè)備實用性低和對環(huán)境污染大的問題。

本實用新型的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型實施例了解。本實用新型的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本實用新型第一實施例提供的一種流速傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型第一實施例提供的另一種流速傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本實用新型第一實施例提供的再一種流速傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實用新型第一實施例提供的流速傳感器中第一感應(yīng)器、第二感應(yīng)器與數(shù)據(jù)輸出單元的連接結(jié)構(gòu)框圖。

圖5為本實用新型第二實施例提供的一種流速傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本實用新型第二實施例提供的流速傳感器中第一感應(yīng)器、第二感應(yīng)器、第三感應(yīng)器、第四感應(yīng)器與數(shù)據(jù)輸出單元的連接結(jié)構(gòu)框圖。

圖7為本實用新型第三實施例提供的一種流速流向測定裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖8為本實用新型第三實施例提供的一種流速流向測定裝置中流速傳感器的相對位置關(guān)系示意圖。

圖9為本實用新型第三實施例提供的另一種流速流向測定裝置中流速傳感器的相對位置關(guān)系示意圖。

圖10為本實用新型第三實施例提供的再一種流速流向測定裝置中流速傳感器的相對位置關(guān)系示意圖。

圖11為本實用新型第四實施例提供的流速流向測定方法的流程圖。

圖標(biāo)：100-流速傳感器；110-空心管；102-第一端；104-第二端；106-第一流水構(gòu)件；108-第二流水構(gòu)件；112-第一限位件；114-第二限位件；116-第一感應(yīng)器；118-第二感應(yīng)器；122-第一電磁鐵；124-第二電磁鐵；126-活動件；128-數(shù)據(jù)輸出單元；200-流速傳感器；210-空心管；202-第一端；204-第二端；206-第一流水構(gòu)件；208-第二流水構(gòu)件；212-第一限位件；214-第二限位件；216-第一感應(yīng)器；218-第二感應(yīng)器；224-第二電磁鐵；226-第三電磁鐵；228-第三感應(yīng)器；232-第四感應(yīng)器；234-活動件；236-數(shù)據(jù)輸出單元；300-流速流向測定裝置；310-數(shù)據(jù)采集模塊；312-流速傳感器；320-處理器；330-人機交互模塊；402-存儲器；403-存儲控制器；405-網(wǎng)絡(luò)模塊。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例。基于本實用新型的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。同時，在本實用新型的描述中，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

本實用新型提供一種流速傳感器及流速流向測定裝置，主要應(yīng)用于液體測速、測向，特別是流速極為緩慢的地下水測速、測向。下面對流速傳感器及流速流向測定裝置通過具體實施例進行詳細(xì)說明。

第一實施例

請參考圖1，本實用新型實施例提供了一種流速傳感器100，包括空心管110、活動件126、第一限位件112、第二限位件114、第一流水構(gòu)件106、第二流水構(gòu)件108、第一感應(yīng)器116、第二感應(yīng)器118、第一電磁鐵122、第二電磁鐵124以及數(shù)據(jù)輸出單元128。

空心管110兩端分別為第一端102和第二端104。假定第一端102作為液體流入端，則第一端102設(shè)置有第一流水構(gòu)件106，第二端104設(shè)置有第二流水構(gòu)件108。第一流水構(gòu)件106包括通孔，該通孔直徑即為第一流水構(gòu)件106內(nèi)徑，第一流水構(gòu)件106內(nèi)徑大于空心管110內(nèi)徑，使得較大截面的液體能通過較小孔徑的空心管110，從而放大了液體流速，便于測量。第二流水構(gòu)件108包括用于流經(jīng)液體的通孔。

需要說明，第一流水構(gòu)件106和第二流水構(gòu)件108中，位于液體流入一端的第一流水構(gòu)件106內(nèi)徑大于空心管110內(nèi)徑，液體流出一端的第二流水構(gòu)件108的內(nèi)徑可大于、小于或者等于空心管110內(nèi)徑。當(dāng)?shù)诙魉畼?gòu)件108的內(nèi)徑大于空心管110內(nèi)徑時，液體也可從第二端104流入，第一端102流出。

空心管110內(nèi)部設(shè)置有活動件126，該活動件126能隨著液體的流動，相對空心管110的徑向發(fā)生位移。為防止活動件126移出空心管110腔體，在空心管110第一端102設(shè)置有第一限位件112，在空心管110第二端104設(shè)置有第二限位件114。在一種實施方式中，第一限位件112為空心螺母，該空心螺母的內(nèi)徑小于空心管110內(nèi)徑，也小于活動件126直徑，使得活動件126無法從第一端102移出；第二限位件114為空心螺母，該空心螺母的內(nèi)徑小于空心管110內(nèi)徑，也小于活動件126直徑，使得活動件126無法從第二端104移出。除此之外，空心螺母也可為其他結(jié)構(gòu)，只要能限制活動件126移出空心管110，也不限制液體通過即可，如網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等。

空心管110長度為固定值，則活動件126隨著液體移動的距離為固定值，若獲得活動件126位移的時間，則可計算出空心管110內(nèi)液體流動的速度。根據(jù)空心管110直徑與用于流入液體的第一流水構(gòu)件106或第二流水構(gòu)件108內(nèi)徑之比，可計算出實際液體流動速度。

因此，獲得活動件126移動一定距離所耗費的時間，即采集位移時間參數(shù)。在空心管110外側(cè)設(shè)置有第一感應(yīng)器116和第二感應(yīng)器118，分別采集活動件126通過第一感應(yīng)器116對應(yīng)的空心管110位置的時間以及活動件126通過第二感應(yīng)器118對應(yīng)的空心管110位置的時間。第一感應(yīng)器116和第二感應(yīng)器118間距離一定。在一種實施方式中，空心管110為玻璃、亞克力、塑料等透明材料制成，則第一感應(yīng)器116、第二感應(yīng)器118可為光電傳感器。此外，第一感應(yīng)器116和第二感應(yīng)器118可以為紅外傳感器及其他傳感器，這里感應(yīng)器的種類及空心管110的材質(zhì)均只是一種實施方式而已，并不對本實用新型的保護范圍產(chǎn)生限定。

在實際的使用中，需要手動恢復(fù)活動件126的位置，以防止活動件126位于第二端104而液體從第一端102流至第二端104時，無法測量液體流速的問題。為了方便使用，可使用磁性材料制作活動件126，優(yōu)選的，該磁性材質(zhì)為具有強磁性的銣磁鐵，在空心管110外側(cè)設(shè)置電磁鐵，通過為電磁鐵通電，使得活動件126移動到初始位置。

圖1為一種實施方式，在空心管110外側(cè)靠近第二端104處設(shè)置有第二電磁鐵124，當(dāng)為第二電磁鐵124通電時，利用第二電磁鐵124與活動件126之間的同極斥力，使得活動件126位移至靠近第一端102處。

請參考圖2，相應(yīng)地，也可在空心管110外側(cè)靠近第一端102處設(shè)置第一電磁鐵122，當(dāng)為第一電磁鐵122通電時，利用第一電磁鐵122與活動件126之間的異極吸引力，使得活動件126位移至靠近第一端102的第一電磁鐵122處。

請參考圖3，為增強對活動件126施加的磁力，還可同時設(shè)置第一電磁鐵122和第二電磁鐵124，當(dāng)對第一電磁鐵122和第二電磁鐵124通電時，利用第一電磁鐵122與活動件126之間的異極吸引力，利用第二電磁鐵124與活動件126之間同極斥力，使得活動件126更快、更穩(wěn)定地位移至靠近第一端102的第一電磁鐵122處。

需要說明，當(dāng)液體從第二端104流入，第一端102流出時，只需改變上述第一電磁鐵122、第二電磁鐵124的電流方向，即可改變電磁鐵極性，使得活動件126復(fù)位至靠近第二端104處。

請參考圖4，設(shè)置數(shù)據(jù)輸出單元128，用于輸出第一感應(yīng)器116、第二感應(yīng)器118、采集到的位移時間參數(shù)。數(shù)據(jù)輸出單元128可為與第一感應(yīng)器116、第二感應(yīng)器118耦合的通訊接口，如485通訊接口、232通訊接口等，也可為與第一感應(yīng)器116、第二感應(yīng)器118耦合的通訊模塊，如GSM模塊、藍牙模塊、GPRS模塊等。

實驗表明，5mm內(nèi)徑中空管，活動件126(銣磁鐵直徑5mm，長度2.7mm)，在地下水滲流速度1m/天(0.01mm/s)，實際誤差小于3％，足以滿足地下水流速檢測要求。

整體而言，本實施例提供的流速傳感器100包括較大內(nèi)徑的第一流水構(gòu)件106、第二流水構(gòu)件108，還包括較小內(nèi)徑的空心管110，能夠使原截面較大的液體于較小內(nèi)徑的空心管110內(nèi)流動，放大液體流速；在空心管110內(nèi)設(shè)置活動件126，利用第一感應(yīng)器116和第二感應(yīng)器118測定活動件126通過的時間，可計算出空心管110內(nèi)液體流速，進而計算實際液體流速；活動件126由磁性材料制成，設(shè)置第一電磁鐵122和/或第二電磁鐵124，可便捷地復(fù)位活動件126；設(shè)置數(shù)據(jù)輸出單元128，可輸出第一感應(yīng)器116和第二感應(yīng)器118采集到的活動件126的位移時間參數(shù)。此外，應(yīng)用于地下水測速，該流速傳感器100具有較好的實施效果。

第二實施例

請參考圖5，本實施例提供了一種流速傳感器200，該流速傳感器200包括空心管210、活動件234、第一限位件212、第二限位件214、第一流水構(gòu)件206、第二流水構(gòu)件208、第一感應(yīng)器216、第二感應(yīng)器218、第一電磁鐵、第二電磁鐵224以及數(shù)據(jù)輸出單元236，還包括第三電磁鐵226、第三感應(yīng)器228以及第四感應(yīng)器232。

空心管210兩端分別為第一端202和第二端204。第一端202設(shè)置有第一流水構(gòu)件206，第二端204設(shè)置有第二流水構(gòu)件208。第一流水構(gòu)件206包括通孔，該通孔直徑即為第一流水構(gòu)件206內(nèi)徑，第一流水構(gòu)件206內(nèi)徑大于空心管210內(nèi)徑；第二流水構(gòu)件208包括通孔，該通孔直徑即為第二流水構(gòu)件208內(nèi)徑，第二流水構(gòu)件208內(nèi)徑大于空心管210內(nèi)徑。不論液體從第一流水構(gòu)件206流入，還是從而第二流水構(gòu)件208流入，均可使得較大截面的液體能通過較小孔徑的空心管210，從而放大了液體流速，也便于測量。

空心管210內(nèi)部設(shè)置有活動件234，該活動件234能隨著液體的流動，相對空心管210的徑向發(fā)生位移。為防止活動件234移出空心管210腔體，在空心管210第一端202設(shè)置有第一限位件212，在空心管210第二端204設(shè)置有第二限位件214。在一種實施方式中，第一限位件212為空心螺母，該空心螺母的內(nèi)徑小于空心管210內(nèi)徑，也小于活動件234直徑，使得活動件234無法從第一端202移出；第二限位件214為空心螺母，該空心螺母的內(nèi)徑小于空心管210內(nèi)徑，也小于活動件234直徑，使得活動件234無法從第二端204移出。除此之外，空心螺母也可為其他結(jié)構(gòu)，只要能限制活動件234移出空心管210，也不限制液體通過即可，如網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等。

若已知活動件234隨著液體移動的距離，若獲得活動件234位移的時間，則可計算出空心管210內(nèi)液體流動的速度。再根據(jù)空心管210直徑與用于進水的第一流水構(gòu)件206或第二流水構(gòu)件208的內(nèi)徑之比，可計算出液體實際的流動速度。

在空心管210外側(cè)設(shè)置第一感應(yīng)器216、第二感應(yīng)器218，第一感應(yīng)器216和第二感應(yīng)器218之間的距離不變，當(dāng)活動件234通過第一感應(yīng)器216時，第一感應(yīng)器216發(fā)送信號；當(dāng)活動件234通過第二感應(yīng)器218時，第二感應(yīng)器218發(fā)送信號。兩個感應(yīng)器發(fā)送的信號之間具有時間間隔，因而可以獲得活動件234通過第一感應(yīng)器216和第二感應(yīng)器218之間所需的時間。

在使用流速傳感器200之前，應(yīng)對活動件234進行復(fù)位操作，以防止活動件234位于第二端204，而液體從第一端202流至第二端204；或者活動件234位于第一端202，而液體從第二端204流至第一端202，液體流速無法測量的問題。這里使用磁性材料制作活動件234，優(yōu)選的，該磁性材質(zhì)為具有強磁性的銣磁鐵，在空心管210外側(cè)設(shè)置電磁鐵，通過為電磁鐵通電，使得活動件234移動到初始位置。

在對流速緩慢的液體進行測速時，難以直接觀測出液體流向，比如液體從第二端204流入，第一端202流出時，可能將活動件234復(fù)位至第一端202，導(dǎo)致無法測速，應(yīng)重新復(fù)位。

因此，在一種實施方式中，相較于在第一實施例的流速傳感器100中僅設(shè)置第一電磁鐵和第二電磁鐵124，本實施例的流速傳感器200設(shè)置有第一電磁鐵、第二電磁鐵224以及第三電磁鐵226。第三電磁鐵226設(shè)置于第一電磁鐵和第二電磁鐵224之間。此外，在第三電磁鐵226靠近第一端202的一側(cè)設(shè)置有第三感應(yīng)器228，在第三電磁鐵226靠近第二端204的一側(cè)設(shè)置有第四感應(yīng)器232。

通過第一電磁鐵、第二電磁鐵224、第三電磁鐵226的配合，可將活動件234復(fù)位至第三電磁鐵226處，當(dāng)液體從第一端202流入，通過第四感應(yīng)器232和第二感應(yīng)器218獲得活動件234的位移時間參數(shù)；當(dāng)液體從第一端202流入，通過第一感應(yīng)器216和第三感應(yīng)器228獲得活動件234的位移時間參數(shù)。這樣，不論液體從第一端202流入還是從第二端204流入，均可測量液體流速。

需要說明，這里第三電磁鐵226為必要組件，第一電磁鐵、第二電磁鐵224可任意設(shè)置，即均不設(shè)置、任意擇一設(shè)置或者均設(shè)置共四種實施方式。

在一種實施方式中，空心管210為玻璃、亞克力、塑料等透明材料制成，則第一感應(yīng)器216、第二感應(yīng)器218、第三感應(yīng)器228以及第四感應(yīng)器232可為光電傳感器。此外，第一感應(yīng)器216和第二感應(yīng)器218也可以為紅外傳感器及其他傳感器，這里感應(yīng)器的種類及空心管210的材質(zhì)均只是實施方式而已，并不對本實用新型的保護范圍產(chǎn)生限定。

請參考圖6，設(shè)置數(shù)據(jù)輸出單元236，用于輸出第一感應(yīng)器216、第二感應(yīng)器218、第三感應(yīng)器228、第四感應(yīng)器232采集到的位移時間參數(shù)。數(shù)據(jù)輸出單元236可為與第一感應(yīng)器216、第二感應(yīng)器218、第三感應(yīng)器228、第四感應(yīng)器232耦合的通訊接口，如485通訊接口、232通訊接口等，也可為與第一感應(yīng)器216、第二感應(yīng)器218、第三感應(yīng)器228、第四感應(yīng)器232耦合的通訊模塊，如GSM模塊、藍牙模塊、GPRS模塊等。

實驗表明，5mm內(nèi)徑中空管，活動件234(銣磁鐵直徑5mm，長度2.7mm)，在地下水滲流速度1m/天(0.01mm/s)，實際誤差小于3％，足以滿足地下水流速檢測要求。

整體而言，本實施例提供的流速傳感器200包括較大內(nèi)徑的第一流水構(gòu)件206、第二流水構(gòu)件208，還包括較小內(nèi)徑的空心管210，能夠使原截面較大的液體于較小內(nèi)徑的空心管210內(nèi)流動，從而放大液體流速；在空心管210內(nèi)設(shè)置活動件234，活動件234由磁性材料制成，設(shè)置第一電磁鐵和/或第二電磁鐵224，還設(shè)置位于第一電磁鐵和第二電磁鐵224之間的第三電磁鐵226，可便捷地將活動件234復(fù)位于第三電磁鐵226處；在第三電磁鐵226兩側(cè)分別設(shè)置第三感應(yīng)器228和第四感應(yīng)器232，當(dāng)液體從第一端202流入，可利用第一感應(yīng)器216、第三感應(yīng)器228測定活動件234通過的時間，當(dāng)液體從第二端204流入，可利用第二感應(yīng)器218、第四感應(yīng)器232測定活動件234通過的時間，進而計算出空心管210內(nèi)液體流速，最終計算實際液體流速；設(shè)置數(shù)據(jù)輸出單元236，可輸出第一感應(yīng)器216、第二感應(yīng)器218、第三感應(yīng)器228、第四感應(yīng)器232采集到的活動件234的位移時間參數(shù)。應(yīng)用于地下水流測速，該流速傳感器200具有較好的實施效果。

第三實施例

圖7示出了一種流速流向測定裝置300。流速流向測定裝置300包括存儲器402、存儲控制器403和網(wǎng)絡(luò)模塊405，還包括數(shù)據(jù)采集模塊310、處理器320以及人機交互模塊330。

存儲器402、存儲控制器403、處理器320、網(wǎng)絡(luò)模塊405、數(shù)據(jù)采集模塊310、人機交互模塊330各元件之間直接或間接地電連接，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸或交互。例如，這些元件之間可以通過一條或多條通訊總線或信號總線實現(xiàn)電連接。所述流速流向測定方法分別包括至少一個可以以軟件或固件(firmware)的形式存儲于存儲器402中的軟件功能模塊，例如流速流向測定裝置300包括的軟件功能模塊或計算機程序。

存儲器402可以存儲各種軟件程序以及模塊，如本申請實施例提供的裝置及方法對應(yīng)的程序指令/模塊。處理器320通過運行存儲在存儲器402中的軟件程序以及模塊，從而執(zhí)行各種功能應(yīng)用以及數(shù)據(jù)處理，即實現(xiàn)本申請第四實施例中的流速流向測定方法。存儲器402可以包括但不限于隨機存取存儲器(Random Access Memory，RAM)，只讀存儲器(Read Only Memory，ROM)，可編程只讀存儲器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只讀存儲器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，電可擦除只讀存儲器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。

網(wǎng)絡(luò)模塊405用于接收以及發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信號。上述網(wǎng)絡(luò)信號可包括無線信號或者有線信號。

數(shù)據(jù)采集模塊310包括姿態(tài)傳感器以及多個流速傳感器312，流速傳感器312和姿態(tài)傳感器分別與處理器320耦合。

流速傳感器312有多種擺放方式。多個流速傳感器312中至少一個流速傳感器312與至少另一個流速傳感器312之間設(shè)置有夾角。下面給出幾種實施方式。

請參考圖8和圖9，在一種實施方式中，設(shè)置四個流速傳感器312，令姿態(tài)傳感器指向0°，則四個流速傳感器312的進水方向分別為0°、90°、180°以及270°。

請參考圖10，在一種實施方式中，設(shè)置八個流速傳感器312，令姿態(tài)傳感器指向0°，則八個流速傳感器312的進水方向分別為0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°以及315°。設(shè)置八個流速傳感器312所獲得的時間參數(shù)更多，可得出更加準(zhǔn)確的流速流向計算結(jié)果。

此外，可設(shè)定與姿態(tài)傳感器指向有一定夾角的方向為0°，還可改變流速傳感器312的數(shù)量及方向。上述兩種方式僅使得流速流向的算法較為簡單，并不對專利保護范圍產(chǎn)生限定。

流速傳感器312可采用第一實施例中的流速傳感器100，也可采用第二實施例中的流速傳感器200。第一實施例中流速傳感器100的數(shù)據(jù)輸出單元128用于與處理器320耦合，或者第二實施例中流速傳感器200的數(shù)據(jù)輸出單元236用于與處理器320耦合。耦合方式可以是有線連接，也可以是無線連接。為了說明方便，后文所述流速傳感器312及其組件均可指代第一實施例中的流速傳感器100及其組件，也可指代第二實施例中的流速傳感器200及其組件，將不再標(biāo)號具體說明。但需要說明，后文所述流速傳感器312及其組件應(yīng)全為第一實施例中的流速傳感器100及其組件，或者全為第二實施例中的流速傳感器200及其組件。

人機交互模塊330包括輸出設(shè)備和輸入設(shè)備，輸出設(shè)備、所述輸入設(shè)備均與處理器320耦合。耦合方式可以為無線連接或有線連接。輸出設(shè)備可以提供一個與用戶之間進行交互的界面(例如用戶操作界面)或用于顯示圖像數(shù)據(jù)給用戶參考。例如，可以顯示流速信息。輸出設(shè)備可以為裝置本身的顯示裝置，如CRT、LED、ELD、電子紙以及電子墨水、PDP、LCD、TFT、OLED、SED等顯示器，也可以為裝置本身的語音播報設(shè)備，如揚聲器等，此外，還可以為具有如藍牙、WiFi、GPRS、GSM等硬件模塊的移動終端等。輸入設(shè)備可以為觸摸屏、實體按鍵、進行語音輸入的麥克風(fēng)等，還可以為具有如藍牙、WiFi、GPRS、GSM等硬件模塊的移動終端等。輸入設(shè)備主要用于進行對流速傳感器312的復(fù)位進行操作，輸出設(shè)備主要輸出經(jīng)處理器320處理后的液體流速和流向參數(shù)。

處理器320可以是一種集成電路芯片，具有信號處理能力。上述處理器320可以是通用處理器，包括中央處理器(Central Processing Unit，簡稱CPU)、網(wǎng)絡(luò)處理器(Network Processor，簡稱NP)等；還可以是數(shù)字信號處理器320(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)成可編程門陣列(FPGA)或者其他可編程邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯器件、分立硬件組件。其可以實現(xiàn)或者執(zhí)行本申請實施例中的公開的各方法、步驟及邏輯框圖。通用處理器可以是微處理器或者該處理器也可以是任何常規(guī)的處理器等。

處理器320包括多個模擬差分信號采集輸入端口，一個數(shù)字信號采集端口，多個I/O輸出端口。每個模擬差分信號采集端口分別與流速傳感器312的感應(yīng)器耦合，數(shù)字信號采集端口與姿態(tài)傳感器耦合，I/O輸出端口與輸入設(shè)備、輸出設(shè)備耦合。

此外，處理器320還可設(shè)置無線通信模塊，如藍牙、GPRS、GSM、WiFi等，實現(xiàn)與輸入設(shè)備、輸出設(shè)備的無線連接。

處理器320接收數(shù)據(jù)采集模塊310發(fā)送的位移時間參數(shù)信號以及方位信號，并根據(jù)內(nèi)置算法，計算每一路位移時間參數(shù)信號對應(yīng)的液體流速參數(shù)；根據(jù)各個方向的流速參數(shù)，可計算出實際流速參數(shù)；根據(jù)多個方向流速參數(shù)和方位信號，根據(jù)內(nèi)置算法，計算出實際的流向參數(shù)。

處理器320與人機交互模塊330耦合，發(fā)送計算出的流速和流向參數(shù)到輸出設(shè)備并控制輸出設(shè)備輸出流速參數(shù)和流向參數(shù)，接收輸入設(shè)備輸入的操作指令，并控制流速傳感器312中電磁鐵的電流通斷和電流方向。

整體而言，本實施例提供了一種流速流向測定裝置300，包括數(shù)據(jù)采集模塊310、處理器320和人機交互模塊330，數(shù)據(jù)采集模塊310包括采集方位信號的姿態(tài)傳感器和采集位移時間參數(shù)的多個流速傳感器312，人機交互模塊330包括輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，姿態(tài)傳感器和多個流速傳感器312分別與處理器320耦合，輸入設(shè)備、輸出設(shè)備分別與處理器320耦合。數(shù)據(jù)采集模塊310采集位移時間參數(shù)信號、方位信號并傳輸至處理器320，處理器320對時間參數(shù)信號、方位信號進行處理后，得到液體流速信號和流向信號，并控制輸出設(shè)備輸出流速信號和流向信號；輸入設(shè)備傳輸復(fù)位信號至處理器320，處理器320控制流速傳感器312中電磁鐵的電流通斷和方向，實現(xiàn)復(fù)位。

第四實施例

請參考圖11，本實施例提供了一種流速流向測定方法，涉及到第三實施例中的流速流向測定裝置。包括：

步驟S510：數(shù)據(jù)采集模塊采集位移時間參數(shù)信號和方位信號，流速傳感器經(jīng)由數(shù)據(jù)輸出單元將采集到的位移時間參數(shù)信號傳輸至處理器，姿態(tài)傳感器經(jīng)由數(shù)據(jù)輸出單元將采集到的方位信號傳輸至處理器。

步驟S520：處理器根據(jù)位移時間參數(shù)信號和方位信號計算出流速參數(shù)和流向參數(shù)。

下面以第三實施例中圖9表示的流速流向測定裝置為例，介紹根據(jù)位移時間參數(shù)信號和方位信號計算流速參數(shù)和流向參數(shù)的具體步驟。

首先介紹流速測定。當(dāng)一定流量流體通過不同的斷面時，其流速會發(fā)生相應(yīng)的變化，流速變化比率為通過斷面面積之比。地下水滲透流速較為緩慢(一般為0.01mm/s或更小)。

水流通過流速傳感器的流水構(gòu)件處時，進水口時的孔徑為D，通過空心管管內(nèi)徑為d，水流通過中空管流速V與通過流水構(gòu)件的流速v之比K＝V/v＝D²/d²，因此通過此結(jié)構(gòu)將測量的流速放大K倍。

由于測量流速放大到足夠的大時，其可推動中空管內(nèi)活動件移動，通過測量活動件單位時間運動的距離，確定中空管內(nèi)水流速度V，從而確定地下水滲流速度v＝V/K，即地下水滲透流速v＝V/K＝V/(D²/d²)。從而計算出至少一個不為0的地下水滲透流速v，每一個v都與相應(yīng)的流速傳感器對應(yīng)。

下面介紹方向測定。水流流速為矢量V，其可以分解V1、V2流速矢量，V1、V2即為上面求得的流速。

假設(shè)水流流向介于圖9中任意兩個進水口相鄰的流速傳感器之間，并與0°方向流速傳感器間夾角呈θ進入儀器，兩個流速傳感器的流速為V1和V2，V1和V2為矢量，因此V＝V1+V2，即水流速V＝√(V1²+V2²)。水流方向與1#流速傳感器夾角θ＝arctan(V2/V1)。

通過姿態(tài)傳感器，確定的0°方向流速傳感器與正北方向夾角為Φ，那么地下水流向α＝Φ+θ+180°(當(dāng)α>360°時，α＝α-360°)。

由于不同的姿態(tài)傳感器方位表示方法不一樣，流速傳感器的數(shù)量和位置也不一致，流向計算方法可根據(jù)上述原理適當(dāng)調(diào)整。

步驟S530：處理器控制人機交互模塊輸出流速和流向參數(shù)。

除此之外，人機交互模塊也能對流速傳感器進行控制，使得流速傳感器中的活動件復(fù)位，便于測速。人機交互模塊發(fā)送控制信號至處理器，處理器控制流速傳感器進行處理。

綜上所述，本實用新型提供一種流速傳感器及流速流向測定裝置300。第一流水構(gòu)件內(nèi)徑大于空心管內(nèi)徑，使得較大斷面的液體流經(jīng)較小直徑的空心管，將液體流速進行放大，從而使得感應(yīng)器能較為準(zhǔn)確的測出液體流速信號。流速流向測定裝置300使用姿態(tài)傳感器及多個流速傳感器312，分別采集方位信號與流速信號，處理后得到液體的流向參數(shù)和流速參數(shù)。應(yīng)用于地下水測速領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有的測速設(shè)備實用性低和對環(huán)境污染大的問題。

在本申請所提供的幾個實施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的裝置和方法，也可以通過其它的方式實現(xiàn)。以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，附圖中的流程圖和框圖顯示了根據(jù)本實用新型的多個實施例的裝置、方法和計算機程序產(chǎn)品的可能實現(xiàn)的體系架構(gòu)、功能和操作。在這點上，流程圖或框圖中的每個方框可以代表一個模塊、程序段或代碼的一部分，所述模塊、程序段或代碼的一部分包含一個或多個用于實現(xiàn)規(guī)定的邏輯功能的可執(zhí)行指令。也應(yīng)當(dāng)注意，在有些作為替換的實現(xiàn)方式中，方框中所標(biāo)注的功能也可以以不同于附圖中所標(biāo)注的順序發(fā)生。例如，兩個連續(xù)的方框?qū)嶋H上可以基本并行地執(zhí)行，它們有時也可以按相反的順序執(zhí)行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖和/或流程圖中的每個方框、以及框圖和/或流程圖中的方框的組合，可以用執(zhí)行規(guī)定的功能或動作的專用的基于硬件的系統(tǒng)來實現(xiàn)，或者可以用專用硬件與計算機指令的組合來實現(xiàn)。

另外，在本實用新型各個實施例中的各功能模塊可以集成在一起形成一個獨立的部分，也可以是各個模塊單獨存在，也可以兩個或兩個以上模塊集成形成一個獨立的部分。

所述功能如果以軟件功能模塊的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中。基于這樣的理解，本實用新型的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機設(shè)備(可以是個人計算機，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本實用新型各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：U盤、移動硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。