專利名稱：一體化超小型網絡無線數傳流速儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種一體化超小型網絡無線數傳流速儀，該流速儀是用于水利工程物理模型試驗中流速測量的裝置，適用單點測量，更多應用于斷面多點測量。
背景技術：
水利工程物理模型試驗中，水流的流速測量常采用旋漿流速儀。最早的旋漿流速儀由旋漿流速傳感器和前置放大器組成。其中旋漿流速傳感器中設有發射光源，通常發射的是直流光線，當該光線經測桿中的光纖發射到旋漿反光面，反射回來的光信號經光敏管轉換形成脈沖信號，該小脈沖信號經過前置放大器放大、整形后，有線傳輸到控制室接收儀中的采集板，再接入計算機。后來人們采用單片機技術研制出流速儀的二次測量儀表(計數器)，代替前置放大器和采集板，由二次儀表讀取數據和處理數據，通過計算機串行口采集流速數據。近10年人們在許多領域又用無線傳輸模塊代替通信線將二次儀表的數字信號傳送到控制室或計算機。雖然水利工程物理模型試驗中的量測技術有了較大的發展，由于旋漿流速傳感器到二次儀表(流速儀)仍存在許多的連線，不僅使用麻煩，可靠性也不夠高，在模型試驗時更換斷面很不方便。更無法將數據上傳局域網或因特網。同時，現有技術的旋漿流速傳感器發射的直流光源，容易受環境光的影響，在較強的太陽光下無法正常工作。

發明內容
為了克服現有技術以上的不足，本發明提供了一種一體化超小型網絡無線數傳流速儀，將旋漿流速傳感器和二次測量儀表(計數器)組合在一起，采用新型微控制器對傳感器和二次儀表中的各部件結構進行優選優化改造，構成一個整體結構的新型儀器，以實現模型試驗中流速測量系統的真正無線數據采集。完成上述發明任務的方案是一種一體化超小型網絡無線數傳流速儀，所述的旋漿流速儀的傳感器中設有旋漿(也稱為葉輪)、發射光源、傳導光纖、接收光敏管及輸出信號線纜；其特征是，所述旋漿流速儀還設有微控制器、信號調理電路和網絡無線數傳電路；光電旋漿流速傳感器發射的是調制光源，接收的反射信號經信號調理電路的濾波解調、放大、整形后，形成標準TTL信號接所述的微控制器；無線數傳電路由無線網絡通信控制芯片、射頻芯片及發射天線組成。所述微控制器的軟件設有信號調制、信號延時、定時計數、數據處理、電源管理、數據傳輸控制、抗干擾等功能。本發明的進一步改進，有以下優化方案
1、所述的一體化超小型網絡無線數傳流速儀還設有紅外無線電源開關短時間不工作時，本儀器自動進入休眠狀態；當長時間不工作時，儀器關機后，工作人員用紅外無線遙控器，打開電源。2、所述的一體化超小型網絡無線數傳流速儀設有可充電鋰電池和鋰電池充電電路，鋰電池充電一次可工作100小時以上；所述的一體化流速儀外接AC-DC5V穩壓模塊，即可以為鋰電池充電，還可在長期固定測點交流供電。3、所述的旋漿流速傳感器所用的發射光源不是通常的直流光源，而是經過調制的交流光源。旋漿反光面反射回來的光源再經過解調，放大、整形，形成標準TTL脈沖。采用這樣的光源可以防止環境光的影響，在很強的太陽光下都能正常工作，提高了傳感器的可靠性和抗干擾能力。4、所述一體化超小型網絡無線數傳旋漿流速儀，增添了無線網絡通信控制芯片和射頻芯片組。支持單臺一體化流速儀點對點組網，支持多臺一體化流速儀星型組網，可將數據無線上傳局域網或因特網，便于數據的發布，也能供用戶查詢，實現了數據的網絡化管理。無線傳輸距離800米。5、所述的電子測控電路在保持原NKY04-L1型旋漿流速傳感器的所有功能的情況下，僅包留信號放大電路、濾波放大電路、甄別整形電路。而調制電路和整形延時電路的工作由微控制器完成。節省了硬件資源，提高了可靠性，大大減小了體積，降低了功耗。6、作為本發明的進一步改進，本流速傳感器的光纖長度只需加工IOcm長，比傳統的光纖長度減小了 4…10多倍。7、作為本發明的進一步改進，本流速傳感器的發射燈管和接收光敏管直接安裝在不銹鋼測桿內IOcm的光纖端，用線纜將信號連接到測控電路板。可測量5米以下水深的流速。8、作為本發明的進一步改進，本流速傳感器的傳導光纖加工成L型，使旋漿旋轉了 90度，可測量水流中的垂直流速。本發明的有益效果在于，將過去由多個部件組成的流速測量設備，經優選優化發明出一體化超小型低功耗網絡無線數傳流速儀，在模型試驗中真正實現了無線流速測量。 該無線數傳流速儀采用調制交流光源工作，測量時不受環境光的影響，可在很強的太陽光下正常工作。單臺流速儀支持點對點無線組網，多臺流速儀支持星型無線組網，可將數據無線上傳局域網或因特網，實現了數據的網絡化管理。本流速傳感器將發射燈管和接收光敏管安裝在不銹鋼測桿內，縮短光纖長度4 - 10多倍，降低了光纖的成本，還可測量5米以下水深的流速。將傳感器的傳導光纖加工成L型，使旋漿旋轉了 90度，可測量水流中的垂直流速。該流速儀可交直流兩用，工作穩定可靠。超低功耗，鋰電池充電一次可工作100小時以上。包含鋰電池在內，超小體積僅0 25mm*140mm或40mm*70mmM8mm。


圖1為本發明實施例1的結構示意圖。圖2為一體化無線流速儀短光纖加工圖。圖3為本發明實施例2的結構示意圖。圖4為本發明實施例3的結構示意圖。
具體實施例方式實施例1，參照圖1 一體化超小型網絡無線數傳流速儀由發射天線1、不銹鋼上蓋 2、無線網絡數傳及微控制器電子電路3、光電發射接收測控電路及電池充電電路4、不銹鋼外套5、整體支撐塑件6、圓柱形可充電鋰電池7、不銹鋼下蓋8、彈簧9、鋼珠10、不銹鋼管11和旋漿框架及葉輪12構成。其中不銹鋼上蓋2、整體支撐塑件6、不銹鋼下蓋8和Φ25πιπι (壁厚1. 5mm)*140mm不銹鋼外套5組成一體化網絡無線數傳流速儀的殼體。殼體的下部放圓柱形鋰電池7，上部放無線網絡數傳及微控制器電子電路3和光電發射接收測控電路及電池充電電路4。發射天線1固定在不銹鋼上蓋2的上方。不銹鋼下蓋8鑲嵌了彈簧9和鋼珠10，一圈共有三組，平均角度120度，其作用是當外套5插入不銹鋼下蓋8時，有彈簧9 推出鋼珠10固定住外套5，不用螺釘或羅紋固定不銹鋼外套5，使用方便，美觀簡潔。不銹鋼管11的長度根據用戶的需要與旋漿框架及葉輪12構成旋漿流速測桿。本測桿的光纖長度只有10cm，比通常的光纖短4 - 10多倍。圖2 —體化無線流速儀短光纖結構圖。由電纜13，發射管電線14、LED發射管15、接收光敏管16、發射光纖17、接收光纖 18、不銹鋼管11和光纖的不銹鋼外套19構成。這樣的結構可減小光纖的長度，節省成本， 減小整個儀器的體積。實施例2，參照圖3 —體化超小型網絡無線數傳流速儀由發射天線1、無線網絡數傳及微控制器電子電路3、光電發射接收測控電路及電池充電電路4、方形可充電鋰電池7、 塑料外殼20、加長桿21、加長連接桿22、電纜13、連接板23、不銹鋼管11、旋漿框架及葉輪 12構成。這一結構由于主機與傳感器用電纜連接，所以可以測量很高水頭下的流速。實施例3，參照圖4 一體化超小型網絡無線數傳流速儀由發射天線1、無線網絡數傳及微控制器電子電路3、光電發射接收測控電路及電池充電電路4、方形可充電鋰電池7、 塑料外殼20、不銹鋼管11和旋漿框架及葉輪12構成構成。由于采用了 L傳導光纖，這樣的結構可以測量垂直水流的流速。
權利要求
1.一種一體化超小型網絡無線數傳流速儀，所述的流速儀傳感器中設有旋漿、發射光源、接收光敏管、傳導光纖及輸出信號線纜；其特征在于，所述旋漿流速儀中還設有微控制器、信號調理電路、無線數傳電路和鋰電池充電電路；所述微控制器的軟件設有信號調制、信號延時、定時計數、數據處理、電源管理、數據傳輸控制、抗干擾等功能；所述的信號調理電路中設有有濾波解調電路、放大電路、整形電路；所述的無線數傳電路由無線網絡通信控制芯片、射頻芯片及發射天線組成。
2.根據權利要求1所述的一體化超小型無線數傳流速儀，其特征在于，所述的旋漿流速傳感器所采用的發射光源是調制光源。
3.根據權利要求1所述的一體化超小型網絡無線數傳流速儀，其特征在于，所述的無線數傳電路由通信控制芯片和射頻芯片組成，支持單臺一體化超小型網絡流速儀點對點組網，支持多臺一體化超小型網絡無線數傳流速儀星型組網。
4.根據權利要求1所述的一體化超小型網絡無線數傳流速儀，其特征在于，該流速儀設有紅外無線電源開關。
5.根據權利要求1所述的一體化超小型網絡無線數傳流速儀，其特征在于，所述的旋漿流速傳感器中還設有可充電鋰電池、鋰電池充電電路和AC-DC5V直流穩壓模塊。
6.根據權利要求1所述的一體化超小型網絡無線數傳流速儀，其特征在于，所述的傳導光纖的長度采用IOcm長。
7.根據權利要求1所述的一體化超小型網絡無線數傳流速儀，其特征在于，所述的發射燈管和接收光敏管直接安裝在不銹鋼測桿內IOcm的光纖端，用線纜將信號連接到測控電路板。
8.根據權利要求1-7之一所述的一體化超小型網絡無線數傳流速儀，其特征在于，所述流速傳感器下端的傳導光纖加工成L型，可將旋漿葉輪旋轉90度。
全文摘要
一體化超小型網絡無線數傳流速儀，所述的流速儀傳感器中設有旋漿、發射光源、接收光敏管和傳導光纖，特征是還設有微控制器、信號調理電路和無線數傳電路；光電旋漿流速傳感器發射調制光源，接收的反射信號經濾波解調、放大、整形后，形成標準TTL信號接微控制器；無線數傳電路由無線網絡通信控制芯片、射頻芯片及發射天線組成；微控制器的軟件設有信號調制、信號延時、定時計數、數據處理、電源管理、數據傳輸控制、抗干擾等功能。本發明將多個部件組成的流速測量設備優化成一體化超小型網絡無線數傳流速儀，實現了無線流速測量。單臺流速儀支持點對點無線組網，多臺流速儀支持星型無線組網，可上傳局域網或因特網，實現網絡化管理。
文檔編號G08C17/02GK102565454SQ201210003768
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者馮中華, 吳永進, 周良平, 楊建國, 王馳, 胡亞安, 許偉, 趙建鈞, 駱少澤 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院