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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 一種基于水介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)的新型山區(qū)河水流量監(jiān)測(cè)裝置
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類(lèi)：
- 信息技術(shù)
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品針對(duì)現(xiàn)有流量測(cè)量裝置的缺陷和***省山區(qū)地形復(fù)雜，河流多的特點(diǎn)，提出了一種適合山區(qū)河流流量監(jiān)測(cè)的方法，利用音頻信號(hào)在水介質(zhì)中衰減小的特點(diǎn)，采用雙音多頻技術(shù)，通過(guò)水介質(zhì)、大地和現(xiàn)有纜道鋼絲循環(huán)索構(gòu)建傳輸回路，設(shè)計(jì)了一種采用水介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)的新型流量監(jiān)測(cè)裝置。設(shè)計(jì)思路巧妙，成本低,解決遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)不準(zhǔn)和難于實(shí)施五點(diǎn)法規(guī)范測(cè)量等實(shí)際問(wèn)題，對(duì)山區(qū)落后的水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的升級(jí)換代起到了積極的推動(dòng)作用。
- 詳細(xì)介紹：
- 在社會(huì)實(shí)踐中了解到常用的纜道測(cè)流儀，由于采用的傳輸方式，在山區(qū)河流流量監(jiān)測(cè)使用中存在諸多缺陷。針對(duì)這些缺陷和***省山區(qū)地形復(fù)雜，河流多的特點(diǎn)，提出了一種適合山區(qū)河流流量監(jiān)測(cè)的方法，設(shè)計(jì)了一種采用水介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)的新型流量監(jiān)測(cè)裝置。通過(guò)水介質(zhì)、大地和現(xiàn)有的纜道鋼絲循環(huán)索構(gòu)建傳輸回路，設(shè)計(jì)思路巧妙，成本低。 創(chuàng)新點(diǎn)： (1)方法創(chuàng)新：通過(guò)水介質(zhì)、大地和現(xiàn)有纜道鋼絲循環(huán)索構(gòu)建傳輸回路，利用水介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行流量監(jiān)測(cè)，在國(guó)內(nèi)尚屬首例。 (2)技術(shù)創(chuàng)新：利用音頻信號(hào)在水介質(zhì)中衰減小的特點(diǎn)，采用DTMF雙音多頻通信技術(shù)既克服水中衰減大的缺點(diǎn)，又增強(qiáng)了抗干擾能力。 (3)性能創(chuàng)新：為了適應(yīng)偏遠(yuǎn)山區(qū)沒(méi)有計(jì)算機(jī)的情況，增加了U盤(pán)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的功能。 (4)實(shí)用性：可直接取代現(xiàn)有儀器使用。 (5)可移植性：該傳輸方法可以直接移植到水位、泥沙采樣儀器中。 技術(shù)關(guān)鍵： (1)電路設(shè)計(jì)必須保證0～150K水阻范圍內(nèi)有足夠信號(hào)幅度。 (2)下水信號(hào)和流量信號(hào)如何通過(guò)硬件設(shè)計(jì)和軟件編程來(lái)識(shí)別。 (3)山區(qū)自然環(huán)境惡劣，干擾大，軟件抗干擾程序的設(shè)計(jì)。 主要技術(shù)指標(biāo)： (1)一次充電，可以使用1個(gè)星期以上。 (2)適合水阻0～150K的范圍。 (3)液晶顯示，也可通過(guò)接口，連接計(jì)算機(jī)操作。 (4)具有自動(dòng)復(fù)位功能。 該作品構(gòu)思巧妙，采用雙音頻通過(guò)水、大地和纜道進(jìn)行通信，在方法上、技術(shù)上都具有獨(dú)到的創(chuàng)新，在一定程度上促進(jìn)了我國(guó)水文信息技術(shù)的發(fā)展。針對(duì)***省山區(qū)地形復(fù)雜，河流多，監(jiān)測(cè)環(huán)境惡劣，流量監(jiān)測(cè)問(wèn)題多的特點(diǎn)，解決了流量監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵問(wèn)題，實(shí)用性較強(qiáng)，具有明顯的地方特色。作品低成本，可靠性高，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 該作品的核心技術(shù)可直接移植到水位、泥沙等儀器中，還可應(yīng)用在地下水、水庫(kù)大壩水情、城市污水的監(jiān)控等領(lǐng)域，對(duì)我國(guó)落后的水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的升級(jí)換代起到了積極的推動(dòng)作用，有廣闊的市場(chǎng)前景。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路：在社會(huì)實(shí)踐中了解到常用的纜道測(cè)流儀，由于采用的無(wú)線傳輸方式，在山區(qū)河流流量監(jiān)測(cè)使用中存在諸多缺陷。無(wú)線信道極易受到山區(qū)惡劣環(huán)境的干擾，并且代表流速的電波信號(hào)在水里衰減極大，不但傳輸距河岸超過(guò)80米不能保證水文信息的準(zhǔn)確性，而且采用五點(diǎn)法測(cè)量時(shí)，水下0.2米、0.6米難于測(cè)量到數(shù)據(jù)，只能改為2-3點(diǎn)測(cè)量。針對(duì)這些缺陷和***省山區(qū)地形復(fù)雜，河流多的特點(diǎn)，提出了一種適合山區(qū)河流流量監(jiān)測(cè)的方法，設(shè)計(jì)了一種采用水介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)的新型流量監(jiān)測(cè)裝置。通過(guò)水介質(zhì)、大地和現(xiàn)有的纜道鋼絲循環(huán)索構(gòu)建傳輸回路，設(shè)計(jì)思路巧妙，成本低。創(chuàng)新點(diǎn)：(1)方法創(chuàng)新：通過(guò)水介質(zhì)、大地和纜道鋼絲循環(huán)索構(gòu)建傳輸回路，利用水介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行流量監(jiān)測(cè)，在國(guó)內(nèi)尚屬首例。(2)技術(shù)創(chuàng)新：利用音頻信號(hào)在水介質(zhì)中衰減小的特點(diǎn)，采用DTMF雙音多頻通信技術(shù)既克服水中衰減大的缺點(diǎn)，又增強(qiáng)了抗干擾能力。(3)性能創(chuàng)新：為了適應(yīng)偏遠(yuǎn)山區(qū)沒(méi)有計(jì)算機(jī)的情況，增加了U盤(pán)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的功能。(4)實(shí)用性：可直接替換使用。 (5)可移植性：該傳輸方法可以直接移植到水位、泥沙采樣儀器中。技術(shù)關(guān)鍵：(1)電路設(shè)計(jì)必須保證0～150K水阻范圍內(nèi)有足夠信號(hào)幅度。(2)下水信號(hào)和流量信號(hào)如何通過(guò)硬件設(shè)計(jì)和軟件編程來(lái)識(shí)別。(3)山區(qū)自然環(huán)境惡劣，干擾大，軟件抗干擾程序的設(shè)計(jì)。主要技術(shù)指標(biāo)：(1)一次充電，可以使用1個(gè)星期以上。(2)適合水阻0～150K的范圍。(3)液晶顯示，也可通過(guò)接口，連接計(jì)算機(jī)操作。(4)具有自動(dòng)復(fù)位功能。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 利用音頻信號(hào)在水介質(zhì)中衰減小的特點(diǎn)，采用雙音多頻通信技術(shù)，通過(guò)水介質(zhì)、大地和纜道鋼絲循環(huán)索構(gòu)建傳輸回路，既克服了現(xiàn)有儀器無(wú)線流速信號(hào)在水中衰減大的缺點(diǎn)，又增強(qiáng)了抗干擾能力，解決當(dāng)前很多水文站所面臨的由于通信引起的數(shù)據(jù)接收不到和難于實(shí)施五點(diǎn)法規(guī)范測(cè)量等實(shí)際問(wèn)題?，F(xiàn)將三種測(cè)流儀器對(duì)比如下：超聲波多普勒剖面流速儀(ADCP)：不適合泥沙含量少的水質(zhì)，采用船載測(cè)量方式，適用于大江大河，船載返回索取數(shù)據(jù)，價(jià)格貴。HCS-2000A型纜道測(cè)流儀：五點(diǎn)采樣法時(shí)水下只能正確測(cè)2-3個(gè)點(diǎn)，傳輸距河岸超過(guò)80米，數(shù)據(jù)接收不準(zhǔn)確，采用纜道測(cè)量方式無(wú)線通信方式。本作品：任何點(diǎn)都能正常工作，采用纜道雙音頻利用水介質(zhì)、大地和纜道鋼絲循環(huán)索構(gòu)建傳輸回路的測(cè)量方式，適用于山區(qū)河流。我們研究的裝置克服了現(xiàn)有裝置存在的問(wèn)題，由于音頻信號(hào)在水里衰減較小，采用雙音頻通信，配上相關(guān)程序，能夠可靠進(jìn)行流量的監(jiān)測(cè)，且不受傳輸距離的約束，抗雷電等干擾信號(hào)能力強(qiáng),工作可靠。該裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，功耗低，一個(gè)星期只需充一次電。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品在2010年到2011年3月在***市水文局***水文站實(shí)地進(jìn)行了試驗(yàn)和展示，效果理想，真正做到了實(shí)用化、智能化。***市水文局評(píng)價(jià)：“***大學(xué)學(xué)生***等制作的“采用音頻信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)的流量裝置”作品，在***水文站試用，在水下分別選取0.2米、0.6米、0.8米、1.2米、2.35米五個(gè)測(cè)點(diǎn)，均能可靠工作，符合五點(diǎn)測(cè)量法的技術(shù)要求。與現(xiàn)有儀器比，該作品操作簡(jiǎn)單、工作可靠，在整個(gè)河道122米寬距離數(shù)據(jù)傳輸正確。希望盡快投入生產(chǎn)供水文工作者使用，推動(dòng)水文測(cè)量技術(shù)的提高和進(jìn)步?！? 該作品在第十二屆“挑戰(zhàn)杯”中獲得***省決賽科技發(fā)明B類(lèi)一等獎(jiǎng)，專(zhuān)家組評(píng)價(jià)：方法獨(dú)到，技術(shù)實(shí)用，特色鮮明。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 一次性購(gòu)買(mǎi)技術(shù)專(zhuān)利；購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)利和技術(shù)入股。
作品可展示的形式
- 模型、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、樣品、實(shí)物
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本作品由水上控制終端、水下數(shù)據(jù)采集端、流量計(jì)三部分組成。使用步驟：1.將以上三部分連接起來(lái)，并給水上控制終端接通電源。2.按下相應(yīng)的按鍵，設(shè)置需要采集信號(hào)的時(shí)間。3.按下信號(hào)發(fā)送鍵，開(kāi)始動(dòng)態(tài)顯示采集到的信號(hào)個(gè)數(shù)。4.當(dāng)設(shè)定的時(shí)間一到，系統(tǒng)自動(dòng)停止采集，此時(shí)按下讀數(shù)據(jù)鍵，看到綠燈點(diǎn)亮，表明工作正常，接著插入容量小于1G的U盤(pán)，當(dāng)看到綠燈最后熄滅時(shí)，表明讀數(shù)據(jù)完畢， 即可把U盤(pán)拔出。5.將U盤(pán)插入計(jì)算機(jī)USB接口，打開(kāi)名字為“***水文.xls”的Excel文件，即可看到當(dāng)前水流的流速和流量。該作品適合于國(guó)內(nèi)外各地方中小型水文站進(jìn)行水域數(shù)據(jù)的采集和控制,操作簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，并且功能還能進(jìn)一步提升，達(dá)到完全自動(dòng)化和實(shí)用化。從現(xiàn)有的功能來(lái)說(shuō)，此產(chǎn)品完全可以勝任市級(jí)、縣級(jí)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)水文站對(duì)于測(cè)控的需求，具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。以***市為例，境內(nèi)需要監(jiān)測(cè)流量的河流達(dá)695條，***市水文局已明確要推廣使用此設(shè)備，正與***市***電子信息有限責(zé)任公司合作，進(jìn)入中試階段，預(yù)計(jì)有廣闊的市場(chǎng)前景。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 當(dāng)前國(guó)外流量監(jiān)測(cè)方法和儀器的文獻(xiàn)較少，國(guó)外大多采用先進(jìn)的超聲波橫斷面流速儀、超聲波多普勒剖面流速儀(ADCP)。對(duì)于超聲波橫斷面流速儀和超聲波多普勒剖面流速儀(ADCP)，韓國(guó)專(zhuān)家認(rèn)為能應(yīng)用于大江、大河，不過(guò)ADCP最大的缺點(diǎn)是在高拱流速條件下不能用于船測(cè)，而且價(jià)格昂貴。當(dāng)前國(guó)內(nèi)常用的傳統(tǒng)河流流量測(cè)量方法包括人工船測(cè)、橋測(cè)纜道測(cè)量和涉水測(cè)量。流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的索取方式有船載監(jiān)測(cè)人工索取、儀器監(jiān)測(cè)自動(dòng)獲取，其通訊方式大都是采用脈沖方式、無(wú)線通訊方式或者單音頻方式。脈沖撥號(hào)是一種時(shí)域處理方法，它用脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)表示號(hào)碼數(shù)字。脈沖方式對(duì)脈沖的寬度、大小、間距、形狀都有著嚴(yán)格的要求，如果由于線路的干擾或其他原因而使得這些參數(shù)發(fā)生了變化，則可能引起號(hào)碼接收的錯(cuò)誤。無(wú)線通訊方式是近年來(lái)迅速發(fā)展，并廣泛使用的一種通訊方式，就水文領(lǐng)域的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，具有其優(yōu)缺點(diǎn)。首先，無(wú)線通訊方式減少了測(cè)量時(shí)的通訊線路，排除了線路故障引起的數(shù)據(jù)傳播路徑不通。其次，操作簡(jiǎn)單，控制芯片設(shè)計(jì)方便，減少了不必要操作。但由于水文測(cè)量的自然環(huán)境比較惡劣，比如雷電、洪水、暴雨等，要求通訊模塊必須具有強(qiáng)的抗干擾性，而無(wú)線通訊模塊的抗干擾性在此方面有一定的局限性，并且無(wú)線通訊模塊的功耗比較大，對(duì)于采用蓄電池的電路，不適于長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量。超聲波多普勒剖面流速儀(ADCP)雖然先進(jìn)，這幾年也有少量的購(gòu)入，但只在大江大河中使用，不適合山區(qū)河流的流量監(jiān)測(cè)，基于當(dāng)前國(guó)內(nèi)很多山區(qū)使用的無(wú)線傳送流量數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)信號(hào)極易受到干擾和衰減的情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于雙音多頻技術(shù)的新型流量監(jiān)測(cè)裝置，利用水、大地和纜道循環(huán)鋼絲索進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的方式，此方案的低成本、高可靠性的特點(diǎn)完全可以取代現(xiàn)有的某些水文通信技術(shù)，解決當(dāng)前很多水文站所面臨的由于通信引起的數(shù)據(jù)接收不到和五點(diǎn)法規(guī)范測(cè)量的實(shí)施等問(wèn)題。
