基于雷达流量计的垂直升降无人机装置的制作方法

1.本实用新型涉及无人机测流技术领域，具体为基于雷达流量计的垂直升降无人机装置。


背景技术：

2.常规的测流无人机装置不适用在复杂的环境下航行，例如暴风天气，便不能航行。此外，由于天气原因造成的水平面波动也会影响测流装置的使用，这就导致常规的测流无人机的应用范围具有局限性。
3.雷达流量计是一款非接触测河道、渠道的流速、水位、流量的一体式流量监测设备，主要使用在环境比较恶劣的自然河道或者水流冲击较大、不适合安装接触式测流的产品的场合。其主要是通过非接触式雷达波利用多普勒效应原理来监测水体流速。测速探头斜向下发出一束雷达波，雷达波到达水体表面后反射，由于多普勒效应发出的雷达波和接收到的雷达波产生多普勒频移，多普勒频移正比于流速。通过测量多普勒频移即可测量水体表面速度，再经修正、率定后估算出断面平均流速。
4.常规的雷达流量计对安装地点的选择尤为苛刻，要确保雷达波覆盖到水面，既要避免漂浮物、旋涡和水生植物的影响，还要避免低水期河床淤积、主槽摆动等导致雷达波覆盖到地面而测量出错。而且，当被测水面≤3mm浪高时，测量的数据不够准确、可靠。
5.因此，本实用新型提供基于雷达流量计的垂直升降无人机装置，解决上述问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供基于雷达流量计的垂直升降无人机装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：基于雷达流量计的垂直升降无人机装置，包括：
8.无人机本体；
9.雷达流量计，用于监测水体的水位和流速，
10.所述雷达流量计包括：
11.流量计主机，所述流量计主机通过固定杆安装于所述无人机本体的正下方；
12.流速仪，若干所述流速仪通过横杆与所述流量计主机固定连接，且两者的底端设置在同一水平面上。
13.流量计主机用于测量河流的水位、收集多个流速仪的流速并通过水位和流速计算出流过断面的瞬时流量和累计流量。
14.进一步的，所述无人机本体包括：
15.机身，所述机身沿水平方向设置；
16.机翼，所述机翼沿水平方向设置，并垂直固定于所述机身的侧壁上；
17.尾翼，所述尾翼固定装配于所述机身的末端。
18.进一步的，所述机翼包括对称设置的左、右两组侧翼，每一组所述侧翼上均固定设有升降动力组件，所述升降动力组件包括：
19.支架，所述支架平行于所述机身设置，并固定安装于所述侧翼的下表面；
20.驱动电机，所述驱动电机分别装配于所述支架的两端；
21.螺旋桨，所述螺旋桨转接于所述驱动电机的转轴上。
22.无人机本体上设置升降动力组件的目的在于：一是节省了无人机本体在陆地起飞时的场地，也节省了无人机本体在水面上起飞时的时间；二是遇到复杂的环境时，能够在短时间内直飞到空中进行躲避，大大提高了生存能力和工作效率。
23.进一步的，所述机身内部还设有控制处理组件，所述控制处理组件包括：
24.探测器，所述探测器设于所述机身远离所述尾翼的一端，用于探测水平面的波动情况；
25.舵机，所述舵机设于所述机身靠近所述尾翼的一端，为无人机本体提供驱动力；
26.中央处理器，所述中央处理器设于所述探测器与舵机之间，用于收发飞行指令；
27.控制器，所述控制器位于所述中央处理器的一侧，用于控制无人机本体的飞行状态。
28.进一步的，所述固定杆是具有伸缩特性，目的在于检测不同位置的水体表面流速。
29.进一步的，所述流量计主机通过通讯线与所述流速仪相连，所述流速仪设有若干组并通过三通连接器与所述通讯线相连。雷达流量计采用了一拖多的方式，可以完全满足了数据采集的广度，多重数据的反复对比，实验过程中数据的不断更新，精度化与自主化结合，保障水体流量精度和测量效率，高效的完成数据处理工作。
30.进一步的，所述流速仪与竖直面呈30~60度的夹角，目的在于配合雷达信号的发射角度，确保测量结果的准确性。
31.进一步的，所述流量计主机由斜面体和垂直体组合而成，所述斜面体位于垂直体远离所述尾翼的一端且其作用面与所述流速仪平行设置。其中，斜面体起到测量水体流速的作用，与流速仪共同作用，提供多组数据对比，避免单位宽度范围内水体流速数据不精确所带来的问题，大大提高了工作效率；垂直体起到测量水体水位的作用，配合完成精确的测流工作。
32.与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：本实用新型基于雷达流量计的垂直升降无人机装置，
33.1、整体结构设计合理，通过升降动力组件和一拖多式雷达流量计的设置，保证无人机飞行过程中的稳定性，确保雷达流量计紧密贴近水面，实现超高密度的测量数据的获取，为后续的流量的计算提供充足的数据，避免单位宽度范围内水体流速数据不精确所带来的问题，保障流量测量的准确性和可参考性；
34.2、机动性高，在测流过程中，测量人员无需到达相应位置，极大降低了安全隐患以及船体等传统设备对测量数值的影响，同时提高了测量的工作效率；
35.3、应用范围广泛，不管是一般环境还是复杂环境，都能够满足实时测量的要求，从而保证了数据的时效性；
36.4、通过实体结构与数据采集处理单元的配合，实现了测流系统的优化和升华，相对于现有技术更具实用性，能够更为高效的完成精确的测流工作，有助于测流信息业的发
展。
附图说明
37.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
38.图1是本实用新型基于雷达流量计的垂直升降无人机装置的仰视结构示意图；
39.图2是本实用新型基于雷达流量计的垂直升降无人机装置的俯视结构示意图图；
40.图3是本实用新型基于雷达流量计的垂直升降无人机装置的雷达流量计的结构示意图；
41.图4是本实用新型基于雷达流量计的垂直升降无人机装置的雷达流量计主机与流速仪的连接关系示意图；
42.图中：1、无人机本体，11、机身，12、机翼，13、尾翼；2、雷达流量计，21、流量计主机，22、流速仪；3、升降动力组件，31、支架，32、驱动电机，33、螺旋桨；4、控制处理组件，41、探测器，42、舵机，43、中央处理器，44、控制器；5、固定杆；6、横杆；7、通讯线；8、三通连接器。
具体实施方式
43.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做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。
44.请参阅图1-3，本实用新型提供技术方案：基于雷达流量计的垂直升降无人机装置，包括：
45.无人机本体1；
46.雷达流量计2，用于监测水体的水位和流速，
47.所述雷达流量计2包括：
48.流量计主机21，所述流量计主机21通过固定杆5安装于所述无人机本体1的正下方；
49.流速仪22，若干所述流速仪22通过横杆6与所述流量计主机21固定连接，且两者的底端设置在同一水平面上。
50.所述无人机本体1包括：
51.机身11，所述机身11沿水平方向设置；
52.机翼12，所述机翼12沿水平方向设置，并垂直固定于所述机身11的侧壁上；
53.尾翼13，所述尾翼13固定装配于所述机身11的末端。
54.所述机翼12包括对称设置的左、右两组侧翼，每一组所述侧翼上均固定设有升降动力组件3，所述升降动力组件3包括：
55.支架31，所述支架31平行于所述机身11设置，并固定安装于所述侧翼的下表面；
56.驱动电机32，所述驱动电机32分别装配于所述支架31的两端；
57.螺旋桨33，所述螺旋桨33转接于所述驱动电机32的转轴上。
58.所述机身11内部还设有控制处理组件4，所述控制处理组件4包括：
59.探测器41，所述探测器41设于所述机身11远离所述尾翼13的一端；
60.舵机42，所述舵机42设于所述机身11靠近所述尾翼13的一端；
61.中央处理器43，所述中央处理器43设于所述探测器41与舵机42之间；
62.控制器44，所述控制器44位于所述中央处理器43的一侧。
63.所述固定杆5是具有伸缩特性。
64.所述流量计主机21通过通讯线7与所述流速仪22相连，所述流速仪22设有若干组并通过三通连接器8与所述通讯线7相连。
65.在其中一个实施例中，通讯线7为485总线，并设有两组流速仪22。
66.所述流速仪22与竖直面呈30~60度的夹角。
67.所述流量计主机21由斜面体和垂直体组合而成，所述斜面体位于垂直体远离所述尾翼13的一端且其作用面与所述流速仪22平行设置。
68.在其中一个实施例中，雷达信号发射角度为12度，流量计主机21斜面体和流速仪22的倾斜角度对应设置为55度。
69.在安装时为保证水流方向和雷达流量计2安装方向平行，要注意河流或者渠道水流方向的变化，避免一体化雷达流量计2流速探头方向正对大落差水流，保证装置上表面和河面水平，流量计主机21斜面体和流速仪22的斜面朝着河流上游。
70.本实用新型的工作原理：
71.1、选取一处渠道顺直、断面规则稳定的水域，且断面附近无影响水流的建筑物、树木及杂草等，并要求被测水面的浪高大于3mm，测量断面与水流方向垂直；
72.2、预先设定无人机本体1相对于水平面的航向位置，通过人为操作固定杆5，来改变雷达流量计2与无人机本体1之间的相对距离；
73.3、操作无人机本体1在陆地上起飞，中央处理器43收到命令，并传递给控制器44，控制器44控制驱动电机32启动，带动螺旋桨33作旋转运动，使得无人机本体1呈直线向上起飞；
74.到达一定高度后，控制器44控制舵机42启动，使得无人机本体1向测量水域前进；
75.4、无人机本体1飞行至测量水域上空，通过控制螺旋桨33的转动，使其降落至与水平面保持相对距离，此时雷达流量计2紧密贴近水平面，再通过控制器44控制舵机42启动，使得无人机本体1在水平面平稳航行；
76.5、控制雷达流量计2开始工作，通过流量计主机21垂直体来测量水域水位，流量计主机21斜面体来测量水体流速，两组流速仪22通过485总线与流量计主机21相连通，也起到测量水体流速的作用，以此提供多组数据对比，而后通过485总线传送至数据采集处理单元，计算出流过断面的瞬时流量和累计流量；
77.6、测量完成，控制器44控制驱动电机32启动，带动螺旋桨33作旋转运动，再控制舵机42启动，使得无人机本体1垂直起飞、航行返回并垂直降落到起始点，即完成一次测量过程；
78.7、特别地，在测量过程中，当探测器41检测到水平面大幅度波动时，控制器44控制螺旋桨33带动无人机本体1垂直向上运动，避开水浪，避免影响测量数据的可靠性，等水浪过后可再降落至水面继续完成测量工作。
79.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实
体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
80.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。