一种基于模糊控制的测流桥及其测量方法与流程

1.本发明属于渠道流量测量技术领域，特别是涉及到一种基于模糊控制的测流桥及其测量方法。


背景技术：

2.在现有的渠道流量测量技术中，adcp测船适合在大渠道进行应用测量，当遇到小渠道时，测船很难进行流量和断面的精准测量，从而导致最终的测量结果误差很大。小渠道中精确测量渠道断面以及水流表面流速缺乏有效方法进行解决，现有的adcp测流仪器由于风速对小渠道的水面会产生一定的风壅水面高度，因此adcp测流仪器在小渠道断面中的测量精确度低。
3.因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于模糊控制的测流桥及其测量方法用于解决在adcp测流仪器在小渠道断面中的测量精确度低的技术问题。
5.一种基于模糊控制的测流桥，包括测桥主体、水平移动组件、模糊控制组件和风速仪，所述测桥主体包括第一钢板、固定安装在第一钢板下部两侧的两个方形钢管和固定安装在第一钢板两端的支脚；所述第一钢板上沿长度方向设置有运动轨道和屏显刻度尺；所述模糊控制组件包括adcp仪器、距离传感器、测距仪和模糊控制器；所述adcp仪器通过安装组件连接在运动轨道上；所述距离传感器的数量为两个，其中一个距离传感器固定在adcp仪器的一侧，并且距离传感器的下端面与adcp仪器的底部探头位于同一水平面，另一个距离传感器位于屏显刻度尺上方，并且另一个距离传感器的检测端与安装组件固定连接；所述测距仪固定安装在第一钢板的下部；所述模糊控制器分别与风速仪、adcp仪器、距离传感器以及测距仪连接，模糊控制器上设置有显示屏；所述运动轨道上设置有与运动轨道滑动连接的滑块；
6.所述安装组件包括特制螺杆、带有刻度的轻质圆形铁管、卡扣、u型卡扣、钢板块和轻质圆环；所述特制螺杆为l型，特制螺杆的螺帽端卡接在滑块上，特制螺杆的螺杆尾端贯穿钢板块并通过两个固定螺帽与钢板块夹持固定；所述轻质圆环的两侧分别与轻质圆形铁管固定连接，轻质圆环的内壁通过卡扣与adcp仪器卡接；所述带有刻度的轻质圆形铁管均通过u型卡扣与钢板块固定连接；
7.所述风速仪位于第一钢板的上方，并且风速仪位于adcp仪器的上方；
8.所述水平移动组件包括两个定滑轮和绕接在两个定滑轮之间的绳子；所述两个定滑轮分别固定安装在临近运动轨道的方形钢管的两端；所述绳子的一端系在特制螺杆的拐角处，绳子的另一端绕过两个定滑轮后由操作人员拉拽。
9.所述测距仪为超声波测距仪或者红外测距仪。
10.所述支脚包括倾斜设置的扶梯和水平设置与地面接触的第二钢板；所述扶梯的上
部与第一钢板固定连接，扶梯的下部在两个扶梯相背的一侧均设置有支角；所述第二钢板通过套管与支角铰接。
11.所述第一钢板的上部两侧沿长度方向设置有人工扶手。
12.所述轻质圆环的侧壁上设置有卡紧螺杆。
13.所述风速仪为风杯风速仪。
14.所述轻质圆形铁管的外壁上标有刻度。
15.一种基于模糊控制的测流桥的测量方法，利用所述的一种基于模糊控制的测流桥，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行：
16.步骤一、将一种基于模糊控制的测流桥架设在渠道上，操作人员拉拽绳子使水平移动组件沿运动轨道滑动，水平移动组件带动adcp仪器和adcp仪器侧部的距离传感器移动，屏显刻度尺上方的距离传感器检测具体的移动距离值并通过显示屏实时显示，水平移动组件移动至渠道的上方设定测点后停止拉拽绳子；
17.步骤二、工作人员手持风速仪，将风速仪放置于设定测点的上方，风速仪采用风杯风速仪，测得风速数值以及风向与渠道垂直线的法线的夹角数值，测距仪测得水深值，adcp仪器侧部的距离传感器测得adcp仪器的入水深度值，屏显刻度尺上方的距离传感器测得设定测点到渠道对面边壁的距离；
18.步骤三、将上述测得的各数据输入模糊控制器，模糊控制器中根据风壅水面高度e计算公式，获得风壅水面高度e，0.1m为adcp仪器底部探头规定的入水深度，模糊控制器中用adcp仪器的入水深度值h减去风壅水面高度e值再减去0.1，输出计算结果并通过显示屏显示：
19.步骤四、计算结果为正值，拧松u型卡扣两侧的固定螺栓，将带有刻度的轻质圆形铁管向上移动对应数值，直至模糊控制器最后输出值为“0”，再将u型卡扣两侧的固定螺栓拧紧，adcp仪器进行流量检测；
20.算结果为正值，拧松u型卡扣两侧的固定螺栓，将带有刻度的轻质圆形铁管向下移动对应数值，直至模糊控制器最后输出值为“0”，再将u型卡扣两侧的固定螺栓拧紧，adcp仪器进行流量检测。
21.所述步骤三中风壅水面高度e计算公式如下：
[0022][0023]
式中，e表示设定测点的风壅水面高度，单位m；k表示综合摩阻系数，取k＝3.6
×
10-6
；v表示风速，单位为m/s；f表示设定测点到对面边壁的距离，单位为m；g表示重力加速度，单位为m/s2，取9.81；d表示设定测点的水深；β表示风向与渠道垂直线的法线的夹角，单位为度。
[0024]
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
[0025]
本发明结合模糊控制技术，使得adcp仪器测量得到的数据更加精确，减小了风速对水面产生壅水高度对adcp的工作条件产生干扰。同时测流工作结束后adcp仪器的外围固定部件可以拆卸，测桥主体两端的支脚可以折叠收回，减少在户外环境中暴露的时间，增大了测桥的使用寿命。测桥设置的运动轨道和滑块可以实现adcp仪器在水面以下以同一高度进行来回直线运动，保证测流结果的准确度，加大了adcp仪器在测量渠道的流量数据的可
靠性。特制螺杆和u型卡扣保证了adcp仪器能稳定的固定在测桥上，技术要求不高。屏显刻度尺保证了各测量仪器的准确位置。距离传感器保证了adcp仪器入水深度数据的准确度；还能结合刻度尺得到设定测点到渠道对面边壁的距离，保证了实验数据的准确性和可靠性。本发明适用于大部分渠道的断面和水流表面的流速测量，应用范围很广泛。
附图说明
[0026]
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
[0027]
图1为本发明一种基于模糊控制的测流桥及其测量方法中多功能测桥的结构示意图。
[0028]
图2为本发明一种基于模糊控制的测流桥及其测量方法中多功能测桥的俯视结构示意图。
[0029]
图3为本发明一种基于模糊控制的测流桥及其测量方法中多功能测桥的特制螺杆的结构示意图。
[0030]
图4为本发明一种基于模糊控制的测流桥及其测量方法中多功能测桥的钢板块与轻质圆形铁管的连接结构示意图。
[0031]
图5为本发明一种基于模糊控制的测流桥及其测量方法中多功能测桥的轻质圆环的结构示意图。
[0032]
图6为本发明一种基于模糊控制的测流桥及其测量方法中多功能测桥的模糊控制器的连接结构框图。
[0033]
图中，1、定滑轮；2、人工扶手；3、特制螺杆；4、带有刻度的轻质圆形铁管；5、卡扣；6、固定螺帽；7、运动轨道；8、adcp仪器；9、绳子；10、扶梯；11、第二钢板；12、套管；13、方形钢管；14、支角；15、第一钢板；16、屏显刻度尺；17、u型卡扣；18、钢板块；19、距离传感器；20、风速仪；21、测距仪；22、轻质圆环；23、卡紧螺杆；24、安装杆。
具体实施方式
[0034]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0035]
实施例一，如图所示，一种基于模糊控制的测流桥，包括风速仪20、两个方形钢管13以及固定装配在两个方形钢管13顶部的第一钢板15，两个方形钢管13和第一钢板15是架桥的主体部分，需要承受住测量人员在上面的行走，第一钢板15顶部连接有两个人工扶手2，保证测量人员的人身安全；所述人工扶手2由几根钢管彼此之间通过弯管进行连接，可以实现拆装；第一钢板15的侧面滑动安装有模糊控制组件，模糊控制组件包括测距仪21以及通过安装组件安装在第一钢板15下方的adcp仪器8，第一钢板15上安装有两个距离传感器19，其中一个距离传感器19安装在adcp仪器8的一侧位置，且adcp仪器8和相邻的距离传感器19底端高度平齐，第一钢板15的侧面还安装有水平移动组件，水平移动组件用于控制adcp仪器8以及设置在adcp仪器8一侧的距离传感器19均在渠道上呈水平直线运动；
[0036]
安装组件包括设置在第一钢板15一侧的两个钢板块18，每个钢板块18上均安装有两个特制螺杆3，每个特制螺杆3均通过对称设置的两个固定螺帽6紧固连接在钢板块18上，两个固定螺帽6固定在钢板块18的前端，两个固定螺帽6固定在钢板块18的后端，四个特制螺杆3两两为一组，同组的两个特制螺杆3之间设置有带有刻度的轻质圆形铁管4，带有刻度的轻质圆形铁管4通过u型卡扣17卡接固定在钢板块18上，adcp仪器8安装于两个带有刻度的轻质圆形铁管4靠近底部的位置；u型卡扣17的两端同样均同时使用两个固定螺帽6对钢板块18进行夹持固定。
[0037]
水平移动组件包括挂接在其中一个方形钢管13侧面的两个定滑轮1，定滑轮1挂接在方形钢管13的左右两端，两个定滑轮1之间绕接有绳子9，绳子9与特制螺杆3的拐角系接，绳子9通过与特制螺杆3转折处相固定，特制螺杆3为l形结构，特制螺杆3的端头固定有滑块，定滑轮1的侧面设置有匹配滑块的运动轨道7，滑块滑动插接在运动轨道7内；
[0038]
实施例二，在实施例一的基础上，带有刻度的轻质圆形铁管4通过u型卡扣17卡接在钢板块18上，adcp仪器8通过卡扣5卡接在两个带有刻度的轻质圆形铁管4之间，安装杆24的尾部装有距离传感器19，安装杆24的顶部通过螺纹与轻质圆环22相连接，轻质圆环22在带有刻度的轻质圆形铁管4上滑动套接，轻质圆环22上螺纹连接有卡紧螺杆23。当距离传感器19与adcp仪器8底部保持同一高度，将卡紧螺杆23拧紧。
[0039]
实施例三，在实施例一的基础上，第一钢板15的两侧安装有扶梯10，且两个扶梯10相背的一侧均设置有支角14，支角14通过套管12铰接有第二钢板11。
[0040]
实施例四，在实施例一的基础上，模糊控制组件还包括屏显刻度尺16，另外一个距离传感器19安装于屏显刻度尺16上，且该距离传感器19的检测端设置在特制螺杆3上用于检测特制螺杆3的移动距离，距离传感器19一个置于与adcp仪器8底部探头平行的位置，用于得到adcp仪器8的入水深度，另一个距离传感器19置于屏显刻度尺16上，其检测端与特制螺杆3相连接，风速仪20置于设定测点的上方。
[0041]
实施例五，在实施例一的基础上，测距仪21为超声波测距仪或者红外测距仪，用于检测水的深度，优选超声波测距仪，不会受到水的折射影响，测量更加精准。
[0042]
设备安装使用过程：将定滑轮1挂接在方形钢管13的左右两端，将钢板11通过套管12与支角14进行固定，将人工扶手2连接安装在测桥的第一钢板15上，在第一钢板15上安装屏显刻度尺16，将特制螺杆3顶端放置在运动轨道7内的滑块上方，两根特制螺杆3尾部穿过钢板块18，两个固定螺帽6固定在钢板块18的前端，两个固定螺帽6固定在钢板块18的后端；距离传感器19置于安装杆尾部，通过轻质圆环22进行调节至与adcp仪器8底部探头同一水平高度处，该距离传感器19用于测得adcp仪器8的入水深度，另一个距离传感器19置于屏显刻度尺16上，另一个距离传感器19的检测端与特制螺杆3相连接，用于量取设定测点到渠道对面边壁的距离；模糊控制器上设置有显示屏和电源按钮等功能控制按钮，显示屏显示adcp仪器的横向位置和adcp仪器8与规定的入水深度0.1m的差值；风速仪20置于设定测点的上方，得到的风速数值以及风向与渠道垂直线的法线的夹角数值；超声波测距仪测得渠道水深；将风速仪20得到的风速数值以及风向与渠道垂直线的法线的夹角数以及值、超声波测距仪测得渠道水深数值和距离传感器19测得的adcp仪器8的入水深度数值以及设定测点到渠道对面边壁的距离数值导入到模糊控制器，得到0.1m数值后，即adcp仪器8到达规定位置，将u型卡扣17将轻质圆形铁管4固定在钢板块18上，将两套卡扣5与adcp仪器8固定在
轻质圆形铁管4上，将绳子9与特制螺杆3转折处相固定，拉动绳子9可以使得adcp仪器8在小渠道上来回移动。
[0043]
在使用本发明在渠道进行adcp仪器测量渠道断面和水面流速时，通过屏显刻度尺16可以准确得到adcp仪器8起始点和终点处到渠道两边的距离，在确保正确安装好各部分后，便可来回匀速拉动绳子9使adcp仪器8在运动轨道7上进行渠道断面和水面流速的测量工作。
[0044]
模糊控制器计算原理：工作人员手持风速仪20，将其置于设定测点的上方。
[0045]
风速仪20采用风杯风速仪，由3个互成120
°
固定在支架上的抛物锥空杯组成感应局部，空杯的凹面都顺向一个方向，整个感应部分装置在一根垂直旋转轴上，在风力的作用下，风杯绕轴以正比于风速的转速旋转，从而实现了风速的测量，该风速仪20具备数据锁存功能，便于读数，且采用了自动指北装置，测量时无需人工对北，简化测量操作，可以利用将风速仪20测得的风速数值以及风向与渠道垂直线的法线的夹角数值各作为一个控制对象；将超声波测距仪21测得的水深作为一个控制对象；将距离传感器19测得adcp仪器的入水深度和设定测点到渠道对面边壁的距离各作为一个控制对象；用模糊控制器对控制对象进行模糊计算。
[0046]
输入装置：将综合摩阻系数k、风速v、通过测距仪测得的设定测点水深d、风向与渠道垂直线的法线的夹角β对应的数值输入到模糊控制器中；
[0047]
被控对象：仪器入水深度h；
[0048]
风壅水面高度e计算公式如下：
[0049][0050]
式中，e——设定测点的风壅水面高度，单位m；
[0051]
k——综合摩阻系数，可取k＝3.6
×
10-6
；
[0052]
v——风速，单位m/s；
[0053]
f——设定测点到对面边壁的距离，单位m；
[0054]
g——重力加速度，单位为m/s2，取9.81；
[0055]
d——设定测点的水深；
[0056]
β——风向与渠道垂直线的法线的夹角，单位度。
[0057]
用adcp仪器的入水深度值减去风壅水面高度e后，所得数值再减去0.1即计算公式为：h-e-0.1，进而由模糊控制器最后输出数值：
[0058]
若输出数值为正值，拧松u型卡扣17两侧的固定螺栓，将带有刻度的轻质圆形铁管4向上移动对应数值，直至模糊控制器最后输出值为“0”，再将u型卡扣17两侧的固定螺栓拧紧，adcp仪器8进行流量检测；
[0059]
输出数值为正值，拧松u型卡扣17两侧的固定螺栓，将带有刻度的轻质圆形铁管4向下移动对应数值，直至模糊控制器最后输出值为“0”，再将u型卡扣17两侧的固定螺栓拧紧，adcp仪器8进行流量检测。
[0060]
需要说明的是，在本发明中，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。
[0061]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。