全文摘要
本实用新型涉及一种定点悬挂式冰厚、水位一体化连续监测装置，属于水文监测技术领域。本实用新型的装置由避雷器、风力发电装置、三角钢塔、太阳能发电装置、安装基座、储能电池、回旋臂、空气耦合雷达传感器和集成控制箱（内含风光互补控制器、远程遥测开关、GPS模块、4G数传模块）构成。安装后，远程计算机通过GSM开启各模块，向雷达传感器发送相关参数，4G数传模块接收带有GPS时间标注的雷达图谱，根据雷达图谱记录的雷达波在空气中双程时间t1和在冰盖中双程时间∆t，利用公式（三）（四）自动计算雷达至冰盖上表面距离h和冰盖厚度∆h，利用公式（五）（六）自动计算冰盖上表面或自由水面高程H1和冰盖下表面高程H2。
主设计要求
1.一种定点悬挂式冰厚、水位一体化连续监测装置，其特征在于，包括避雷器（1）、风力发电装置（2）、三角钢塔（3）、太阳能发电装置（4）、安装基座（5）、储能电池（6）、回旋臂（7）、空气耦合雷达传感器（8）和集成控制箱（9）：其中，所述避雷器（1）可选用BLZ-800型避雷器，避雷器中圆球安装高度应比风力发电装置（2）的扇叶最高位置高出0.2m以上；所述三角钢塔（3）由三根钢管和横向支撑杆构成，三根钢管构成等边三角形，钢管直径50mm，横向支撑杆采用螺纹钢筋，间距不大于20cm，三角钢塔埋于基座内；所述安装基座（5）采用浆砌石结构，埋于地面以下部分不少于1m；所述储能电池（6）采用耐低温的硅能电池，安置在集成控制箱（9）内或者埋于基座内地面1m以下；所述回旋臂（7）由两根大小不同钢管构成，直径分别45mm、50mm，每根各15m，嵌套方式连接，连接部位处两根钢管每隔5cm打一个8mm直径孔，再采用6mm直径的长螺丝（21）将两根钢管固定，回旋臂一端焊接一个与回旋臂横杆垂直的套管（23），直径55mm，长度15cm，回旋臂套管（23）套入至三角钢塔的一个钢管后，在该套管（23）下部三角钢塔钢管焊接一个阻滞环（24）。
设计方案
1.一种定点悬挂式冰厚、水位一体化连续监测装置，其特征在于，包括避雷器（1）、风力发电装置（2）、三角钢塔（3）、太阳能发电装置（4）、安装基座（5）、储能电池（6）、回旋臂（7）、空气耦合雷达传感器（8）和集成控制箱（9）：其中，
所述避雷器（1）可选用BLZ-800型避雷器，避雷器中圆球安装高度应比风力发电装置（2）的扇叶最高位置高出0.2m以上；
所述三角钢塔（3）由三根钢管和横向支撑杆构成，三根钢管构成等边三角形，钢管直径50mm，横向支撑杆采用螺纹钢筋，间距不大于20cm，三角钢塔埋于基座内；
所述安装基座（5）采用浆砌石结构，埋于地面以下部分不少于1m；
所述储能电池（6）采用耐低温的硅能电池，安置在集成控制箱（9）内或者埋于基座内地面1m以下；
所述回旋臂（7）由两根大小不同钢管构成，直径分别45mm、50mm，每根各15m，嵌套方式连接，连接部位处两根钢管每隔5cm打一个8mm直径孔，再采用6mm直径的长螺丝（21）将两根钢管固定，回旋臂一端焊接一个与回旋臂横杆垂直的套管（23），直径55mm，长度15cm，回旋臂套管（23）套入至三角钢塔的一个钢管后，在该套管（23）下部三角钢塔钢管焊接一个阻滞环（24）。
2.根据权利要求1所述的一种定点悬挂式冰厚、水位一体化连续监测装置，所述空气耦合雷达传感器（8）的特征在于，其内部主要包含雷达控制器（14）、发射机（15）、接收机（16）、发射天线、接收天线、供电接口、数据接口；
所述空气耦合雷达传感器（8）的探测冰厚工作方式是远程计算机通过4G数传模块（13）向雷达控制器（14）发送相关参数，如雷达波空气传播速度、冰介电常数、采样点数、采样频率、累加次数和采集间隔时间，远程计算机自动计算空气耦合雷达传感器（8）底部中心至凌汛期冰盖上表面或非凌汛期自由水面的距离，再计算冰盖厚度，基于河道周边水准高程，将其相应数据分别换算成相应高程；
所述空气耦合雷达传感器（8）中雷达控制器（14）将实现数据接口通讯、发射机触发信号、接收机步进取样时钟、接收机输出信号模数转换；
所述空气耦合雷达传感器（8）中发射机（15）选用雪崩三极管和SRD器件来构成脉冲源电路；
所述空气耦合雷达传感器（8）中接收机（16）采用等效采样技术对信号进行降频处理技术，降频后回波信号为音频信号；
所述空气耦合雷达传感器（8）中发射机（15）对应的发射天线和接收机（16）对应的接收天线，采用Bow-tie天线或其变形结构UWB天线，实现超宽带特性；
所述空气耦合雷达传感器（8）采用3个U型螺栓固定在回旋臂（7）末端1m范围内。
3.根据权利要求1所述的一种定点悬挂式冰厚、水位一体化连续监测装置，所述集成控制箱（9）的特征在于，其内部主要包含风光互补控制器（10）、远程遥测开关（11）、GPS模块（12）、4G数传模块（13），其中GPS模块（12）和远程遥测开关（11）连接，4G数传模块（13）与远程遥测开关（11）连接，风光互补控制器（10）与远程遥测开关（11）连接；
所述风光互补控制器（10）选用最大功率点跟踪控制器MPPT，该控制器能够追踪最高电压电流值，能够有效地协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，充电效率能够达到95%；
所述风光互补控制器（10）工作方式是风力发电装置（2）和太阳能发电装置（4）的电能通过风光互补控制器（10）传输入远程遥测开关（11）或储存于储能电池（6）中，同时储能电池（6）存储的电能可以在无光无风时通过风光互补控制器（10）传输入远程遥测开关（11）中；
所述远程遥测开关（11）可选用ST248-TAS型号控制器，其工作方式是通过GSM天线接收手机或电脑远程发射控制信号，来控制空气耦合雷达传感器（8）、GPS模块（12）、4G数传模块（13）的开启；
所述GPS模块（12）可选用GPS15xL 型号，作用是为空气耦合雷达传感器（8）提供秒脉冲信号PPS和时间信息，根据PPS信号可以进行计时，还能控制空气耦合雷达传感器（8）数据的采集间隔时间；
另外GPS提供的时间信息也将记录在空气耦合雷达传感器（8）的回传数据中，将雷达回波数据打上时间标签，使得雷达数据可以根据时间回溯；
所述4G数传模块（13）可选用MZ382型号，作用是实现空气耦合雷达传感器（8）与远程计算机之间的远程无线通信，建立数据链接，采集的雷达图谱数据实时回传至远程计算机，同时该型号4G模块还有WIFI功能，可现场通过WIFI功能连接空气耦合雷达传感器（8），测试雷达数据采集质量。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于水利行业中水文监测技术领域，尤其涉及一种冰厚、水位一体化远程连续监测装置。
背景技术
冰厚是指河道冬季结冰形成冰盖后，冰层上表面至冰层下表面的垂直距离。我国北方地区冬季河道、湖泊易结冰形成冰盖，如黑龙江河道、松花江河道、黄河宁蒙段河道等。
冰厚监测一般借助于冰钻和冰尺来完成，监测平均冰厚和最大冰厚(以厘米为单位)，特别是特殊地形处及位置处的冰厚，如水文测验断面处、河道弯道处、涉河建筑物处等。而利用该技术监测冰厚的最大缺点在于需要人工打冰孔测量，费时费力、自动化程度低，不能连续监测，威胁人员安全，特别是冰盖较薄处和冰塞形成的不稳定冰盖处的冰厚监测。
现有的热电阻法监测冰厚技术是一种利用温度传感器监测冰层温度梯度来推求冰层厚度的自动监测技术，该技术需要提前埋设温度传感器，劳动强度较大，仅能监测稳定冰盖期冰厚，不利于冰厚生消全周期和冰厚水位一体化连续监测，还不利于同一地点冰厚多年连续监测。
现有的水位监测技术多采用水尺或26GHz雷达水位计，该技术只能远程监测水位变化过程），在凌汛期只能监测到冰层上表面高程变化，不能监测冰盖生消变化过程，以及冰下水位变化过程，不利于北方河道、湖泊水文多要素全周期不间断连续监测。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种定点悬挂式冰厚、水位一体化连续监测装置，应用该装置不仅可以在凌汛期监测冰表面高程、冰下水位及冰层厚度变化过程，而且还可以在非凌汛期监测自由水面变化过程，解决了北方河道、湖泊、渠道的冰厚、水位一体化连续监测难的问题，实现定点位置冰厚、水位变化全周期的实时监测，为凌汛期水文监测提供新模式和新技术。
本实用新型的技术方案如下。
一种定点悬挂式冰厚、水位一体化连续监测装置，主要包含避雷器（1）、风力发电装置（2）、三角钢塔（3）、太阳能发电装置（4）、安装基座（5）、储能电池（6）、回旋臂（7）、空气耦合雷达传感器（8）、集成控制箱（9）。
所述集成控制箱（9）内安装有风光互补控制器（10）、远程遥测开关控制器（11）、GPS模块（12）、4G数传模块（13）。
所述各组件安装及连接方式可参考附图1及附图2。
所述避雷器（1）可选用BLZ-800型避雷器，避雷器中圆球安装高度应比风力发电装置（2）的扇叶最高位置高出0.2m以上。
所述风力发电装置（2）选用何种输出功率采用公式（一）计算所得：
公式（一）设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920297138.0
申请日:2019-03-10
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:41(河南)
授权编号:CN209961260U
授权时间:20200117
主分类号:G01D21/02
专利分类号:G01D21/02
范畴分类:申请人:黄河水利委员会黄河水利科学研究院
第一申请人:黄河水利委员会黄河水利科学研究院
申请人地址:450003 河南省郑州市金水区顺河路45号
发明人:张宝森;李春江;郜国明;崔海涛;陈洁;田治宗;李书霞;谢学东;王亚飞;沈国庭;邓宇;于国卿;谢志刚;岳瑜素;赵苏磊;曾贺;时芳欣;郭晓明;张晓华;徐路凯;马子普;周文君;何丽娜
第一发明人:张宝森
当前权利人:黄河水利委员会黄河水利科学研究院
代理人:代理机构:代理机构编号:优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计