阅读说明：本技术 智能防洪预警系统的水流冲击深度监测装置 (Water flow impact depth monitoring device of intelligent flood control early warning system ) 是由 李瑞清 姚晓敏 张兵 年夫喜 陈雷 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及水文监测技术领域,具体涉及智能防洪预警系统的水流冲击深度监测装置。包括控制器、转接机构、旋板和若干个冲击感测单元,若干个冲击感测单元沿垂直于水面的方向埋置于泥沙中,每个冲击感测单元均包括一个磁装置和一个与磁装置相对设置的磁感测元件,冲击感测单元的信号输出端与控制器的信号输入端电性连接,每个磁装置均通过一个旋板与转接机构连接,磁装置固设于旋板一端,旋板另一端与转接机构转动连接,旋板的上端面设有弧状凸出部,旋板下端面为平面。采用埋置于泥沙中垂直线性排列的冲击感测单元,以检测磁场改变的方式,得知泥沙被水流冲击的位置进而得出冲击深度,其具有低成本、结构简单、容易大量布置的优势。(The invention relates to the technical field of hydrological monitoring, in particular to a water flow impact depth monitoring device of an intelligent flood control early warning system. Including the controller, switching mechanism, revolve board and a plurality of and strike sensing unit, a plurality of strikes sensing unit and buries in silt along the direction of perpendicular to surface of water, every strikes sensing unit and all includes a magnetism device and a magnetism sensing element that sets up relatively with the magnetism device, the signal output part of striking sensing unit and the signal input part electric connection of controller, every magnetism device all revolves the board through one and is connected with switching mechanism, the magnetism device sets firmly in revolving board one end, the board other end rotates with switching mechanism to be connected soon, the up end of revolving the board is equipped with the arcuation bulge, the terminal surface is the plane under the board soon. The impact sensing units embedded in the sediment and arranged vertically are adopted to detect the change of the magnetic field, so that the impact depth of the sediment at the position impacted by the water flow is obtained, and the device has the advantages of low cost, simple structure and easiness in mass arrangement.)

智能防洪预警系统的水流冲击深度监测装置

技术领域

本发明涉及水文监测技术领域，具体涉及智能防洪预警系统的水流冲击深度监测装置。

背景技术

公路过河桥梁其桥墩结构系统的安全性与稳定性，取决于桥墩基础受河流长期冲刷而淘空的严重程度，即冲深程度。而在河流防洪预警中，冲深程度作为重要的防洪预警判断指标，其同样重要。

冲深程度取决于河流的流量、流速、夹带砂石数量、河床土质及组成和水流通过的截面积等因素，在河流丰水期这些因素影响明显，导致局部冲刷计算公式并不可靠，目前还无法通过计算获得准确的水流冲击深度数据。而洪峰来临时大量洪水夹带砂石对桥墩基础产生持续性冲击，在桥基边壁附近产生涡流并持续向下掏空基础外围的土层，在持续反复的洪水作用下，桥墩基础底部河床将产生严重的局部冲刷，进而影响高架桥梁基础的稳定与安全。

因此，准确的冲击深度对于桥梁安全和防洪均具有重大意义，如何有效获取冲击深度数据成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种智能防洪预警系统的水流冲击深度监测装置，能够实时测量水流冲击深度。

本发明技术方案为：包括控制器、转接机构、旋板和若干个冲击感测单元，若干个所述冲击感测单元沿垂直于水面的方向埋置于泥沙中，每个所述冲击感测单元均包括一个磁装置和一个与磁装置相对设置的磁感测元件，所述冲击感测单元的信号输出端与控制器的信号输入端电性连接，每个所述磁装置均通过一个旋板与转接机构连接，所述磁装置固设于旋板一端，所述旋板另一端与所述转接机构转动连接，所述旋板的上端面设有弧状凸出部，所述旋板下端面为平面。

较为优选的，所述转接机构包括设置于旋板两侧的竖杆和与旋板端部转动连接的转轴，所述竖杆垂直插设于河底泥沙内。

较为优选的，所述旋板包括平面段和与所述平面段连接的凸面段，所述平面段端部连接转接机构，所述凸面段端部连接磁装置。

较为优选的，所述凸面段包括陡坡面和缓坡面，所述陡坡面迎向水流方向设置，所述陡坡面与缓坡面圆滑过渡连接，所述陡坡面与缓坡面连接处为凸面段最凸点。

较为优选的，还包括固定柱，所述固定柱垂直插设于河底泥沙内，所述磁感测元件沿竖直方向均匀固定于所述固定柱上。

较为优选的，所述磁感测元件的感测面朝向磁装置设置。

较为优选的，当所述旋板水平时，所述磁装置对应磁感测元件感测面的上部或下部。

本发明的有益效果为：采用埋置于泥沙中垂直线性排列的冲击感测单元，以检测磁场改变的方式，得知泥沙被水流冲击的位置进而得出冲击深度，其具有低成本、结构简单、容易大量布置的优势，且能检测泥沙汇流的情形，形成实时的监控，提供防洪信息，并保证桥墩结构的稳定性。通过旋板旋转式固定磁装置，并通过凸面设计实现旋板的摆动，通过旋板的摆动频率变化，有效实现流速监测，通过旋板的旋转角度实现磁场大小变化，从而实现水流强度监测，为防洪预警提供更全面的数据支撑。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明冲击感测单元布置方式结构示意图。

图中：10-水流冲击深度监测装置，11-冲击感测单元，12-磁装置，13-磁感测元件，14-固定柱，16-旋板，161、162-端缘，163-转接机构，164-凸面段，165-下端面，166-平面段，167-竖杆，168-转轴，20-桥墩，30-水面，40-泥沙

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1所示，本方案一种智能防洪预警系统的水流冲击深度监测装置10包括控制器和若干个冲击感测单元11。每个冲击感测单元11包括一个或多个磁装置12和一个或多个磁感测元件13，磁装置12可实施为一永磁铁或一电磁铁，磁感测元件13可实施为包含一霍尔效应感测器，在布置冲击深度感测装置10时，这些冲击感测单元11是沿着垂直于水面30的方向埋置于泥沙40中，使得这些冲击感测单元11沿垂直方向呈线性排列，彼此间隔地设置。

在每个冲击感测单元11中，磁装置12与磁感测元件13设置成相距一预定距离，磁装置12用于产生磁场，磁感测元件13可感测出磁装置12所产生的磁场，磁感测元件13的感测面迎向水流方向设置。当磁装置12与磁感测元件13间的距离改变时，磁感测元件13感测到的磁场也会跟着改变。假设图1中显示的三个冲击感测单元11由上而下分别编号为1号、2号和3号，当冲击感测单元11所在位置的泥沙被水流冲刷带走时，如图1中的1号和2号冲击感测单元11，水流可能使得磁装置12与磁感测元件13间的距离或位置改变，进而磁感测元件13感测到磁场变化，而输出对应该磁场变化的信号波形。

由于1号和2号冲击感测单元11所在位置的泥沙已被水流冲刷带走，1号和2号冲击感测单元11的磁感测元件13输出相应于磁场变化的信号波形，而3号冲击感测单元11的磁感测元件13仍埋入泥土中，故输出的信号振幅维持不变，或仅小幅变动，另外，由于1号冲击感测单元11附近的泥沙会先被冲击，因此，1号冲击感测单元11的磁感测单元13会先于2号冲击感测单元11的磁感测元件13感测到磁场的变化。

因此，根据每个磁感测元件13所输出的电信号，可以判定出冲击发生的位置和冲击的深度，以及是否有泥沙回淤的情形，例如，可对每个磁感测元件13输出的电信号进行检测，当检测到某一磁感测元件13输出的电信号具有一特定波形(如强烈震动与位置偏移)时，即判定该磁感测元件13所在位置已被冲击。

本发明的冲击深度感测装置10更包含转接机构163和固定柱14，其垂直插设于泥沙中。该磁感测元件13沿着该固定柱14的长度方向彼此间隔地固定设置在该固定柱14上，该磁感测元件13彼此具有相同的距离。

如图2所示，转接机构163则包括竖杆167和转轴168。竖杆167为两根，其沿竖直方向插设于泥沙40内，旋板16一端通过转轴168与竖杆167旋转连接。磁装置12固设于旋板16一端缘161，旋板16另一端缘162朝向转接机构163。当旋板16处于水平时，磁装置12对应磁感测元件13感测面的下部。

旋板16的上端面设有弧状凸出部，还弧状凸出部可以为整个上端面的外形，也可以仅仅是局部，当其仅仅是局部时，可以采用本实施例的方式，如：旋板16包括平面段和与平面段166连接的凸面段164，平面段166端部连接转接机构163，凸面段164端部连接磁装置12。凸面段164包括陡坡面a和缓坡面b，陡坡面a迎向水流方向设置，陡坡面a与缓坡面b圆滑过渡连接，陡坡面a与缓坡面b连接处为凸面段164最凸点，旋板16下端面165为平面。

旋板16沿着水流方向设置，根据流体力学，当水流处于一高流速状态，带动旋板16使磁装置12处于一高位置，而当水流处于一低流速状态，磁力装置12处于一低位置，由于水的流速随着时间改变，磁装置12可沿着图2中的箭头Z的方向往返移动，当磁装置12处于该高位置时，磁感测元件13感测出相对较高的磁场，而当磁装置12处于该低位置时，磁感测元件13感测出相对较低的磁场，通过图2所示，当泥沙被水流冲击带走使得旋板16上有水流通过时，磁感测元件13可感测出磁场变化，以此判断出水流冲击强度。

基本上，每个冲击感测单元11中，磁装置12与磁感测元件13之间只要能够产生相对运行即可，上述的实施例中是以磁装置12产生特定的位移来表示水流冲击，然而磁感测元件13进行移动或两者皆进行移动的实施例也可用于表示水流冲击，磁感测元件13固定设置可降低布线成本，且两者间的相对运行也不会被外部环境影响，另外，除了振动这种运动外，也可以用其他形式的运动来实现。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。