本发明涉及水文监测领域，特别涉及一种便携式水文流量监测装置及方法。
背景技术：
水文监测系统适用于水文部门对江、河、湖泊、水库、渠道和地下水等水文参数进行实时监测，监测内容包括：水位、流量、流速、降雨(雪)、蒸发、泥沙、冰凌、墒情及水质等。水文监测系统采用无线通讯方式实时传送监测数据，提高水文部门的工作效率。目前水文监测中，流量的监测主要依靠流量计，传统流量计的准确性较高，但使用范围很有局限性，且灵活性较差。而新型的流量计也存在较多问题。
如授权公告号cn104132710b的发明公开了一种水位流量传感器、水位流量监测系统及水位流量监测方法，该水位流量传感器包括其上设置有多个触点的水位探测杆、与触点连接的多路电压比较电路、与多路电压比较电路对应连接的多路选择电路、接收多路选择电路输出信号的主控电路、与主控电路连接的数据变送输出电路；该水位流量监测系统包括上位机、上述水位流量传感器，水位流量传感器经由转换器与上位机对应连接。
现有技术通过电流或电压的方式测量水流，对密封性要求较高，且容易被水质情况影响，导致检测结果误差较大。
技术实现要素：
针对现有技术对密封性要求较高，且容易被水质情况影响，导致检测结果误差较大的问题，本发明提供了一种便携式水文流量监测装置及方法，结构简单，密封要求较低，且测量误差小。
一种便携式水文流量监测装置，包括：主杆，内部容纳导线，上部及下部均设有密封走线口，下端还设有横杠；摆动件，内设配重块，上端设有悬挂孔，悬挂孔穿过横杠；角度传感器，设置于摆动件上，通过密封导线连接主杆下部走线口；处理单元，连接主杆上部走线口，读取角度传感器数据；其中横杠表面及悬挂孔上半部分均设有永磁体，横杠表面与悬挂孔内侧的磁极相同。
通过水流推动摆动件，使摆动件出现角度偏移，角度传感器采集数据，校准后根据拟合曲线即可直接得到水流流速，同时由于本装置需要依靠机械运动，因此摩擦力会影响角度的偏转幅度，因此使用永磁体增加额外的排斥力，以减少悬挂孔与横杠之间的摩擦力，提高测量的准确性，减少误差。同时本装置仅密封导线及角度传感器即可，密封范围小，成本低。
作为优选，所述摆动件整体呈平板状，上部厚度大于等于下部厚度，两板面均设有引流纹。这种形状可以增加受力面积，引流纹提高测量的稳定性。
作为优选，所述配重块设置于摆动件的下半部。配重块将重心下移，提高稳定性，防止产生不规则的摆动。
作为优选，所述主杆上设有标记长度的刻度。该刻度可以用于查看水深。
作为优选，所述主杆的横截面为棱形，该棱形较短的对角线与横杠方向一致。主杆需要尽可能减少在水流中的阻力，因此设计成棱形，一定程度上减少阻力。
作为优选，所述主杆的横截面为椭圆形，椭圆形的宽度方向与横杠方向一致。椭圆形也能减少一定的阻力。
本发明还包括一种便携式水文流量监测方法，使用上述的一种便携式水文流量监测装置，包括以下步骤：
s01：校准，如已经进行过校准，则跳过；
s02：将装置伸入水下，直至目标深度，读取角度传感器数据；
s03：将装置水平旋转若干角度，读取不同方向下传感器的数据；
s04：重复步骤s03直至回到原角度，选择数据中的最大值以及该值对应的方向，根据校准结果得到流速，同时得到水流方向。
由于本装置较为灵活，因此测量过程中可以通过旋转测得不同方向的数据，可以再经过分析即可得到所需的流速，如结合水位计等设备，即可得到更多水文数据。
作为优选，所述步骤s01中，校准过程包括：在实验室中将装置置于确定流速的水流中，改变流速，进行传感器的数据记录，并拟合成传感器读数-流速曲线。校准后使得后续的检测计算量较小，能够直接通过角度传感器的数据得到流速。
作为优选，所述步骤s04中，如出现最大的两个值的差值在一定范围内，则将这两个值对应的流速附上对应方向形成向量，并进行向量相加，运算结果的绝对值表示流速，运算结果的方向表示水流方向。为了较快的测量速度，每次水平旋转的角度不会太小，因此可能出现真实水流方向处在两个方向之间，因此通过这种方式可以保证测量速度的同时，保证较高的精确度。
作为优选，所述步骤s04中，如出现最大的两个值的差值在一定范围内，则从两个值对应的方向中取中间方向，将装置旋转至该方向进行一次测量，读出传感器数据后，根据校准结果得到流速。为了较快的测量速度，每次水平旋转的角度不会太小，因此可能出现真实水流方向处在两个方向之间，因此通过这种方式可以保证测量速度的同时，保证较高的精确度。
本发明的实质性效果包括：结构简单，密封要求低，制作成本较低，测量简便，能够实现不同水深、不同位置及不同方向的测量，稳定性高，准确性高，有利于水文的监测。
附图说明
图1为本发明实施例的示意图；
图2为本发明实施例的摆动件示意图；
图中包括：1-主杆、2-摆动件、3-横杠、4-悬挂件、5-引流纹、6-角度传感器、7-配重块。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。另外，为了更好的说明本发明，在下文中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未做详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
如图1所示是一种便携式水文流量监测装置，包括：主杆1，内部容纳导线，上部及下部均设有密封走线口，下端还设有横杠3；摆动件2，内设配重块7，上部设有悬挂件4，悬挂件上端设有悬挂孔，悬挂孔穿过横杠3；角度传感器6，设置于摆动件2上，通过密封导线连接主杆1下部走线口；处理单元，连接主杆1上部走线口，读取角度传感器6数据；其中横杠3表面及悬挂孔上半部分均设有永磁体，横杠3表面与悬挂孔内侧的磁极相同。横杠3的永磁体为间隔设置，悬挂孔内侧的永磁体为一体式设置，提高受力的均匀性。
摆动件2整体呈平板状，上部厚度大于等于下部厚度，两板面均设有引流纹5，引流纹5竖直向下。这种形状可以增加受力面积，引流纹5提高测量的稳定性。
配重块7设置于摆动件2的下半部。配重块7将重心下移，提高稳定性，防止产生不规则的摆动。
主杆1上设有标记长度的刻度，横截面为椭圆形，椭圆形的宽度方向与横杠3方向一致。该刻度可以用于查看水深。主杆1需要尽可能减少在水流中的阻力，因此设计椭圆形能减少一定的阻力。
通过水流推动摆动件2，使摆动件2出现角度偏移，角度传感器6采集数据，校准后根据拟合曲线即可直接得到水流流速，同时由于本装置需要依靠机械运动，因此摩擦力会影响角度的偏转幅度，因此使用永磁体增加额外的排斥力，以减少悬挂孔与横杠3之间的摩擦力，提高测量的准确性，减少误差。同时本装置仅密封导线及角度传感器6即可，密封范围小，成本低。
本实施例还包括一种便携式水文流量监测方法，使用上述的一种便携式水文流量监测装置，包括以下步骤：
s01：校准，如已经进行过校准，则跳过；校准过程包括：在实验室中将装置置于确定流速的水流中，改变流速，进行传感器的数据记录，并拟合成传感器读数-流速曲线。校准后使得后续的检测计算量较小，能够直接通过角度传感器6的数据得到流速。
s02：将装置伸入水下，直至目标深度，读取角度传感器6数据；
s03：将装置水平旋转若干角度，读取不同方向下传感器的数据；
s04：重复步骤s03直至回到原角度，选择数据中的最大值以及该值对应的方向，根据校准结果得到流速，同时得到水流方向。
由于本装置较为灵活，因此测量过程中可以通过旋转测得不同方向的数据，可以再经过分析即可得到所需的流速，如结合水位计等设备，即可得到更多水文数据。
另外步骤s04中，如出现最大的两个值的差值在一定范围内，则将这两个值对应的流速附上对应方向形成向量，并进行向量相加，运算结果的绝对值表示流速，运算结果的方向表示水流方向。还可以从两个值对应的方向中取中间方向，将装置旋转至该方向进行一次测量，读出传感器数据后，根据校准结果得到流速。为了较快的测量速度，每次水平旋转的角度不会太小，因此可能出现真实水流方向处在两个方向之间，因此通过这种方式可以保证测量速度的同时，保证较高的精确度。
通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将具体装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的结构和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的关于结构的实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个结构，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，结构或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(readonlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
1.一种便携式水文流量监测装置，其特征在于，包括：
主杆，内部容纳导线，上部及下部均设有密封走线口，下端还设有横杠；
摆动件，内设配重块，上端设有悬挂孔，悬挂孔穿过横杠；
角度传感器，设置于摆动件上，通过密封导线连接主杆下部走线口；
处理单元，连接主杆上部走线口，读取角度传感器数据；
其中横杠表面及悬挂孔上半部分均设有永磁体，横杠表面与悬挂孔内侧的磁极相同。
2.根据权利要求1所述的一种便携式水文流量监测装置，其特征在于，所述摆动件整体呈平板状，上部厚度大于等于下部厚度，两板面均设有引流纹。
3.根据权利要求1或2所述的一种便携式水文流量监测装置，其特征在于，所述配重块设置于摆动件的下半部。
4.根据权利要求1或2所述的一种便携式水文流量监测装置，其特征在于，所述主杆上设有标记长度的刻度。
5.根据权利要求1或2所述的一种便携式水文流量监测装置，其特征在于，所述主杆的横截面为棱形，该棱形较短的对角线与横杠方向一致。
6.根据权利要求1或2所述的一种便携式水文流量监测装置，其特征在于，，所述主杆的横截面为椭圆形，椭圆形的宽度方向与横杠方向一致。
7.一种便携式水文流量监测方法，使用如权利要求1所述的一种便携式水文流量监测装置，其特征在于，包括以下步骤：
s01：校准，如已经进行过校准，则跳过；
s02：将装置伸入水下，直至目标深度，读取角度传感器数据；
s03：将装置水平旋转若干角度，读取不同方向下传感器的数据；
s04：重复步骤s03直至回到原角度，选择数据中的最大值以及该值对应的方向，根据校准结果得到流速，同时得到水流方向。
8.根据权利要求7所述的一种便携式水文流量监测方法，其特征在于，所述步骤s01中，校准过程包括：在实验室中将装置置于确定流速的水流中，改变流速，进行传感器的数据记录，并拟合成传感器读数-流速曲线。
9.根据权利要求7所述的一种便携式水文流量监测方法，其特征在于，所述步骤s04中，如出现最大的两个值的差值在一定范围内，则将这两个值对应的流速附上对应方向形成向量，并进行向量相加，运算结果的绝对值表示流速，运算结果的方向表示水流方向。
10.根据权利要求7所述的一种便携式水文流量监测方法，其特征在于，所述步骤s04中，如出现最大的两个值的差值在一定范围内，则从两个值对应的方向中取中间方向，将装置旋转至该方向进行一次测量，读出传感器数据后，根据校准结果得到流速。
技术总结