专利名称：一种自记式超声波明渠流量计量装置的制作方法水是十分宝贵的资源，科学用水和节约用水已成为我国的基本国策之一，有关部门正着力建立用水效率控制制度、加强用水计量、稳步推行阶梯式水价制度。据有关部门统计，我国农业用水约占全社会用水总量的70%。进一步分析可见，当前对农业灌溉、尤其是中小型明渠灌溉的水位测量和流量计量明显滞后，这对于加强用水计量、建立阶梯式水价、 提高用水效率起到了显著的阻滞作用，因此，加快对中小型明渠水位流量的监测、开发能够满足明渠流量计量要求的简单、可靠的计量装置具有明确的作用和现实的意义。明渠流量计量设施可分为通过测量流速计算流量和通过测量水位配合量水堰槽计算流速、流量二大类，目前市场上以后一类产品为主，在该类产品中，又可根据对液位测量的方法分为接触式和非接触式测量二类。接触式测量以浮子水位计、压力式水位计为主， 非接触式测量以雷达、超声波测量为主，从目前市场实际应用情况看，这二类产品各有优缺点，相比较而言，产品生产厂家和市场受欢迎程度均呈现以后一类产品为多的特点。通过对上述明渠流量计的调查、比对及适应性分析，可以初步得出如下几点结论(1)产品不具备明渠流量的非遗失性自记功能，不支持任何时间段的历史流量的可读性，不适应灌区建立供水计量、逐步实行阶梯水价及实现信息化的需求。(2)产品以工业应用为主，具有价格高，安装要求复杂，对供电的要求高、功耗较大、因供电等因素不适宜安装于野外或易受雷击导致可靠性不高等缺点。
本发明目的在于克服上述现有技术的缺点，发明一种自记式超声波明渠流量计量装置，它利用超声波原理测量明渠水位并计算瞬时流量和累计流量，具有测量结果自记录功能，能在设定时间范围内长期记录明渠的“测量时间、水位、累计流量”数据，并存储于半导体固态存储卡内，采用内外置三电源全隔离的供电方式和二种测量模式，在确保装置长时间可靠连续运行的基础上，可通过手机短信或取卡读数、现场读数等多种方式获取测量数据。本发明的目的是通过下列设计完成的自记式超声波明渠流量计量装置由超声波换能器(1)、计量装置电路O)、时钟芯片(3)、钮扣电池G)、供电管理电路(5)、锂电池 (6)、太阳能蓄电池(7)、半导体固态存储卡(8)、通讯模块电路(9)和充放电保护器(10)连接组成，计量装置电路( 分别与超声波换能器(1)、半导体固态存储卡(8)、通讯模块电路和供电管理电路(5)连接，计量装置电路(2)内装有时钟芯片(3)，时钟芯片(3)与钮扣电池⑷连接，供电管理电路(5)分别与锂电池(6)和外置蓄电池(7)连接，充放电保护器(10)与市电或太阳能(11)连接。本发明计量装置电路(2)通过控制超声波换能器(1)发射并接收超声波，利用超声波测距原理测量水位，利用堰槽流量公示计算瞬时流量，利用装置的时钟芯片(3)与钮扣电池(4)共同提供的精确可靠的时钟计算累计流量，按设定时间范围内长期记录明渠的 “测量时间、水位、累计流量”数据，自记录测量结果功能，并存储于半导体固态存储卡(8) 内，最后通过手机短信发送测量数据，或者使用取卡读取数据、现场读数据方式获取测量数据。本发明采用内外置三电源全隔离的供电方式，第一供电电源是内置的钮扣电池 G)，钮扣电池(4)只为时钟芯片(3)供电；第二供电电源是内置的锂电池(6)，锂电池(6) 只为不含时钟芯片(4)及通信模块电路(9)的计量装置电路( 供电；第三供电电源是外置的蓄电池(7)，外部采用市电或太阳能(11)作为向外置的蓄电池(7)充电的电源，通过充放电保护器(10)，为除了时钟芯片(3)的计量装置电路(2)及通讯模块电路(9)供电；外置的蓄电池(7)与内置的锂电池(6)设有一定的电压差，通常情况下外置的蓄电池(7)电压较内置的锂电池(6)电压要高；装置设置有供电管理电路(5)，对内外置供电进行比较， 选择高电压供电，通常情况下为外置的蓄电池(7)供电，在外置的蓄电池(7)因多种因素电压低于内置的锂电池(6)时，装置自动选择内置的锂电池(6)供电。本发明计量装置按照内外双重供电设置二种测量模式，第一测量模式针对外置的太阳能蓄电池(7)供电，为正常测量模式，第一测量模式按照时间间隔Tl进行1次水位测量并换算瞬时流量及累计流量；第二测量模式针对内置的锂电池(6)供电，为节电模式，第二测量模式针对按照时间间隔T2进行1次水位测量并换算瞬时流量及累计流量；T1、T2时间内装置的电路处于低功耗的待机状态，设置的Tl < Τ2，Tl和Τ2表示不同的时间点。本发明将测量数据存储于半导体固态存储卡(8)中，具有测量结果自记录功能， 通过手机短信发送或者取卡读数、现场读数多种方式获取测量数据。本发明装置全部电路采用低功耗设计，内置锂电池(6)、钮扣电池⑷设计使用寿命数年以上。本发明的主要优点是①克服了现有明渠流量计的不足，具有对明渠流量的长时间可靠测量和测量数据自记录功能，适合用于明渠供水流量的计量。②采用内外置三电源全隔离的供电方式和二种测量模式，在确保装置长时间可靠连续运行的基础上，实现了对水位流量连续测量计算并存储记录。③装置测量和计算的水位、瞬时流量、累计流量，具有自记录功能，可按照设定时间范围内长期记录明渠的“测量时间、水位、累计流量”数据，存储于半导体固态存储卡8 内，可通过手机短信或取卡8读数、现场读数等多种方式获取数年内任何时间段内的历史累计流量，适宜在广大水利灌区建立供水计量，为逐步实行阶梯水价及实现信息化建设提供基础保障。。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1为本发明的组成结构图。图2为本发明的内外置三电源供电原理图。图3为本发明的不同供电测量模式流程图。图中1-超声波换能器；2-计量装置电路；3-时钟芯片；4-钮扣电池；5-供电管理电路；6-内置的锂电池；7-外置的蓄电池；8-半导体固态存储卡；9-通信模块电路； 10-充放电保护器；11-市电或太阳能电池。
如图3的不同供电测量模式流程图所示，通过嵌入式程序设计，控制超声波换能器发射和接收信号，实现测量水位功能，进而通过对特定堰槽的瞬时流量计算达到计算累计流量的目的，同时，以单片机为主的嵌入式系统还通过采样u判断是外置蓄电池7供电还是内置锂电池6供电，并决定测量的频度，当判断处于内置锂电池6供电时，减少单位时间内的测量次数，以达到降低能耗的目的。做为实施例，选择Tl = 5min、T2 = 30min、u = 9V。 当明渠水位变化较快、变幅较大或要求流量测量精度高的场合，宜减小Tl和T2的数值，加快测量频度可提供流量计算的精度。


本发明涉及一种自记式超声波明渠流量计量装置，由超声波换能器1、计量装置电路2、时钟芯片3、钮扣电池4、供电管理电路5、内置锂电池6、外置蓄电池7、半导体固态存储卡8、通讯模块电路9和充放电保护器10连接组成，本装置利用超声波原理测量明渠水位并计算瞬时流量和累计流量，具有测量结果自记录功能，可按照设定时间范围内长期记录明渠的“测量时间、水位、累计流量”数据，存储于半导体固态存储卡8内，可通过手机短信或取卡读数、现场读数等多种方式获取测量数据。