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水文水质监控

S-CV430雷达流速仪K波段非接触式雷达传感器

关键词:
非接触测量,无磨损,无污染
阵列天线,体积小,重量轻,安装方便
自带测量角度功能
不受腐蚀、泡沫等影响
不受水蒸气、温度和压力影响
第一章 产品概述
1.1 仪表概述
雷达流速仪又称为表面流速仪,是一款K波段非接触式测量雷达传感器,具有连续测量江河河道、 槽堰、沟渠等水流表面流速的功能,可用于水文监测、防洪防涝、环保排污监测等领域。
流速仪采用先进的雷达信号处理技术,具有高精度的速度测量能力,在12°的角度范围内测量河流表面流速,安装高度范围为0.3~35m,测量分辨率±1mm/s满足了水文观测站对水面流速观测的需求。
1.2 测量原理
流速仪采用多普勒效应原理测量水流表面流速,通过发射ISM24.15GHz电磁波沿轴向前方发射,电磁波遇到待测水流表面后发生漫反射,沿轴向返回被电子单元部分
接收。由于水流与电磁波的相对运动,接收到的电磁波频率发生多普勒频移,频移量的大小与液面的流动速度成正比,因此可通过多普勒频移量计算出水流的表面流
速。注:在测量过程中,不能移动仪表,改变仪表的指向会影响测量结果。
当水流流速过低时,水面比较平静,多普勒频移相应很小,计算得出的水流表面流速几乎为0,表面流速仪会上传0速,以指示当前的工作状态。
1.3 产品特点
(1)非接触测量,无磨损,无污染
(2)阵列天线,体积小,重量轻,安装方便
(3)自带测量角度功能
(4)不受腐蚀、泡沫等影响
(5)不受大气中水蒸气、温度和压力变化的影响
 
第二章 技术参数
 概要指标:
供电电压:5.5~30V DC
供电电流:50mA(工作),<1mA(休眠)
工作温度:-35℃~60℃
存储温度:-40℃~60℃
防护等级:IP68
流速测量:
测速范围:0.05~21m/s
测速精度:8.8mm/s
分辨率:±1mm/s
方向辨别:上游
测量持续时间:2~240s
采样间隔:0s~5h
工作频率:24.15GHz
到水面距离:0.3~35m
通讯:
RS485 Modbus通讯协议
概要指标:
供电电压:5.5~30V DC
供电电流:50mA(工作),<1mA(休眠)
工作温度:-35℃~60℃
存储温度:-40℃~60℃
防护等级:IP68
流速测量:
测速范围:0.1~21m/s
测速精度:8.8mm/s
分辨率:±1mm/s
方向辨别:上游
测量持续时间:2~240s
采样间隔:0s~5h
工作频率:24.15GHz
到水面距离:0.3~35m
通讯:
RS485 Modbus通讯协议

第三章 安装
3.1 塑料外壳安装说明
由于速度测量对安装角度的变化比较敏感,可通过旋转支架直接安装调整角度,并可通过上位机软件直接显示安装角度。图1、图2、图3分别为58°角(推荐安装角度)
45°角、70°角的安装示意图,而具体的安装角度还需根据现场河面情况而定(30°~70°角可调)。
 
3.2 典型安装
表面流速仪需要安装在特定的场所,下图为三种典型的安装位置。
 
安装调试注意事项:
调试过程中需要注意传感器的稳定性,以安装在河流上的情况为例,如果风速很大,导致传感器振动很厉害,则需要停止测量工作;另一方面,也需要在传感器上安装电子罗盘用以测量安装的姿态是否发生变动,如果变动,则需要停止工作,进行调整,否则测量结果不精确。
 
3.3 安装位置说明
下面以安装在桥梁上为例,说明安装位置的重要性。三种安装位置如图所示
 
图1说明传感器既能安装在河流上游,也能安装在下游,一般建议安装在上游(安装在上游:①不受固定建筑物影响;②降雨对其的影响也会相对较小);图2、图3则表明传感器探测的河流水面应该是稳定的,如果河流宽窄,流向发生变化,导致水面流速不平稳,那对河流的测量会有影响。其中图2反映了在河流方向发生变化的情况下,传感器应该指向河流尚未发生变化的方向;图 3则反映了在河流宽窄发生变化的情况下,传感器应该指向河流宽度没有发生明显变化的方向。因此,为了避免面向河流弯曲、宽窄发生变化,视具体情况可以选择下游安装。这是在工程安装时需要注意的地方。
 
3.4 传感器测量点
对于合适的测量位置最重要的是,传感器主要测量区域位于河道一个有代表性的位置,位置尽量靠近河道中间,并且不受树叶、随风而动的植物的影响。下图以金属外壳为例,展示了两种不同的安装高度对测量区域的影响。
 
雷达流速仪测量示意图
注:测量范围依据安装高度和角度可以计算流速雷达波束角
② 流速仪的电磁波发射方向与水平方向成58°角
 
第四章 电气连接
4.1 连接
通过RS-485总线与流速仪连接,默认参数如下:
波特率:9600(可修改);
数据位:8;
停止位:1;
奇偶校验:无。
连接方式如图1、图2所示。电源可以在直流5.5V~30V之间选择,例如在采用光伏供电的时候,可以采用直流12V蓄电池供电,也可以采用直流24V供电。
 
4.2 电气连接图
 
第五章 调试
5.1 串口通讯调试
流速仪通讯协议
硬件接口:RS485
通讯协议:标准Modbus
波特率:9600
数据格式:8N1
5.1.1 信息帧格式及说明
主机的命令格式由从机地址、功能码、寄存器地址、读取点数及CRC码组成
如表1所示。
 
主机发送:
站号(1B) 功能码(1B) 起始地址(2B) 读取点数(2B) CRC(2B)
01 03/06 00 XX 00 XX XX XX
表1 主机命令
5.1.2 主机命令详细说明
站号:从机地址(0-99);
功能码:03读取寄存器的数值;06更改寄存器的数值;
寄存器起始地址:两个字节,具体描述详见表3;
读取点数:2个字节,若读取16位整型数据,则设为0001;
读取32位整型数据,则设为0002;
CRC:校验码,两个字节。
从机响应有两种格式,当功能码为03时,其格式由站号、功能码、数据长度,数据区及CRC码,如表2;当功能码为06时,其格式与主机命令帧相同,如
表1所示。
 
从机应答:
站号(1B) 功能码(1B) 返回数据长度 数据(nB) CRC(2B)
01 03 n XX XX XX... XX XX
表2 功能2从机应答
站号(地址):一个字节,返回主机发送的地址;
功能码:一个字节,返回主机发送功能码;
应答数据字节数:后面跟的数据字节数;
数据:针对主机命令返回对应的数据,高字节在前,低字节在后;
CRC:校验码,两个字节。
寄存器地址 描述
0x001F 读取当前流速值,单位为mm/s(只读)
表3 寄存器地址说明
5.2 上位机调试
上位机软件的目的是方便对S-CV430参数进行配置,并且可以对测量数据、参数配置进行显示和观察。
5.2.1 操作说明
(1)双击精波流速仪调试软件:可执行程序图标 ,会进入软件的主界面,如下图所示。
 
主界面下方偏右位置为RS485串口连接设置,软件可自行读取到电脑已正确安装的端口,如果有多个端口同时存在,则需要点开端口的下拉菜单选择正确的USB-485串口;波特率9600、数据位8、校验位无、停止位1等几项设置均为默认值,波特率根据
仪表的设置需要时可以更改。
(2)配置好串口连接设置后,点击右下角的“连接”按钮,通讯正常则显示如下图所示界面,(如连接不成功会有弹窗提示:设备无响应,此时应检查电脑的串口设置与软件设置是否一致或者检查硬件接线等)此时仪表开始自动读取仪表信息,并显示流速曲线。
(3)点击右下角的“停止”按钮,则按钮下方的“设置”按钮可用,此时软件与仪表仍处于连接状态但不会自动读取和更新仪表测量的最新信息,(如果点击的是“断开”按钮,则软件与仪表断开连接,设置不可用,需要重新连接)如下图所示,点击“设置”按钮,进入下一步。
(4)进入参数设置界面后,可以看到软件提供的所有可更改的参数序列,大致分为四部分:测量参数、数据校准、RS485通讯配置和仪表基本信息,每一部分修改参数后都需要单独在其区域的保存按钮上点击保存,保存成功与否都会弹出提示框,设置时请留意。下一标题介绍所有的参数说明。
5.2.2 参数说明
测量参数描述
触发模式: 自动触发(默认,内部 RTC 触发),指令触发(指令测量触发)。
测量类型:连续测量(默认),序列测量。
角度测量方式:首次,每次(默认)。
河流倾角:河床与水平面的倾斜角。
输出模式:自动输出(测量后输出默认),命令输出(指令上报触发)。
滤波类型:
(1)滑动平均:计算缓冲区的所有值的平均值(简单的移动平均)。
(2)去野值平均:计算缓冲区中所有值(除掉明显偏大或明显偏小的值)的平均值。
(3)最小值:仅将缓冲区中最小的测量值进行输出。
(4)中值:对缓冲区所有的值按大小进行排序,输出中间值作为输出。
(5)无滤波:直接输出缓冲区中的第一个测量值。
 
河流类型:
(1)非常缓慢:非常缓慢、均匀水面
(2)缓慢均匀:缓慢、均匀水面
(3)缓慢不均匀:缓慢、不均匀水面
(4)快速均匀:快速、均匀水面
(5)快速不均匀:快速、不均匀水面
(6)水面飞溅:水面飞溅
安装倾角:SVR 测量方向与河流水流流速之间的偏角
测量时间:测量时间(2-240s,默认 5)
安装朝向:迎向上游(安装朝向上游 默认上游)
迎向下游(安装朝向下游)
安装角度:安装角度(默认 0)
上报时间:上报间隔(0-18000s、默认 0 表示 S-CV430 不停的测量,1-18000表示 S-CV430 休息睡眠时间)
河流流向:一个测量点一般只有一个流向,异常情况下,在有潮汐影响的位置可能会出现两个流向。“上游”,“下游”,表示对应一个流向的流速,
对应上游/下游。“双向”对应可能出现两个流向的位置,一般不推荐这样使用配置。其中“上游”为默认值。
 
特别注意:
(1)“触发模式”和 “输出模式”,共有四种组合配置。
①“自动触发”, “测量后输出”自动测量自动输出。
②“自动触发”,“命令输出” S-CV430 自动测量,下发上报触发指令才会有测量结果输出。
③“命令触发”,“自动输出” 这种配置模式下只有发送测量触发指令,S-CV430才会执行测量工作,测量完成后自动输出。
“命令触发”,“命令输出”,此配置模式下,首先发送测量触发指令,测量完成后,发送上报触发指令,获取测量结果。(此配置非常复杂,一般不推荐使用)。
(2)重启设备
重启设备,S-CV430会重新启动,保留当前的参数配置。
(3)重置设备
恢复出厂配置,S-CV430重新启动,恢复到默认配置。
 
第六章 产品尺寸(单位mm)
塑料外壳表面流速仪尺寸
 
第七章 运输贮存
流速仪的运输及贮存条件除应符合JB/T 9329的规定外,还应符合下列规定:
1.流速仪在运输过程中应严格按产品的特点和说明书要求进行运输。
2.流速仪应贮存在(-40~60)℃,相对湿度不大于80%的干燥通风的室内。不得与含有腐蚀性的物质混储。经过长期贮存的仪表应进行相应的试验后方可销售、使
用。

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