[发明专利]一种定点悬挂式冰厚、水位一体化连续监测装置

权利要求书

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）（以下简称“雷达”）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，安置在集中控制箱内（9）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55m，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所述空气耦合雷达传感器（8），其特征在于，主要包含雷达控制器（14）、发射机（15）、接收机（16）、发射天线、接收电线、供电接口、数据接口等；

所述空气耦合雷达传感器（8）的探测冰厚工作方式如附图3，远程计算机通过4G数传模块（13）向雷达控制器发送相关参数（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、采集间隔时间等），远程计算机自动计算雷达（8）底部中心至冰期冰盖上表面或非冰期自由水面的距离，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中（8）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等功能，其内部工作时序见附图4；

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，其脉冲宽度和脉冲重复周期易于控制，且体积不大，适合定点悬挂于河道附近；

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，从而提高A/D转换器的转换速率，降低成本；

所述空气耦合雷达传感器（8）中发射天线和接收天线，采用Bow-tie天线或其变形结构UWB天线，实现超宽带特性，该类天线结构简单、体积小，适合悬挂于河道附近；

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所述集成控制箱（9），其特征在于，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），同时集成控制箱内部各个模块位置布置及连接方式如附图2；

所述风光互补控制器（10）选用MPPT（最大功率点跟踪）控制器，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）其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，来控制雷达（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，作用是为雷达（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，还能控制雷达（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雷达（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，作用是实现雷达（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功能连接雷达（8），测试雷达数据采集质量。