【摘要】：傳統(tǒng)測流裝置只具備流速儀開關(guān)量測量能力而無法測量水流流向和鉛魚三維姿態(tài),主要采用鉛魚入水延時一段時間后測流的方法進行流速測量,這會因為人工估計延時、流速儀與水流流向間偏角、鉛魚在水下未穩(wěn)定時測流而帶來較大測量誤差,導(dǎo)致低流速時測流時間延長,高流速時鉛魚未穩(wěn)定測流帶來的較大測量誤差。采用纜道計數(shù)方式施測纜道水深,會因水面波浪、水深求算公式非最優(yōu)、纜道位移測量誤差、鉛魚重量等影響而導(dǎo)致測深精度不高。傳統(tǒng)水文測量裝置因能耗高而無法滿足水文測站在汛期長時間監(jiān)測水域水情的需求。本文在詳細分析研究水文測流、測深原理的基礎(chǔ)上,開發(fā)研制出智能鉛魚水文信息測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用超低功耗電路延長裝置工作時長,采用三維姿態(tài)電路實時測量鉛魚三維姿態(tài)并結(jié)合卡爾曼數(shù)據(jù)融合算法提高測流精度并獲取水流流向,采用水深測量電路實時測量水深并結(jié)合涌浪傳感器濾除波浪對水深測量精度影響的方法解決了人工測深精度低的問題并大幅提高水深測量精度。為了降低鉛魚測量裝置功耗,本文提出了一種智能鉛魚超低功耗電路設(shè)計方法,該方法能夠有效降低測量裝置功耗。為了滿足獲取鉛魚三維姿態(tài)的需求,本文提出了一種利用姿態(tài)測量電路測量鉛魚姿態(tài)并結(jié)合卡爾曼數(shù)據(jù)融合算法解算鉛魚三維姿態(tài)的方法。實驗結(jié)果表明,相比四元數(shù)解算算法,卡爾曼數(shù)據(jù)融合算法解算誤差更小,相比傳統(tǒng)測流方法,采用姿態(tài)測量電路能實時測量鉛魚水下三維姿態(tài)和水流流向,縮短低流速時測流時間,減小高流速時測流誤差。為了提高水文測深精度,本文提出了一種水深測量電路,該電路采用水深壓力傳感器測量水深并結(jié)合涌浪傳感器濾除波浪對測深精度的影響從而達到大幅提高測深精度的目的。
[Abstract]:The traditional flow measuring device only has the ability of measuring the flow direction and the three-dimensional attitude of the lead fish, which is mainly measured by the method of measuring the flow rate after the lead fish enters the water for a period of time, which will be due to the manual estimation of the delay. The deviation angle between the velocimeter and the flow direction leads to a large measurement error when the lead fish is unstable under water, which leads to the prolongation of the flow measurement time at low velocity and the large measurement error caused by the unstable current measurement at high velocity. Using the method of cable counting to measure the depth of cable will not be optimal because of the wave of water surface, the formula of water depth calculation, the measurement error of cable displacement, the weight of lead fish and so on, which will lead to the low precision of depth measurement. Because of the high energy consumption, the traditional hydrological measuring device can not meet the needs of hydrological stations to monitor the water regime for a long time in flood season. Based on the detailed analysis and study of hydrological current survey and bathymetric principle, an intelligent lead fish hydrological information measurement system is developed in this paper. The system adopts ultra-low power circuit to prolong the working time, adopts three-dimensional attitude circuit to measure the three-dimensional attitude of lead fish in real time, and combines Kalman data fusion algorithm to improve the accuracy of flow measurement and obtain the flow direction. The method of using water depth measuring circuit to measure water depth in real time and filtering out the influence of wave on the accuracy of water depth measurement with surge sensor solves the problem of low precision of manual bathymetric measurement and greatly improves the accuracy of water depth measurement. In order to reduce the power consumption of lead fish measuring device, an intelligent lead fish ultra-low power consumption circuit design method is proposed in this paper, which can effectively reduce the power consumption of the measuring device. In order to meet the needs of obtaining the three-dimensional attitude of lead fish, this paper presents a method to measure the attitude of lead fish by using attitude measurement circuit and to solve the three-dimensional attitude of lead fish combined with Kalman data fusion algorithm. The experimental results show that the error of Kalman data fusion algorithm is smaller than that of quaternion algorithm. Compared with the traditional flow measurement method, the attitude measurement circuit can measure the underwater three-dimensional attitude and flow direction of lead fish in real time. Shorten the time of flow measurement at low velocity and reduce the error of flow measurement at high velocity. In order to improve the accuracy of hydrological bathymetric, a water depth measuring circuit is proposed in this paper. the circuit uses water depth pressure sensor to measure water depth and filters out the influence of wave on bathymetric accuracy combined with surge sensor, so as to greatly improve the bathymetric accuracy.
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P335

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本文編號：2496737