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S-HNLS 非接觸式雷達(dá)流速儀多普勒效應(yīng)原理

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廈門欣仰邦科技有限公司

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產(chǎn)品簡介

●功耗:工作電流：＜40mA●待機(jī)電流:＜5mA●通訊方式:RS485，MODBUS 協(xié)議●波特率:9600～115200bps●工作溫度:-40～80℃●防護(hù)等級:IP68●重量:0.45kg●尺寸:105*105*60mm

詳細(xì)介紹

1產(chǎn)品介紹

雷達(dá)流速儀是一款非接觸式雷達(dá)流速測量設(shè)備，可有效監(jiān)測各種渠道、天然河道的水流表面流速。該產(chǎn)品易安裝維護(hù)，操作簡單。廣泛適用于水文、防汛排澇、環(huán)保排污監(jiān)測等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn) 7x24 小時在線監(jiān)測。

1.1工作原理

雷達(dá)流速儀采用多普勒效應(yīng)原理測量流體表面流速。當(dāng)雷達(dá)發(fā)射的電磁波與接收體（即探頭和反射體）之間有相對運(yùn)動時，回波的頻率將有所變化，此種頻率的變化稱之為頻移，即多普勒效應(yīng)。

如圖 1-1 所示，當(dāng)雷達(dá)流速儀與水體以相對速度 V 發(fā)生對運(yùn)動時，雷達(dá)流速儀所收到的電磁波頻率與雷達(dá)自身所發(fā)出的電磁波頻率有所不同，此頻率差稱為多普勒頻移。通過計算多普勒頻移與 V 的關(guān)系，得到流體表面流速。
圖 1-1 雷達(dá)流速儀測流速示意圖

應(yīng)用 K、Ka 頻段雷達(dá)波探測流體流速的技術(shù)難點(diǎn)在于低速段的測量。當(dāng)流體流速比較緩慢時，雷達(dá)波在平靜的水面上形成鏡面反射，雷達(dá)流速儀幾乎接收不到反射回來的電磁波信號，因此國內(nèi)外多數(shù)同類產(chǎn)品的流速下限通常在 0.3
m/s 以上。采用擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的測流控制算法和檢測微弱目標(biāo)的雷達(dá)天線研制生產(chǎn)的雷達(dá)流速儀，可檢測到 0.1m/s 以上的表面流速。

2性能指標(biāo)

序號	參數(shù)	范圍	備注
1	工作頻率	24GHz
2	測速范圍	0.1～20m/s	與流態(tài)有關(guān)
3	測速精度	±0.01m/s ；±1%FS
4	波束角度	12°
5	俯仰角	30～70°	建議 55°左右；橫滾角建議＜±2°
6	自動俯仰角補(bǔ)償	精度±0.5°，分辨率 0.1°
7	供電電源	DC6～30V	建議 DC12V
8	功耗	工作電流：＜40mA 待機(jī)電流：＜5mA	@DC12V
9	通訊方式	RS485，MODBUS 協(xié)議	可自定義協(xié)議
10	波特率	9600～115200bps
11	工作溫度	-40～80℃
12	防護(hù)等級	IP68
13	重量	0.45kg
14	尺寸	10510560mm

3安裝說明

3.1外觀及結(jié)構(gòu)定義

產(chǎn)品外觀結(jié)構(gòu)尺寸如圖 3-1～3-3 所示。其中圖 3-3 中的紅色圈標(biāo)注的是安裝定位螺絲孔。

圖 3-1 正視圖圖 3-2 側(cè)視圖

3.2安裝支架

可選配安裝支架如圖 3-4 所示，安裝支架尺寸如圖 3-5 所示。
圖 3-4 安裝支架示意圖

圖 3-5 安裝支架尺寸示意圖

3.3電氣接口
接線端子通訊線纜插頭配紅色標(biāo)記內(nèi)的插座。
雷達(dá)流速儀通過 RS485 接口與上位機(jī)通訊，RS485 電源/通訊電纜定義如圖

3-7 所示。
圖 3-7 通訊線纜
接線端子與通訊電纜對應(yīng)電氣連接定義及功能描述見表 3-1。
表 3-1 接線電氣定義及功能描述

接線端子編號	通訊電纜標(biāo)簽	功能名稱	描述
1	正極	VCC	直流電源正極
4	負(fù)極	GND	直流電源負(fù)極
3	A	A（D+）	RS485 數(shù)據(jù)
2	B	B（D-）	RS485 數(shù)據(jù)

注：雷達(dá)流速儀對外標(biāo)準(zhǔn)接口為 RS485。用戶如需選擇不同的接口，如 RS232、以太網(wǎng)接口等，請與廠家聯(lián)系。

3.4測點(diǎn)選擇

為了得到較高精度，雷達(dá)流速儀安裝點(diǎn)應(yīng)處于水面平緩穩(wěn)定、沒有回流和漩渦、無障礙物、處于測量范圍內(nèi)等環(huán)境下。排水口、垂直跌水、擋流板、河道（管道）彎曲或結(jié)合處等情況都將影響到測量精度，斷面選擇注意事項如圖 3-8~圖3-12 所示。

圖 3-8 拐彎處的安裝位置
注：α：為拐彎角度； L：為安裝位置距離拐點(diǎn)的距離；DN：水面寬度；V：流速 m/s。

圖 3-9 水面有落差的安裝位置
注：×＝錯誤！不定的水流條件；√＝保持足夠的距離得到穩(wěn)定的水流。安裝位置距離拐點(diǎn)至少 10 倍 DN(DN：水面寬度)

圖 3-10 斜坡后的安裝位置注：×＝錯誤！不定的水流條件；√＝水流平緩穩(wěn)定。安裝位置距離拐點(diǎn)至少 10 倍 DN(DN：水面寬度)

圖 3-11 斜坡前的安裝位置
注：×＝錯誤！水流噴發(fā)段；? = 危險的測量點(diǎn)，不推薦；√＝水流平緩穩(wěn)定。安裝位置距離拐點(diǎn)至少 5--10 倍 DN(DN：水面寬度)。

圖 3-12 存在固定物或擋流板的安裝位置
注：×＝安裝位置錯誤（渦旋會嚴(yán)重影響測量精度）；√＝合適的安裝位置。
①單點(diǎn)固定物；②擋流板；③DN：水面寬度；④上游安裝位置 L1 距擋流板至少 5 倍
DN；⑤下游安裝位置 L2 距擋流板至少 10 倍 DN。

3.5安裝角度與高度

請注意流速儀的安裝方向。首先確認(rèn)電纜插座在流速儀下方，產(chǎn)品銘牌在上方。需盡量保證雷達(dá)流速儀發(fā)射的雷達(dá)波與水面間的夾角（即配置軟件上顯示的

“俯仰角”）在 50°- 60°之間，建議 55°左右，以保證測量的精度，橫滾角在±2° 以內(nèi)。一般情況下，建議流速儀迎水安裝，如下圖 3-13 所示。

需盡量使安裝完成后發(fā)射的雷達(dá)波全部照射到水面，以保證測量精度。為雷達(dá)流速儀發(fā)射的雷達(dá)波照射于水面示意圖及比例說明。

假定雷達(dá)流速儀安裝的空高為 h（單位：米），俯仰角為 55°，雷達(dá)流速儀發(fā)射的雷達(dá)波照射到水面形成橢圓長軸為 b（單位：米），短軸為 a（單位：米），則有：

h » b
0.315

» a
0.257

安裝時需根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，按照上述計算公式調(diào)整安裝的空高，以確保雷達(dá)流速儀發(fā)射的雷達(dá)波全部照射到水面。
附空高與波束照射區(qū)域長軸短軸長度值對應(yīng)表如下：
表 3-2 空高與波束照射區(qū)域長軸短軸長度

空高 h（m）	照射區(qū)域長軸 b(m)	照射區(qū)域短軸 a(m)
2	0.63	0.51
4	1.26	1.03
6	1.89	1.54
8	2.52	2.06
10	3.15	2.57
15	4.73	3.86
20	6.30	5.14
25	7.88	6.43
30	9.45	7.71

3.6安裝示意圖

立桿安裝和橋上安裝效果示意分別如圖 3-15，3-16 所示。

圖 3-15 立桿安裝效果示意圖

圖 3-16 橋上安裝效果示意圖

4產(chǎn)品配置

4.1設(shè)備連接與設(shè)置

產(chǎn)品通過通訊電纜及 485 轉(zhuǎn) USB 接口與電腦連接，并連接電源，如圖 4-1 所示

打開 HZRadar 軟件，進(jìn)入軟件配置主界面。“通訊端口”自動顯示，如未顯示請檢查電腦串口是否被占用。點(diǎn)擊“連接”按鍵。連接成功后產(chǎn)品信息顯示及功能按鍵將激活。

4.2配置主界面介紹

軟件配置主界面如圖 4-3 所示。
界面左上方功能按鍵包括“開始測量”“固件升級”“參數(shù)配置”“保存”和“高級”；界面左下方顯示“產(chǎn)品信息”和“測量數(shù)據(jù)”；右側(cè)顯示表面流速的過程曲線。其中
“產(chǎn)品信息”中顯示固件及硬件版本，SN 序列號，及設(shè)備類型。

4.3設(shè)備參數(shù)設(shè)置

點(diǎn)擊配置主界面的“設(shè)置參數(shù)”按鍵，如圖 4-4 所示，在彈出的對話框可修改設(shè)備的“地址”和“波特率”等參數(shù)。
圖 4-4 設(shè)備參數(shù)設(shè)置示意圖

設(shè)備出廠默參數(shù)認(rèn)參數(shù)為：

波特率=9600
俯仰角補(bǔ)償，水平角補(bǔ)償均為 0
地址=0x34
靈敏度=中
方向濾波=濾除負(fù)流

流速限制=5m/s

4.4測量值實(shí)時顯示

點(diǎn)擊配置主界面“開始測量”按鍵，可查看設(shè)備測量值信息，包括 “俯仰角”、

“橫滾角”、 “表面流速”的實(shí)時信息。界面右側(cè)展示表面流速對時間的過程曲線。

圖 4-5 測量值實(shí)時顯示示意圖

4.5數(shù)據(jù)保存

雷達(dá)流速儀處于工作狀態(tài)時，才能進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。數(shù)據(jù)保存步驟如下：

點(diǎn)擊“保存”按鈕，選擇保存文件的路徑及文件名，保存成 EXCEL 表。
點(diǎn)擊“停止保存”按鈕結(jié)束數(shù)據(jù)保存。

圖 4-6 數(shù)據(jù)保存示意圖

圖 4-7 EXCEL 數(shù)據(jù)表

	保存功能只能在點(diǎn)擊“開始測量”按鈕后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。
	查看 EXCEL 表期間，測量數(shù)據(jù)不進(jìn)行保存。

5發(fā)貨清單

表 5-1 發(fā)貨清單

序號	名稱	數(shù)量	單位	備注
1	雷達(dá)流速儀	1	臺
2	萬向支架	1	套
3	電纜	1	根	標(biāo)配 10m(可定制)
4	合格證，保修卡	1	張
5	用戶手冊	1	冊	以郵件的方式發(fā)送
6	上位機(jī)軟件	1	套	以郵件的方式發(fā)送

6常見問題及解決辦法

1.雷達(dá)流速儀與上位機(jī)軟件無法正常通訊

檢查線路連接是否正常，即電源和 RS485 是否按照要求正確連接，有無接錯現(xiàn)象；
檢查電源是否正常：供電電源應(yīng)符合 DC6～30V，建議 DC12V；
檢查 COM 設(shè)置和波特率設(shè)置是否正確，是否已點(diǎn)擊“連接”鍵。

2.雷達(dá)流速儀測量數(shù)據(jù)為 0 或數(shù)據(jù)異常

檢查設(shè)備是否掉電；
檢查通訊是否正常；
檢查水面是否流動，以及測量范圍內(nèi)水面上的漂浮物是否流動；
水面是否有漩渦，回流等情況。
確認(rèn)安裝俯仰角在 30°-70°之間，建議 55°左右

7通訊協(xié)議

注意，安裝設(shè)備前請仔細(xì)閱讀以下項目:

本傳感器兩條數(shù)據(jù)幀之間時間間隔為 1s。

MODBUS 協(xié)議中規(guī)定了廣播地址——0 的相關(guān)內(nèi)容，本傳感器同樣也能接受廣播地址內(nèi)容。
設(shè)備默認(rèn)地址：0X34

設(shè)備默認(rèn)波特率：9600

7.1數(shù)據(jù)幀格式

數(shù)據(jù)幀 10 位：1 個起始位，8 個數(shù)據(jù)位，1 個停止位，無校驗。

7.2讀取部分

Modbus 協(xié)議中讀取功能碼為 03H。

7.2.1讀取表面流速

主機(jī)查詢命令：		從機(jī)響應(yīng)：
傳感器地址	34H	傳感器地址		34H
功能碼	03H	功能碼		03H
訪問寄存器首地址	00H	數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)		04H
訪問寄存器首地址	0FH	表面流速數(shù)據(jù)	寄存器1 高 8 位	XXH
寄存器數(shù)量	00H		寄存器1 低 8 位	XXH
寄存器數(shù)量	02H		寄存器2 高 8 位	XXH
CRC	F1ADH		寄存器2 低 8 位	XXH
		CRC		CRC LH

命令應(yīng)用舉例
主機(jī)發(fā)送	34	03		00		0F		00		02		F1		AD
從機(jī)回復(fù)	34	03	04		19		04		56		3E		67		DD
說明：19 04 56 3E；表面流速 0.209m/s

注：從機(jī)回復(fù)幀的數(shù)據(jù)域為 XXH，XXH，XXH，XXH。表面流速的表示方式為 4 字節(jié)浮點(diǎn)型，小終端低字節(jié)在前，遵循 IEEE 754 標(biāo)準(zhǔn)。

7.2.2讀取流速方向

主機(jī)查詢命令：		從機(jī)響應(yīng)：
傳感器地址	34H	傳感器地址		34H
功能碼	03H	功能碼		03H
訪問寄存器首地址	00H	數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)		02H
	0CH	流速方向數(shù)據(jù)	寄存器高 8 位	XXH
寄存器數(shù)量	00H		寄存器低 8 位	XXH
	01H	CRC		CRC LH
CRC	41ACH

注：從機(jī)回復(fù)幀的數(shù)據(jù)域為 XXH，XXH，流速方向的表示方式為 2 字節(jié)無符號整型。

命令應(yīng)用舉例
主機(jī)發(fā)送	34	03		00		0C		00		01	41	AC
從機(jī)回復(fù)	34		03		02		00		01		F5		80
說明：00 01 流速方向為迎水。若為 00 00 則流速方向為順?biāo)?/td>

7.2.3讀取設(shè)備地址

主機(jī)查詢命令：		從機(jī)響應(yīng)：
傳感器地址	00H	傳感器地址	34H
功能碼	03H	功能碼	03H
訪問寄存器首地址	00H	數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)	02H
	41H	寄存器高 8 位	00H	設(shè)備地址數(shù)據(jù)
寄存器數(shù)量	00H	寄存器低 8 位	XXH
	01H	CRC	CRC LH
CRC	D5CFH

注：XX 為設(shè)備地址，其范圍為：01H-FEH。

命令應(yīng)用舉例
主機(jī)發(fā)送	00	03		00		41		00		01		D5		CF
從機(jī)回復(fù)	34		03		02		00		34		35		97
說明：00 34；設(shè)備地址 34H（34H 代表 16 進(jìn)制的 34，即十進(jìn)制的 52）

7.2.4讀取波特率

主機(jī)查詢命令：		從機(jī)響應(yīng)：
傳感器地址	34H	傳感器地址	34H
功能碼	03H	功能碼	03H
訪問寄存器首地址	00H	數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)	02H
	04H	寄存器高 8 位	00H	波特率數(shù)據(jù)
寄存器數(shù)量	00H	寄存器低 8 位	XX
	01H	CRC	CRC LH
CRC	807BH

注：XX——00H：9600；01H：19200；02H：38400；03H：57600；04H：115200。

命令應(yīng)用舉例
主機(jī)發(fā)送	34	03		00		40		00		01		80		7B
從機(jī)回復(fù)	34		03		02		00		00		34		40
說明：00 00 對應(yīng) 9600 波特率

7.2.5讀取橫滾角

主機(jī)查詢命令：		從機(jī)響應(yīng)：
傳感器地址	34H	傳感器地址	34H
功能碼	03H	功能碼	03H
訪問寄存器首地址	00H	數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)	02H
	09H	寄存器高 8 位	XXH	橫滾角數(shù)據(jù)
寄存器數(shù)量	00H	寄存器低 8 位	XXH
	01H	CRC	CRC LH
CRC	51ADH

注：從機(jī)回復(fù)幀的數(shù)據(jù)域為 XXH，XXH，橫滾角的表示方式為有符號整型（真實(shí)橫滾角：寄存器值除以 10）。

命令應(yīng)用舉例
主機(jī)發(fā)送	34	03		00		09		00		01		51		AD
從機(jī)回復(fù)	34		03		02		00		1F		75		88
說明：00 1F；橫滾角 31（真實(shí)橫滾角：寄存器值除以 10，為 3.1°）

7.2.6讀取俯仰角

主機(jī)查詢命令：		從機(jī)響應(yīng)：
傳感器地址	34H	傳感器地址	34H
功能碼	03H	功能碼	03H
訪問寄存器首地址	00H	數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)	02H
	0AH	寄存器高 8 位	XXH	俯仰角數(shù)據(jù)
寄存器數(shù)量	00H	寄存器低 8 位	XXH
	01H	CRC	CRC LH
CRC	A1ADH

命令應(yīng)用舉例
主機(jī)發(fā)送	34	03		00		0A		00		01		A1		AD
從機(jī)回復(fù)	34		03		02		02		1F		74		E8
說明：02 1F；俯仰角 543（真實(shí)俯仰角：寄存器值除以 10，為 54.3°）

注：從機(jī)回復(fù)幀的數(shù)據(jù)域為 XXH，XXH，俯仰角的表示方式為有符號整型（真實(shí)俯仰角：寄存器值除以 10）。

7.3設(shè)置部分
Modbus 協(xié)議中設(shè)置功能碼為 10H。

7.3.1設(shè)置流速方向濾波

主機(jī)設(shè)置命令：		從機(jī)響應(yīng)：
傳感器地址	34H	傳感器地址	34H
功能碼	10H	功能碼	10H
寄存器地址	00H	寄存器地址	00H
寄存器地址	5EH	寄存器地址	5EH
寄存器數(shù)量	00H	寄存器數(shù)量	00H
寄存器數(shù)量	01H	寄存器數(shù)量	01H
數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)	02H	數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)	02H
流速方向濾除	XXH	流速方向濾除	XXH
流速方向濾除	XXH	流速方向濾除	XXH
CRC	CRC LH	CRC	CRC LH

命令應(yīng)用舉例
主機(jī)發(fā)送	34	10	00	5E	00	01	02	00	00	C0	7F
從機(jī)回復(fù)	34	10	00	5E	00	01	02	00	00	C0	7F
說明：00 00 流速方向濾波改為雙向。設(shè)置 00 01 則為濾除正流（濾除迎水方向），00 02 為濾除負(fù)流（濾除順?biāo)较颍?/td>

注：XXH ，XXH 為設(shè)置的流速濾波方向，回復(fù)內(nèi)容與設(shè)置一致。流速方向濾波的表示方式為 2 字節(jié)無符號整型。

7.3.2設(shè)置靈敏度

主機(jī)設(shè)置命令：		從機(jī)響應(yīng)：
傳感器地址	34H	傳感器地址	34H
功能碼	10H	功能碼	10H
寄存器地址	00H	寄存器地址	00H
寄存器地址	51H	寄存器地址	51H
寄存器數(shù)量	00H	寄存器數(shù)量	00H
寄存器數(shù)量	01H	寄存器數(shù)量	01H
數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)	02H	數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)	02H
靈敏度	XXH	靈敏度	XXH
靈敏度	XXH	靈敏度	XXH
CRC	CRC LH	CRC	CRC LH

命令應(yīng)用舉例
主機(jī)發(fā)送	34	10	00	51	00	01	02	AA	00	BE	20
從機(jī)回復(fù)	34	10	00	51	00	01	02	AA	00	BE	20
說明：AA 00 靈敏度改為高。設(shè)置 00 00 則為中靈敏度，00 1E 則為低靈敏度。

注：XXH ，XXH 為設(shè)置的靈敏度，回復(fù)內(nèi)容與設(shè)置一致。靈敏度的表示方式為 2 字節(jié)無符號整型。

7.3.3設(shè)置流速限制

主機(jī)設(shè)置命令：		從機(jī)響應(yīng)：
傳感器地址	34H	傳感器地址	34H
功能碼	10H	功能碼	10H
寄存器	00H	寄存器	00H

地址	5FH	地址	5FH
寄存器數(shù)量	00H	寄存器數(shù)量	00H
寄存器數(shù)量	02H	寄存器數(shù)量	02H
數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)	04H	數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)	04H
流速限制	XXH	流速限制	XXH
	XXH		XXH
	XXH		XXH
	XXH		XXH
CRC	CRC LH	CRC	CRC LH

命令應(yīng)用舉例
主機(jī)發(fā)送	34	10	00	5F	00	02	04	00	00	A0	40	21	EF
從機(jī)回復(fù)	34	10	00	5F	00	02	04	00	00	A0	40	21	EF
說明：00 00 A0 40：流速限制改為 5m/s。

注：XXH ，XXH，XXH ，XXH 為設(shè)置的流速限制，回復(fù)內(nèi)容與設(shè)置一致。流速限制的表示方式為 4 字節(jié)浮點(diǎn)型，小終端低字節(jié)在前，遵循 IEEE 754 標(biāo)準(zhǔn)。

7.3.4設(shè)置設(shè)備地址

主機(jī)設(shè)置命令：		從機(jī)響應(yīng)：
傳感器地址	34H	傳感器地址	34H
功能碼	10H	功能碼	10H
寄存器地址	00H	寄存器地址	00H
寄存器地址	41H	寄存器地址	41H
寄存器數(shù)量	00H	寄存器數(shù)量	00H
寄存器數(shù)量	01H	寄存器數(shù)量	01H
數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)	02H	數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)	02H
設(shè)備地址	00H	設(shè)備地址	00H
設(shè)備地址	XX	設(shè)備地址	XX
CRC	CRC LH	CRC	CRC LH

注：XX 為設(shè)置設(shè)備的地址，其范圍為：01H-FEH，回復(fù)內(nèi)容與設(shè)置一致。

命令應(yīng)用舉例
主機(jī)發(fā)送	34	10	00	41	00	01	02	00	35	02	07
從機(jī)回復(fù)	34	10	00	41	00	01	02	00	35	02	07
說明：00 35；設(shè)備地址設(shè)置為 35H（35H 代表 16 進(jìn)制的 35，即十進(jìn)制的 53）。

7.3.5設(shè)置波特率

主機(jī)設(shè)置命令：		從機(jī)響應(yīng)：
傳感器地址	34H	傳感器地址	34H
功能碼	10H	功能碼	10H
寄存器地址	00H	寄存器地址	00H
寄存器地址	40H	寄存器地址	40H
寄存器數(shù)量	00H	寄存器數(shù)量	00H
寄存器數(shù)量	01H	寄存器數(shù)量	01H
數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)	02H	數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)	02H
波特率	00H	波特率	00H
波特率	XX	波特率	XX
CRC	CRC LH	CRC	CRC LH

注：XX——00H：9600；01H：19200；02H：38400；03H：57600；04H：115200，回復(fù)內(nèi)

容與設(shè)置一致。

命令應(yīng)用舉例
主機(jī)發(fā)送	34	10	00	40	00	01	02	00	01	02	01
從機(jī)回復(fù)	34	10	00	40	00	01	02	00	01	02	01
說明：00 01 對應(yīng) 19200 波特率。