專利名稱：一種在線測量河道或渠道流量的方法及專用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在線測量河道或渠道流量的方法及專用裝置，屬于河道或渠道流速的斷面掃描測量以及流量計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有的河道或渠道流量計(jì)量方法多采用流速面積法，采用的方式和設(shè)備主要有如下三種①手持旋漿流速儀，通過在船上的人手持旋漿流速儀，逐點(diǎn)按不同深度進(jìn)行手工測量；②吊索式流速儀，在河道或渠道兩端設(shè)置吊索，吊索上懸掛流速儀，在岸上設(shè)置牽引、 驅(qū)動、操縱機(jī)構(gòu)，由人來控制吊索上的流速儀逐點(diǎn)按不同深度進(jìn)行測量；③V-ADCP多普勒剖面流速儀，傳感器通常安裝在漂浮在水面上的船體下方，向水體中發(fā)射超聲波，通過岸邊人工拖動船體橫跨河面，可以實(shí)現(xiàn)采集高質(zhì)量的流速、水位、流量數(shù)據(jù)。上述這三種方式都不能離開人在現(xiàn)場實(shí)地操作，無法實(shí)現(xiàn)長期在線自動檢測流速；V-ADCP多普勒剖面流速儀不但價(jià)格昂貴，一般30萬元人民幣，而且受測水含沙量影響，不能用于大多數(shù)黃河灌區(qū)。另外，野外長期自動檢測流量，必須有人值守，但浪費(fèi)人力、物力，難以實(shí)現(xiàn)；如果無人值守，可靠性、供電、防盜問題始終是困擾本領(lǐng)域技術(shù)人員的一個難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種在線測量河道或渠道流量的方法及專用裝置，實(shí)現(xiàn)野外長期自動檢測流量，無需人員值守，實(shí)用防盜，解決背景技術(shù)中存在的上述問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種在線測量河道或渠道流量的方法，包含如下步驟
①在河道或渠道兩岸分別設(shè)置相互匹配的超聲波傳感器組，超聲波傳感器組為縱向布置的多個超聲波傳感器，超聲波傳感器組的每一個超聲波傳感器都與對岸超聲波傳感器組的一個超聲波傳感器對應(yīng)，成對出現(xiàn)，每一對超聲波傳感器對應(yīng)的是河道或渠道的一個流層；
②兩岸縱向布置的多個超聲波傳感器，某一時(shí)刻，通過控制成對出現(xiàn)的某一對超聲波傳感器同時(shí)工作，其它對超聲波傳感器不工作，進(jìn)行該對超聲波傳感器對應(yīng)流層的流速測量；通過輪番控制不同對的超聲波傳感器工作，可以測量出不同深度的各流層的流速；
③由于河道或渠道的寬度已知，又可測得水位，則可計(jì)算出河道或渠道輸水截面積，根據(jù)輸水截面和所測流速則可計(jì)算出瞬時(shí)流量和累計(jì)水量。成對出現(xiàn)的多個超聲波傳感器分布在超聲波傳感器組上的不同位置，其超聲波傳感器的對數(shù)至少為一對。上述輪番控制不同對的超聲波傳感器工作，以及數(shù)值計(jì)算，均通過計(jì)算機(jī)控制完成；也可將測量數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)上傳到上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算、處理和分析。由于渠道寬度事先已知，又測得水位，則可計(jì)算出渠道輸水截面積，根據(jù)輸水截面和所測流速則可計(jì)算出輸水流量，其中輸水流量可由兩種方法計(jì)算①利用各流層流速計(jì)算出平均流速，再利用輸水截面計(jì)算輸水流量；②利用各流層流速計(jì)算出各流層流量，再把各流層流量累加得到輸水流量。
一種在線測量河道或渠道流量的專用裝置，包含設(shè)置在河道或渠道兩岸的超聲波傳感器組、水位傳感器、控制處理模塊，超聲波傳感器組為縱向布置的多個超聲波傳感器， 河道或渠道兩岸分別設(shè)置的超聲波傳感器組相互匹配，超聲波傳感器組的一個超聲波傳感器都與對岸超聲波傳感器組的一個超聲波傳感器對應(yīng)，成對出現(xiàn)，每一對超聲波傳感器對應(yīng)的是河道或渠道的一個流層；超聲波傳感器組、水位傳感器連接到控制處理模塊，控制處理模塊輪番控制不同對的超聲波傳感器工作，測量出不同深度的各流層的流速。兩岸的超聲波傳感器組通過有線或無線方式連接到控制處理模塊。水位計(jì)測量出渠道水位，由于渠道寬度事先已知，又測得水位，則可計(jì)算出渠道輸水截面積，根據(jù)輸水截面和所測流速則可計(jì)算出瞬時(shí)流量和累計(jì)水量。測量數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)上傳到上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算、處理和分析。所說的超聲波傳感器數(shù)量為一個以上，縱向均勻間隔設(shè)置在傳感器支架上。所說的超聲波傳感器組安裝在超聲波傳感器組護(hù)管中，超聲波傳感器組護(hù)管設(shè)置在河道或渠道的兩岸，超聲波傳感器組可在超聲波傳感器組護(hù)管中方便地拆裝。超聲波傳感器組安裝護(hù)管為筒狀，側(cè)壁上設(shè)有長條狀窗口，超聲波傳感器組設(shè)置在超聲波傳感器組安裝護(hù)管內(nèi)，超聲波傳感器位于超聲波傳感器組安裝護(hù)管的長條狀窗口處，露出超聲波傳感器，便于工作。超聲波傳感器組護(hù)管的長條狀窗口，匹配有可用于封閉的護(hù)門。在超聲波傳感器上匹配有激光定位裝置，激光定位裝置用于超聲波傳感器組安裝調(diào)試時(shí)，超聲波傳感器的位置對正指示。超聲波傳感器組為多段結(jié)構(gòu)，相互匹配構(gòu)成一個整體，最下面的一段底部為圓錐狀，并設(shè)有水位傳感器、溫度傳感器，兩段之間通過階梯狀的結(jié)構(gòu)相互匹配連接。本發(fā)明的測量方法及裝置，無需人員值守，無需人員現(xiàn)場操作，自動完成流量測量、數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。本發(fā)明中，水位計(jì)是公知技術(shù)。本發(fā)明的有益效果是利用成對出現(xiàn)的超聲波傳感器組，超聲波傳感器組上的超聲波傳感器也成對出現(xiàn)，成對出現(xiàn)的多個超聲波傳感器分布在超聲波傳感器組上的不同位置，通過對成對出現(xiàn)的多個超聲波傳感器逐對輪番掃描，得到各流層的流量，累加各流層的流量得到整個渠道的該輸水截面的瞬時(shí)流量。瞬時(shí)流量可進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算或上傳，從而實(shí)現(xiàn)對輸水渠道水位、流速、流量、水量的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測?？蓪⒃诠S制造好的本發(fā)明組件在使用現(xiàn)場方便的安裝，通過采集水深和不同位置的流速信號，根據(jù)公式計(jì)算得到河渠的瞬時(shí)流量并同時(shí)計(jì)算累計(jì)流量。通過通訊網(wǎng)絡(luò)，上位計(jì)算機(jī)可遠(yuǎn)程采集水深、流速、流量的各種數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)水量計(jì)量管理。


附圖1是本發(fā)明實(shí)施例示意附圖2是本發(fā)明實(shí)施例超聲波傳感器組安裝護(hù)管示意圖； 附圖3是本發(fā)明實(shí)施例超聲波傳感器組示意圖； 附圖4是本發(fā)明實(shí)施例超聲波傳感器示意圖中超聲波傳感器組1，超聲波傳感器2，超聲波傳感器組安裝護(hù)管3，激光定位裝置 4，線路通道5，水位傳感器6。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。參照附圖1，在實(shí)施例中，一種在線測量河道或渠道流量的專用裝置，包含設(shè)置在河道或渠道兩岸的超聲波傳感器組1、水位傳感器6、控制處理模塊，超聲波傳感器組為縱向布置的多個超聲波傳感器2，河道或渠道兩岸分別設(shè)置的超聲波傳感器組相互匹配，超聲波傳感器組的一個超聲波傳感器都與對岸超聲波傳感器組的一個超聲波傳感器對應(yīng)，成對出現(xiàn)，每一對超聲波傳感器對應(yīng)的是河道或渠道的一個流層；超聲波傳感器組、水位傳感器連接到控制處理模塊，控制處理模塊輪番控制不同對的超聲波傳感器工作，測量出不同深度的各流層的流速。兩岸的超聲波傳感器組通過有線或無線方式連接到控制處理模塊。在超聲波傳感器組上設(shè)有線路通道5，便于控制線路、測量線路通過。水位計(jì)測測量出渠道水位，由于渠道寬度事先已知，又測得水位，則可計(jì)算出渠道輸水截面積，根據(jù)輸水截面和所測流速則可計(jì)算出瞬時(shí)流量和累計(jì)水量。測量數(shù)據(jù)通過通訊網(wǎng)絡(luò)上傳到上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算、處理和分析。參照附圖2，本發(fā)明還設(shè)有超聲波傳感器組安裝護(hù)管3，超聲波傳感器組安裝護(hù)管為筒狀，側(cè)壁上設(shè)有長條狀窗口，超聲波傳感器組設(shè)置在超聲波傳感器組安裝護(hù)管內(nèi)，超聲波傳感器位于超聲波傳感器組安裝護(hù)管的長條狀窗口處，露出超聲波傳感器，便于工作。超聲波傳感器組護(hù)管的長條狀窗口，匹配有可用于封閉的護(hù)門。參照附圖3，超聲波傳感器組為多段結(jié)構(gòu)，相互匹配構(gòu)成一個整體，最下面的一段底部為圓錐狀，并設(shè)有水位傳感器6、溫度傳感器，兩段之間通過階梯狀的結(jié)構(gòu)相互匹配連接。參照附圖4，在超聲波傳感器上匹配有激光定位裝置4，激光定位裝置4用于超聲波傳感器組安裝調(diào)試時(shí)，超聲波傳感器的位置對正指示。采用本發(fā)明的測量方法，可實(shí)現(xiàn)無需人員值守，無需人員現(xiàn)場操作，自動完成流量測量、數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。采用本發(fā)明裝置利用成對出現(xiàn)的超聲波傳感器組，超聲波傳感器組上的超聲波傳感器也成對出現(xiàn)，成對出現(xiàn)的多個超聲波傳感器分布在超聲波傳感器組上的不同位置， 通過對成對出現(xiàn)的多個超聲波傳感器逐對輪番掃描控制，得到各流層的流量，累加各流層的流量得到整個渠道的該輸水截面的瞬時(shí)流量。瞬時(shí)流量可進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算或上傳，從而實(shí)現(xiàn)對輸水渠道水位、流速、流量、水量的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。
權(quán)利要求
1.一種在線測量河道或渠道流量的方法，其特征在于包含如下步驟①在河道或渠道兩岸分別設(shè)置相互匹配的超聲波傳感器組，超聲波傳感器組為縱向布置的多個超聲波傳感器，超聲波傳感器組的一個超聲波傳感器都與對岸超聲波傳感器組的一個超聲波傳感器對應(yīng)，成對出現(xiàn)，每一對超聲波傳感器對應(yīng)的是河道或渠道的一個流層；②兩岸縱向布置的多個超聲波傳感器，某一時(shí)刻，通過控制成對出現(xiàn)的某一對超聲波傳感器同時(shí)工作，其它對超聲波傳感器不工作，進(jìn)行該對超聲波傳感器對應(yīng)流層的流速測量；通過輪番控制不同對的超聲波傳感器工作，可以測量出不同深度的各流層的流速；③由于河道或渠道的寬度已知，又可測得水位，則可計(jì)算出河道或渠道輸水截面積，根據(jù)輸水截面和所測流速則可計(jì)算出瞬時(shí)流量和累計(jì)水量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之在線測量河道或渠道流量的方法，其特征在于成對出現(xiàn)的多個超聲波傳感器分布在超聲波傳感器組上的不同位置，其超聲波傳感器的對數(shù)至少為一對。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之在線測量河道或渠道流量的方法，其特征在于由于渠道寬度事先已知，又測得水位，則可計(jì)算出渠道輸水截面積，根據(jù)輸水截面和所測流速則可計(jì)算出輸水流量，其中輸水流量可由兩種方法計(jì)算①利用各流層流速計(jì)算出平均流速，再利用輸水截面計(jì)算輸水流量，②利用各流層流速計(jì)算出各流層流量，再把各流層流量累加得到輸水流量。
4.一種在線測量河道或渠道流量的專用裝置，其特征在于包含設(shè)置在河道或渠道兩岸的超聲波傳感器組(1)、水位傳感器(6)、控制處理模塊，超聲波傳感器組為縱向布置的多個超聲波傳感器(2)，河道或渠道兩岸分別設(shè)置的超聲波傳感器組相互匹配，超聲波傳感器組的一個超聲波傳感器都與對岸超聲波傳感器組的一個超聲波傳感器對應(yīng)，成對出現(xiàn)，每一對超聲波傳感器對應(yīng)的是河道或渠道的一個流層；超聲波傳感器組、水位傳感器連接到控制處理模塊，控制處理模塊輪番控制不同對的超聲波傳感器工作，測量出不同深度的各流層的流速。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述之在線測量河道或渠道流量的專用裝置，其特征在于所說的超聲波傳感器組包含多級分段連接的傳感器支架，傳感器支架數(shù)量至少一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述之在線測量河道或渠道流量的專用裝置，其特征在于所說的超聲波傳感器組安裝在超聲波傳感器組護(hù)管(3)中，超聲波傳感器組護(hù)管設(shè)置在河道或渠道的兩岸，超聲波傳感器組可在超聲波傳感器組護(hù)管中方便地拆裝。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述之在線測量河道或渠道流量的專用裝置，其特征在于超聲波傳感器組安裝護(hù)管為筒狀，側(cè)壁上設(shè)有長條狀窗口，超聲波傳感器組設(shè)置在超聲波傳感器組安裝護(hù)管內(nèi)，超聲波傳感器位于超聲波傳感器組安裝護(hù)管的長條狀窗口處，露出超聲波傳感器，便于工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述之在線測量河道或渠道流量的專用裝置，其特征在于超聲波傳感器組護(hù)管的長條狀窗口，匹配有可用于封閉的護(hù)門。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述之在線測量河道或渠道流量的專用裝置，其特征在于超聲波傳感器組上匹配有激光定位裝置(4)，激光定位裝置用于超聲波傳感器組安裝調(diào)試時(shí)，超聲波傳感器的位置對正指示。
10.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述之在線測量河道或渠道流量的專用裝置，其特征在于超聲波傳感器組為多段結(jié)構(gòu)，相互匹配構(gòu)成一個整體，最下面的一段底部為圓錐狀，并設(shè)有水位傳感器、溫度傳感器，兩段之間通過階梯狀的結(jié)構(gòu)相互匹配連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在線測量河道或渠道流量的方法及專用裝置，屬于河道或渠道流速及流量計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案是兩岸縱向布置的多個超聲波傳感器，某一時(shí)刻，通過控制成對出現(xiàn)的某一對超聲波傳感器同時(shí)工作，進(jìn)行該對超聲波傳感器對應(yīng)流層的流速測量；通過輪番控制不同對的超聲波傳感器工作，可以測量出不同深度的各流層的流速。本發(fā)明利用成對出現(xiàn)的超聲波傳感器組得到整個渠道的該輸水截面的瞬時(shí)流量，從而實(shí)現(xiàn)對輸水渠道水位、流速、流量、水量的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。通過采集水深和不同位置的流速信號，根據(jù)公式計(jì)算得到河渠的瞬時(shí)流量并同時(shí)計(jì)算累計(jì)流量。通過通訊網(wǎng)絡(luò)，上位計(jì)算機(jī)可遠(yuǎn)程采集水深、流速、流量的各種數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)水量計(jì)量管理。
文檔編號G01P5/24GK102175288SQ20111005798
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者于樹利, 劉健永, 劉峰, 劉 文, 劉春雷, 張喜, 李震立, 毛曉軍, 汪永強(qiáng), 王洪元, 錢谷, 韓勇, 馬月坤 申請人:唐山現(xiàn)代工控技術(shù)有限公司