CN103033643A - 一种替代传统浮标的非接触式微波流速仪高水流量测验方式 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种替代传统浮标的非接触式微波流速仪高水流量测验方式，包括微波流速仪，微波流速仪通过微波天线向水面发射一束微波，分成两部分；一部分电磁波能量折射入水中，另一小部分能量被水面反射回来，被微波天线接收，并经圆极化混频器产生与水流速度对应的多普勒频率信息；结合倾角传感器测量仪器俯角信息，即可得出水流的速度。
Description
技术领域
本发明涉及水流流速测量领域，具体涉及一种替代传统浮标的非接触式微波流速仪高水流量测验方式。
背景技术
目前，河道流速测量，特别是洪水期流速测量，在水文测量现代化中，一直以来没有得到很好的解决。在中小流速测量中，目前可以采用ADCP测流仪自动测量；对于洪水过程中的高水位、高流速洪峰过程测量，虽然在20世纪90年代，我国也研制出了固定式电波流速仪，在实际应用中，存在的问题较多，不能完全投入生产运行。现在的洪水期流速测量仍然还是采用原始的浮标法测量，可是，传统的浮标法存在着以下弱点：1、浮标经不起风浪及漂浮杂物的袭击，易毁损；2、浮标制作的材料、形式、大小、粗糙程度、入水深度以及在河流中运行的稳定性等因素都能直接影响测流结果；3、浮标测流需要多人协作，操作起来比较复杂，安全性低；4、流量需要人工计算；5、测量精度低等问题，对水文测量现代化来说是一个技术瓶颈。
目前国内外的流速测量集中在以下几种方法：
1、旋浆式流速仪测量流速；2、超声波时差法流速仪测量流速；3、ADCP走航式流速剖面仪测量流速；4、浮标法测量流速。
这几种方法在黄河流域上均有应用，都属于接触式测量，但是，传统上使用浮标法测量流速的居多；但是，受河道和波浪影响比较大，适宜中小流速的测量，对于大洪水或特大洪水，受测量方式的限制，都不能很好的适应目前的水文测量要求。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供非接触测量、测量精度高、测量安全性高、节省人力，提高测量效率的一种替代传统浮标的非接触式微波流速仪高水流量测验方式。
基于上述目的，本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种替代传统浮标的非接触式微波流速仪高水流量测验方式，包括微波流速仪，微波流速仪通过微波天线向水面发射一束微波，分成两部分；一部分电磁波能量折射入水中，另一小部分能量被水面反射回来，被微波天线接收，并经圆极化混频器产生与水流速度对应的多普勒频率信息；结合倾角传感器测量仪器俯角信息，即可得出水流的速度。
所述的微波天线连接数据接收终端，通过通讯线缆，数据接收终端和起点距采集器把数据传输到计算机。
所述的所述的微波流速仪设置在缆道上。
所述的微波发射方式采用圆极化方式。
所述的微波波长采用毫米波。
本发明的有益效果是，1、耗时较短：使用微波流速仪1个小时以内就可完成。2、节省人力、工作量小，提高了测量效率：微波流速仪测量时只需要一个人操作电脑，一个人开吊箱即可，熟练时一个人可以同时开吊箱和操作电脑。3、安全性高：微波流速仪测量时，只需要在室内操作即可，如果现场不是全自动吊箱，至多需要一个人在吊箱上控制吊箱的升降即可，安全性较高。4、测量精度高、受环境变化的影响小：微波流速仪测量时，基本不受现场环境及人员操作的影响，设备实现全自动测量，所得数据精度高。
附图说明
图1为本发明的原理示意图；
具体实施方式
以下通过本发明附图及具体图示，进一步的阐述本发明。
如图1所示，一种替代传统浮标的非接触式微波流速仪高水流量测验方式，包括微波流速仪1，微波流速仪1通过微波天线2向水面发射约37GHZ频率的一束微波3，分成两部分；一部分电磁波能量折射入水中，另一小部分能量被水面反射回来，被微波天线2接收，并经圆极化混频器产生与水流速度对应的多普勒频率信息；微波天线2连接数据接收终端5，通过通讯线缆7，数据接收终端5和起点距采集器6把数据传输到计算机8。结合倾角传感器测量仪器俯角信息，即可得出水流的速度。
在使用过程中，微波天线2接收到的信号频率相当于发射频率有一定的偏移，引用直接关系式为：fa＝|fo-fd|，其中，fa代表多普勒频率，fo代表发射频率，fd代表接收到的回波频率。再者，通过微波天线2经圆极化混频器后输出与水面流速成一定关系的频率信号，其关系如下：
其中，在此公式中，fd代表多普普勒频率，v代表水流速度；代表俯角，发射波和水流方向在垂直面的夹角，
代表方向角，即发射波和水流方向在水平面的夹角，λ代表波长系数；λ＝f0/C；其中f0代表发射的微波频率，C代表电波在空气中的传播速度(3×10^8m/s)。
最后，通过倾角传感器自动测量俯角，通过软件滤波分析计算出水流表面的流速。通过LCD显示，并通过短波电台和通讯接口将测量数据传输到计算机8。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种替代传统浮标的非接触式微波流速仪高水流量测验方式，包括微波流速仪，其特征在于，微波流速仪通过微波天线向水面发射一束微波，分成两部分；一部分电磁波能量折射入水中，另一小部分能量被水面反射回来，被微波天线接收，并经圆极化混频器产生与水流速度对应的多普勒频率信息；结合倾角传感器测量仪器俯角信息，即可得出水流的速度。
2.根据权利要求1所述的一种替代传统浮标的非接触式微波流速仪高水流量测验方式，其特征在于，所述的微波天线连接数据接收终端，通过通讯线缆，数据接收终端和起点距采集器把数据传输到计算机。
3.根据权利要求1所述的一种替代传统浮标的非接触式微波流速仪高水流量测验方式，其特征在于，所述的微波流速仪设置在缆道上。
4.根据权利要求1所述的一种替代传统浮标的非接触式微波流速仪高水流量测验方式，其特征在于，所述的微波发射方式采用圆极化方式。
5.根据权利要求1所述的一种替代传统浮标的非接触式微波流速仪高水流量测验方式，其特征在于，所述的微波波长采用毫米波。
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