CN105158512A - 声学多普勒剖面流速仪的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声学多普勒剖面流速仪的检测方法，包括以下步骤：在水池底部布设有微纳米气泡曝气头；通过微纳米气泡发生装置在水池内产生微纳米气泡；持续产生微纳米气泡一段时间后停止微纳米气泡产生，并等待一段时间；牵引检定车沿轨道匀速行进，检定车上的流速仪采集数据。本发明通过在水池底部均匀设置的微纳米气泡曝气头能够在静水池中产生均匀的微纳米气泡，令水体中具备足够浓度的反射物质，这些反射物质浓度均匀，显著提高了静水的反射强度，满足声学多普勒剖面流速仪检定对水体的要求。因此，声学多普勒剖面流速仪能够获得仪器检定需要的有效数据，从而在静水槽中实现了声学多普勒剖面流速仪的高精度检测。

Description

声学多普勒剖面流速仪的检测方法

技术领域

本发明属于水利水文仪器测量技术领域，具体涉及一种声学多普勒剖面流速仪的检测方法。

背景技术

流速仪是江河湖海水文测验的仪器，按国家计量法规定，仪器出厂时必须对其性能进行检定。目前我国采用GB/T150《直线明槽中转子流速仪检定/校准方法》对流速仪进行检定，其原理是在直线静水槽中，以稳定速度牵引流速仪，获得流速仪的测量数据后对流速仪进行修订。声学多普勒剖面流速仪是流速仪的一种，它是利用声学多普勒测速原理，采用矢量合成方法，测量流速的垂直剖面分布的仪器，测量一次可测得一个剖面上若干层水流速度的三维分量和绝对方向。目前国内尚缺乏针对声学多普勒剖面流速仪的检定/校准方法，如果采用前述的直线明槽式检定方法精度很差，因此声学多普勒剖面流速仪多在出厂时采用比测方法检定，但比测检定需要野外进行耗时耗力，而且精度不高。目前的试验方法存在悬浮物不足导致反射强度较弱，可能导致错误的检测结果，或者根本没有检测结果。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种声学多普勒剖面流速仪的检测方法，检测效率高，检测结果精确。

相比野外检测方式，水槽检测无疑具有更高的效率和性价比，而我们在反复检定声学多普勒剖面流速仪过程中发现，要达到较为精确的检测效果，水体中必须有足够的反射物质。最初，我们尝试了在检定车上撒播石浆粉的方法，但几次试验的结果差异很大，有时检测结果甚至是错误的，严重偏离正常值，究其原因在于石浆粉的浓度均匀性较差，且其颗粒较大极易沉淀，导致反射强度不够。此外，经过试验后的水槽污染严重。经过改良，我们又采用了喷洒石灰浆的方法，均匀性虽有所改善，但检测水槽污染问题依然存在，而且检测精确程度也不能满足现有需求。我们发现，如果要得到满意的检测效果，水体中必须有足够的反射物质，如果反射物质浓度不够（反射强度小于35db）或反射物质浓度不均匀，都会带来显著的误差。基于反射物质的均匀性和可能带来污染后果的综合考虑，我们最终采用微纳米气泡作为声学反射体，能提高静水的反射强度，气泡浓度的均匀性能也能得到较好的控制。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

声学多普勒剖面流速仪的检测方法，包括如下步骤：

步骤一，在水池底部均匀布设有微纳米气泡曝气头；

步骤二，通过微纳米气泡发生装置在水池内产生微纳米气泡；

步骤三，持续产生微纳米气泡一段时间后停止微纳米气泡产生，并等待一段时间；

步骤四，牵引检定车沿轨道匀速行进，检定车上的流速仪采集数据。

进一步的，所述持续产生气泡的时间与等待时间呈正比。

优选的，所述持续产生气泡的时间为5秒～300秒。

优选的，所述持续产生气泡的时间为30秒～180秒。

优选的，所述等待时间为3分钟～19小时。

优选的，所述等待时间为15分钟～11小时。

进一步的，所述水池为静水槽。

进一步的，所述微纳米气泡曝气头均匀布设。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

通过在水池底部均匀设置的微纳米气泡曝气头能够在静水池中产生均匀的微纳米气泡，令水体中具备足够浓度的反射物质，这些反射物质浓度均匀，显著提高了静水的反射强度，满足声学多普勒剖面流速仪检定对水体的要求。因此，声学多普勒剖面流速仪能够获得仪器修定需要的有效数据，从而在静水槽中实现了声学多普勒剖面流速仪的高精度检测。

附图说明

图1为声学多普勒剖面流速仪检测时采用的静水槽剖面示意图；

图2为声学多普勒剖面流速仪检测时采用的静水槽俯视图；

图3为对比例中流速仪获得的剖面流速分布图；

图4为在图3数据中取四组数据的4波束回波强度示意图；

图5为实施例一中流速仪获得的剖面流速分布图；

图6为在图5数据中取四组数据的4波束回波强度示意图；

图7为实施例二中流速仪获得的剖面流速分布图；

图8为在图7数据中取四组数据的4波束回波强度示意图。

附图标记列表：

1-静水槽，2-微纳米气泡发生器，3-曝气头。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

图1、图2为声学多普勒剖面流速仪试验现场示意图，试验设置在静水槽1中，静水槽1尺寸为3.47m*3.95m*1.99m（长*宽*高），水槽边放置有微纳米气泡发生器2，静水槽1底部布设有微纳米气泡曝气头3，气泡通过管道连接至这些微纳米气泡曝气头。图中，槽底管道呈长方形，与水槽形状相适应，尺寸为2.7m*1.5m（长*宽），曝气头至少应设置在沿水槽长度方向上，也可以在管道四边均有设置。曝气头3应均匀设置，使得静水槽中产生的微纳米气泡更为均匀。微纳米气泡，是指气泡发生时直径在10微米左右到数百纳米之间的气泡，这种气泡是介于微米气泡和纳米气泡之间，在试验中，优选产生8~80μm(微米)粒径的悬浮物，针对上述范围粒径的悬浮物声学多普勒剖面流速仪具有较强的敏感性。静水槽1槽边两侧分别设置有轨道，检定车即沿两轨道行进，声学多普勒剖面流速仪悬挂于检定车下，没入静水槽1水中。轨道优选设置在静水槽1长边方向上，检定车沿着轨道匀速运行，本发明采用美国RDI公司的Workhouse1200K的声学多普勒剖面流速仪进行试验。

对比例：

在静水槽1中悬挂于检定车下的流速仪沿轨道匀速从轨道一端行进至另一端，在该过程中，流速仪采集到的数据如图3、图4所示，其中图3为剖面流速分布图，采集到的数据组数为114组，无效数据组（整列无数据则为无效数据组）为27组，坏的数据单元（图中空白格为坏的数据单元）为12%（见表1）；图4为在114组数据中取四组数据的4波束回波强度示意图，可以看出，在大部分数据组中，均有某一波束强度线条有很大起伏，大幅偏离平均值，数据均匀性不好。由于静水槽1中缺乏稳定的悬浮物反射强度较弱，导致无效数据组较多，获得的检测结果无法作为检定依据。

实施例一：

首先，打开微纳米气泡发生器2，通过池底铺设的管道和微纳米气泡曝气头3，空气用高速旋回切割方式融入水中，基于旋回式气液混合型微纳米气泡发生技术，微纳米气泡发生器快速高效地制取数百纳米到数十微米气泡水，从而产生微纳米气泡。曝气头向两侧喷出微纳米气泡，这些微纳米气泡自然上升。

持续发生气泡70秒后，静水槽1中具有大量微纳米气泡，此时关闭微纳米气泡发生器2，等待3.5小时。

随后，悬挂于检定车下的流速仪沿轨道匀速从轨道一端行进至另一端，在该过程中，流速仪采集到的数据如图5、图6所示，其中图5为剖面流速分布图，采集到的数据组数为101组，无效数据组为2组，坏的数据单元为6%（见表1），坏数据量较低。图6为在101组数据中取四组数据的4波束回波强度示意图，图中波束线条起伏均在正常范围内，显示数据均匀性较好。

实施例二：

首先，打开微纳米气泡发生器2，通过池底铺设的管道和微纳米气泡曝气头3产生微纳米气泡。曝气头向上喷出微纳米气泡，这些微纳米自然上升。

持续发生气泡30秒后，静水槽1中具有大量微纳米气泡，关闭微纳米气泡发生器2，等待15分钟。

随后，悬挂于检定车下的流速仪沿轨道匀速从轨道一端行进至另一端，在该过程中，流速仪采集到的数据如图7、图8所示，其中图3为剖面流速分布图，采集到的数据组数为91组，无效数据组为0组，坏的数据单元为4%（见表1），坏数据量较低。图8为在91组数据中取四组数据的4波束回波强度示意图，图中波束线条起伏均在正常范围内，显示数据均匀性较好。

实施例三：

操作步骤同实施例一或二，不同点在于：持续发生气泡时间为5秒，关闭微纳米气泡发生器2后的等待时间为3分钟，得到的无效数据组和坏单元数据见表1。

实施例四：

操作步骤同实施例一或二，不同点在于：持续发生气泡时间为15秒，关闭微纳米气泡发生器2后的等待时间为8分钟，得到的无效数据组和坏单元数据见表1。

实施例五：

操作步骤同实施例一或二，不同点在于：持续发生气泡时间为45秒，关闭微纳米气泡发生器2后的等待时间为1.5小时，得到的无效数据组和坏单元数据见表1。

实施例六：

操作步骤同实施例一或二，不同点在于：持续发生气泡时间为2分钟，关闭微纳米气泡发生器2后的等待时间为5小时，得到的无效数据组和坏单元数据见表1。

实施例七：

操作步骤同实施例一或二，不同点在于：持续发生气泡时间为3分钟，关闭微纳米气泡发生器2后的等待时间为11小时，得到的无效数据组和坏单元数据见表1。

实施例八：

操作步骤同实施例一或二，不同点在于：持续发生气泡时间为5分钟，关闭微纳米气泡发生器2后的等待时间为19小时，得到的无效数据组和坏单元数据见表1。

流速仪采集数据日期-时间

实验环境

持续发生气泡时间

间隔时间

数据组数

无效数据组数

坏的单元%

对比例

2014/11/18 15:17

静水

114

27

12

实施例一

2014/11/19 14:57

静水+气泡

70秒

3.5小时

101

2

6

实施例二

2014/11/19 15:29

静水+气泡

30秒

15分钟

91

0

4

实施例三

2014/11/20 09:15

静水+气泡

5秒

3分钟

85

2

10

实施例四

2014/11/20 10:09

静水+气泡

15秒

8分钟

88

0

2

实施例五

2014/11/20 11:55

静水+气泡

45秒

1.5小时

93

0

3

实施例六

2014/11/20 19:43

静水+气泡

120秒

5小时

110

1

5

实施例七

2014/11/21 8:19

静水+气泡

180秒

11小时

123

0

7

实施例八

2014/11/19 10:24

静水+气泡

300秒

19小时

105

0

21

表1

从上表中可以得出，在试验中等待间隔时间与持续发生气泡时间呈正比，由于静水槽中均匀存有声学反射体——微纳米气泡，能够提高静水的反射强度，气泡浓度的均匀性能也得到了较好的控制，无效数据组出现比率很小。当气泡发生时间较长时，坏的单元出现的几率有所增高，试验中以发生时间在30秒～180秒内得到的数据最好。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.声学多普勒剖面流速仪的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，在水池底部布设有微纳米气泡曝气头；

步骤二，通过微纳米气泡发生装置在水池内产生微纳米气泡；

步骤三，持续产生微纳米气泡一段时间后停止微纳米气泡产生，并等待一段时间；

步骤四，牵引检定车沿轨道匀速行进，检定车上的流速仪采集数据。

2.根据权利要求1所述的声学多普勒剖面流速仪的检测方法，其特征在于：所述持续产生气泡的时间与等待时间呈正比。

3.根据权利要求2所述的声学多普勒剖面流速仪的检测方法，其特征在于：所述持续产生气泡的时间为5秒～300秒。

4.根据权利要求2所述的声学多普勒剖面流速仪的检测方法，其特征在于：所述持续产生气泡的时间为30秒～180秒。

5.根据权利要求3所述的声学多普勒剖面流速仪的检测方法，其特征在于：所述等待时间为3分钟～19小时。

6.根据权利要求4所述的声学多普勒剖面流速仪的检测方法，其特征在于：所述等待时间为15分钟～11小时。

7.根据权利要求1所述的声学多普勒剖面流速仪的检测方法，其特征在于：所述水池为静水槽。

8.根据权利要求1所述的声学多普勒剖面流速仪的检测方法，其特征在于：所述微纳米气泡曝气头均匀布设。