CN108627671A - 非接触式水面波测速装置和测速方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非接触式水面波测速装置和测速方法，通过测速装置实现第一步，发射微波信号；第二步，检测回波频移大小；第三步，利用多普勒测量原理处理测量水面流速。本发明通过多普勒效应测量河流的水位、流速、流量等数据，通常安装在桥梁下或专门支架上，不需与水流直接接触，不受河流漂流物和泥沙等自然条件的影响，测量的流速等技术指标精度高，可连续不间断测量，为计算流量提供了基础数量。由于是非接触式测流，所以提高了水文职工测流时的安全保障及工作条件。

Description

非接触式水面波测速装置和测速方法

技术领域

本发明属于水文水资源监测技术领域，具体涉及一种非接触式水面波测速方法。

背景技术

现在水利工程中通常使用的是接触式测流设备，这些设备必须要与水流直接接触，通常安装在水下或船舶上，受河流内漂流物和泥沙的影响非常大，而且数据采集的间隔较长，实时性较差。设备需要人工操作，有一定的危险性。相较于现有的接触式流速仪及各种多普勒声学、超声波式测流技术与设备，非接触式雷达测流方式便于随时维护，基本不受污水腐蚀，不受泥沙影响，保障人员安全。不仅可用于平时环境监测，而且特别适合承担急难险重观测任务。

本发明通过雷达和天线技术自动、实时测量江、河、湖泊的流速水文数据，为水文水资源监控提供专业、准确的数据。特别适用于山区性河流、天然河道等洪水流量、水位自动测量，解决山区或危险河道的洪水过境监测要求以及突发山区洪水应急监测。

发明内容

为克服现有技术中存在的接触是测量设备中存在的技术问题，本发明通过多普勒效应测量河流的水位、流速、流量等数据，通常安装在桥梁下或专门支架上，不需与水流直接接触，不受河流漂流物和泥沙等自然条件的影响，测量的流速等技术指标精度高，可连续不间断测量，为计算流量提供了基础数量。由于是非接触式测流，所以提高了水文职工测流时的安全保障及工作条件。

基于此，本发明提供一种非接触式水面波测速装置，其包括天线、测速仪和电源，所述测速仪中设置有通讯与控制系统，所述通讯与控制系统产生信号，发送给天线，通过天线向水面发射微波，微波被反射，反馈给天线，所述通讯与控制系统接收反馈信号，通过所述通讯与控制系统内部的处理电路解算水面流速。

本发明还提供采用上述非接触式水面波测速装置进行水面波测速方法，其包括：

第一步，通过测速仪的天线向水面发射微波；

第二步，当遇到水面上的波浪/漂浮物时，微波将被吸收和反射，反射部分被测速仪的天线接收，测速仪检测被水面反射回来的回波的频移大小；

第三步，通过处理电路解算显示出水面流速。

本发明是基于多普勒效应实现非接触式水面波测速，在实际应用中，发射和接收微波的方向不能保持与水流方向一致，测速仪发射方向与水平面存在一个垂直夹角(或称为俯角)。根据多普勒测量原理，测速仪测量流速的结果是其与被测物体构成的直线方向的速度，而水流的真实速度是水平方向的，两者之间存在余弦换算关系。根据公理V＝(Fd*c)/(2FaCOSα)，其中，Fd表示多普勒频移，Fa表示测速仪发射微波频率，C为雷达测速仪发射电磁波的传播速度，α为测速仪与水平面的夹角。

有益的技术效果

与现有技术相比，本发明专利主要有以下优势：

本申请将成熟的雷达技术运用在水文测量领域流速的测量，测量数量准确，精度高，设备适用范围广；

本申请为非接触式测量，不受河流漂流物和泥沙等自然条件的影响，可以全天候自动测量，测量过程安全、可靠；

本申请测量间隔短，能实现实时测量，为应急处置大流量洪水或山洪暴发提供及时、准确的数据；

本申请能实现全自动测量，提升了水文监测的信息化水平；

本申请改善了水文测量职工的工作条件，提高了测量工作的安全性。

附图说明

图1本发明提供的非接触式水面波测速装置的工作流程。

具体实施方式

本发明提供一种非接触式水面波测速装置，其包括天线、测速仪和电源，所述测速仪中设置有处理器，设有通讯与控制系统，所述通讯与控制系统产生信号，发送给天线，通过天线向水面发射微波，微波被反射，反馈给天线，所述通讯与控制系统接收反馈信号，通过所述通讯与处理器的处理电路解算水面流速。

本发明还提供采用上述非接触式水面波测速装置进行水面波测速方法，其包括：

第一步，通过测速仪的天线向水面发射微波；

第二步，当遇到水面上的波浪/漂浮物时，微波将被吸收和反射，反射部分被测速仪的天线接收，测速仪检测被水面反射回来的回波的频移大小；

第三步，通过处理电路解算显示出水面流速。

本发明是基于多普勒效应实现非接触式水面波测速，在实际应用中，发射和接收微波的方向不能保持与水流方向一致，测速仪发射方向与水平面存在一个垂直夹角(或称为俯角)。根据多普勒测量原理，测速仪测量流速的结果是其与被测物体构成的直线方向的速度，而水流的真实速度是水平方向的，两者之间存在余弦换算关系。根据公理V＝(Fd*c)/(2FaCOSα)，其中，Fd表示多普勒频移，Fa表示测速仪发射微波频率，C为雷达测速仪发射电磁波的传播速度，α为测速仪与水平面的夹角。

在本发明中，信号产生线性调频信号，信号接收与回波信号进行差频并进行采样，信号处理从多普勒推算速度，通信与控制系统接收外部控制信号设置设备工作参数，并将测试数据输出。

以下采用实施例和附图来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

如图1所示，本发明提供的非接触式水面波测速装置的通讯与控制系统产生信号，发送给天线，通过天线向水面发射微波，微波被反射，反馈给天线，所述通讯与控制系统接收反馈信号，通过所述通讯与处理器的处理电路解算水面流速。

所有上述的首要实施这一知识产权，并没有设定限制其他形式的实施这种新产品和/或新方法。本领域技术人员将利用这一重要信息，上述内容修改，以实现类似的执行情况。但是，所有修改或改造基于本发明新产品属于保留的权利。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种非接触式水面波测速装置，其特征在于，包括：天线、测速仪和电源，所述测速仪中设置有通讯与控制系统，所述通讯与控制系统产生信号，发送给天线，通过天线向水面发射微波，微波被反射，反馈给天线，所述通讯与控制系统接收反馈信号，通过所述通讯与控制系统内部的处理电路解算水面流速。

2.采用权利要求1所述非接触式水面波测速装置进行水面波测速方法，其特征在于，包括：

第一步，发射微波信号；

第二步，检测回波频移大小；

第三步，处理测量水面流速。

3.如权利要求2所述的水面波测速方法，其特征在于：所述第一步进一步具体为控制装置控制微波发生装置产生微波信号，通过测速装置的发射天线向水面发射微波。

4.如权利要求2所述的水面波测速方法，其特征在于：所述第二步进一步具体为当遇到水面上的波浪/漂浮物时，微波将被吸收和反射，反射部分被测速装置的接收天线接收，测速装置检测被水面反射回来的回波的频移大小。

5.如权利要求2至4所述的水面波测速方法，其特征在于：所述第三步进一步具体为所述信号处理部件通过处理电路解算显示出水面流速。

6.如权利要求2至5所述的水面波测速方法，其特征在于：解算水面流速的公式为V＝(Fd*c)/(2FaCOSα)，Fd表示多普勒频移，Fa表示测速仪发射微波频率，C为雷达测速仪发射电磁波的传播速度，α为测速仪与水平面的夹角。

7.权利要求1所述的非接触式水面波测速装置在水纹测量领域中的应用。