CN110726441B - 河流流量的高精度检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河流流量的高精度检测设备，其技术方案要点是：包括流速仪，所述流速仪包括检测头，还包括固定安装于河流截面内的基准框，基准框上方设有检测台，检测台下方的基准框内设有浮板一，所述浮板一的宽度与基准框的框内宽度相同，检测台和浮板一间设有连接件，浮板一能根据河流水位沿竖向自适应移动；检测头位于浮板一下方。通过本检测设备，人员能够准确测算河流水的断面面积，检测出的河流流量较为精确；通过设置浮板一、网板、浮板二，可靠地减少了水面波浪，水的表面能处于较为平整的状态，提高河流断面面积测算的准确性；通过设置多个检测头，能对河流截面处各个位置的流速进行全方位的检测，提高河流流速测量的准确性。

Description

河流流量的高精度检测设备

技术领域

本发明涉及一种检测设备，特别涉及河流流量的高精度检测设备。

背景技术

对河流流量的检测能够为下游灌溉、洪水预警提供重要的参考，也能让人员对干旱时的河流水量做出评估，为决定是否采用人工降雨、间歇性供水提供参考。

现有的河流流量检测多使用流量计法，先在测量断面上测算出河流水的断面面积（一般指竖直方向的截面积），在每条垂线处测量水深并设置流速仪，通过流速仪测量一至几个点的流速，平均后得到断面平均流速。河流流量由断面面积和断面平均流速的乘积得到。

现有申请公布号为CN109253765A的中国发明专利申请公开一种河流流量在线监测测量系统，该系统由流量计算系统、测流仪和安装平台组成；流量计算系统安装在监控室内并位于水面上方、用于控制测流仪工作，同时将测流仪测量的数据进行处理和计算，得出流量数据；所述的测流仪安装在安装平台上并位于河流的河道内、用于测量水流的流速流向；安装平台用于安装固定测流仪、且其底部位于河道内。测流仪为声学多普勒测流仪。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：大多数情况下，河流水并不会平稳地流动，河流水的表面会产生起伏不定的波浪，这会导致人员对河流水的断面面积测算不准，最终导致检测出的河流流量不够精确。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种河流流量的高精度检测设备，人员能够准确测算河流水的断面面积，检测出的河流流量较为精确。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种河流流量的高精度检测设备，包括流速仪，所述流速仪包括检测头，还包括固定安装于河流截面内的基准框，所述基准框为矩形框，所述基准框供河流水完全通过；所述基准框上方设有检测台，所述检测台下方的基准框内设有浮板一，所述浮板一的宽度与基准框的框内宽度相同，所述浮板一朝向河流上游的端部设有倾斜向上延伸的导水板一；所述检测台和浮板一间设有连接件，所述连接件限制检测台与浮板一分离，所述浮板一能根据河流水位沿竖向自适应移动；

所述检测台朝向基准框内设有检测杆，所述检测杆穿过浮板一，所述检测头固定于检测杆上，所述检测头位于浮板一下方；所述浮板一朝上设有标示杆，所述标示杆穿至检测台上方，所述检测台设有用于指示标示杆高度的刻度尺。

通过上述技术方案，基准框安装于河流后，基准框的框内宽度即为确定值，人员预先测量好该值并记录。在浮板一的重力及板面限位作用下，与浮板一接触的水的表面能处于较为平整的状态，通过标示杆和刻度尺，浮板一相对于基准框的高度也容易测得。测量时，人员先测量出浮板一底壁与基准框内底壁的距离，即为河流的水位深度，由于基准框为矩形框，则将河流水位乘以基准框的框内宽度，即可得到河流准确的断面面积。再将河流的断面面积乘以检测头测得的河流流速，最终得到河流流量的测量值。本检测设备极大地减少了河流表面的波浪起伏，人员能够准确测算河流水的断面面积，检测出的河流流量较为精确。

优选的，所述连接件为导向杆，所述连接件的底端固定于浮板一顶面，所述连接件的上端穿过检测台，所述检测台设有供连接件穿过的导向套，所述连接件与导向套滑动接触。

通过上述技术方案，通过导向杆与导向套的滑动配合，浮板一能够随水位自适应升降，且能可靠制止浮板一随水流方向产生位移，使浮板一始终位于检测台的正下方。

优选的，所述浮板一朝向河流上游的端部固定有网板，所述网板的网孔直径小于3mm，所述网板的底面与浮板一底面平齐，所述网板能浮于水面上。

通过上述技术方案，网板和水间的空气能经网孔向上排出；网孔的直径较小，当水向上进入网孔时，水的张力作用于网板的网孔，张力能对水直接通过网孔起到一定的限制作用，网板能在很大程度上减少下方的水产生波浪。

优选的，所述网板背离浮板一的端部固定有浮板二，所述浮板二背离网板的端部设有倾斜向上延伸的导水板二。

通过上述技术方案，浮板二用于对水流表面进行初步的整平，初步减少水面的湍流和波浪，导水板二用于将水导向浮板二下方。

优选的，所述导向套包括与检测台固定的螺纹段、固定于螺纹段顶面的多个夹片，所述夹片沿连接件的周向均匀分布，所述夹片背离连接件的表面呈弧形外凸，相邻所述夹片间留有缺口；所述螺纹段外螺纹连接有拧块，当所述拧块向上移动时，所述拧块驱使夹片相互靠近夹紧连接件。

通过上述技术方案，人员转动拧块，使连接件与导向套固定，则浮板一的高度不会随河流水位产生变化。此时刻度尺显示的水位高度为固定值，便于人员读取。在浮板一的限位作用下，河流的少量流量变化转化为流速的变化。在短时间内，此检测方法的流速测量值随时间变动较大。

优选的，所述基准框包括滑动连接的框一和框二，所述框一包括沿竖向延伸的竖板一、沿水平方向延伸的底板一，所述框二包括沿竖向延伸的竖板二、沿水平方向延伸的底板二，所述基准框的框内两侧壁分别位于竖板一和竖板二上；所述底板一上设有滑块，所述底板二上设有供滑块滑动连接的滑槽，所述滑块在滑槽内滑动时所述竖板一、竖板二相互靠近或远离。

通过上述技术方案，人员根据挖好的河流矩形分段的宽度，相对于框一滑动框二，使基准框的宽度恰好能埋入河流内；本检测设备的基准框能适用不同宽度的河流。

优选的，所述底板一的顶面与底板二的顶板平齐，所述滑槽设于底板二的顶面，所述滑槽的槽口呈缩口状，所述滑块无法从滑槽的槽口脱离滑槽。

通过上述技术方案，在将基准框埋入河流前，人员向滑槽内浇筑混凝土形成混凝土层，使混凝土层的顶面与底板一的顶面平齐，此时基准框的内底壁呈现为平整状态。当基准框埋入河流后，河流在基准框内的纵截面形状恰好为矩形，人员能根据河流水位于基准框内的深度，方便地计算出河流位于基准框内的断面面积。

优选的，所述检测杆沿浮板一的宽度方向间隔设置有多根，所述检测头沿检测杆的长度方向间隔设置有至少两个。

通过上述技术方案，多个检测头在横向、竖向组合形成检测面，能对河流截面处各个位置的流速进行全方位的检测，测得的流速进一步取平均值后，最终的测量值能够准确反映河流的流速。

优选的，所述检测杆沿竖直方向滑动设置于检测台上，所述检测杆的侧壁设有沿竖向延伸的齿条，所述检测台上转动设置有与齿条一一对应啮合的齿轮，所有所述齿轮通过同轴固定的转轴固定连接，所述检测台上设有驱使转轴转动的电机。

通过上述技术方案，需要测量流量时，人员控制电机运转，电机通过转轴驱使所有齿轮转动，齿轮驱动所有检测杆同步下降，将检测头插入浮板一下方的河流中进行流速的检测；测量完流速后，人员控制电机反转，将所有检测头抬升至浮板一上方，一方面防止检测头长时间泡水损坏，另一方面防止水中杂物撞击检测头造成损坏。

综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：

1、通过本检测设备，人员能够准确测算河流水的断面面积，检测出的河流流量较为精确；

2、通过设置浮板一、网板、浮板二，可靠地减少了水面波浪，水的表面能处于较为平整的状态，提高河流断面面积测算的准确性；

3、通过设置多个检测头，能对河流截面处各个位置的流速进行全方位的检测，提高河流流速测量的准确性。

附图说明

图1为实施例的河流流量的高精度检测设备的立体图；

图2为实施例的局部图；

图3为实施例的基准框的爆炸图；

图4为本检测设备的使用状态图；

图5为图2的A处放大图。

图中，1、基准框；2、检测台；3、浮板一；4、网板；5、浮板二；11、框一；12、框二；111、竖板一；112、底板一；121、竖板二；122、底板二；113、滑块；123、滑槽；13、混凝土层；31、连接件；21、导向套；211、螺纹段；212、夹片；213、拧块；22、检测杆；6、检测头；221、齿条；23、齿轮；231、转轴；24、电机；32、标示杆；25、刻度尺；30、导水板一；50、导水板二。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1和图2，为本发明公开的一种河流流量的高精度检测设备，包括固定安装于河流截面内的基准框1，基准框1为矩形框，基准框1的顶部敞口，河流的内壁预先施工出截面为矩形的分段，基准框1埋设于河流内，基准框1通过外侧壁、外底壁与河流内壁完全贴合，基准框1供河流水完全通过。基准框1上方设有检测台2，检测台2下方的基准框1内设有浮板一3，浮板一3朝向河流上游的端部固定有网板4，网板4背离浮板一3端部固定有浮板二5。

参照图3和图4，基准框1包括滑动连接的框一11和框二12，框一11包括沿竖向延伸的竖板一111、沿水平方向延伸的底板一112，竖板一111和底板一112呈L形固定；框二12包括沿竖向延伸的竖板二121、沿水平方向延伸的底板二122，竖板二121和底板二122也呈L形固定。底板一112、底板二122的顶面平齐，竖板一111、竖板二121相互正对的板面相互平行，该两板面即基准框1的框内两侧壁。底板一112上设有滑块113，底板二122上设有供滑块113滑动连接的滑槽123，滑块113、滑槽123的长度方向均沿基准框1的宽度方向，框一11、框二12通过滑块113、滑槽123建立滑动连接。滑块113的顶面与底板一112的顶面平齐，滑槽123设于底板二122的顶面，滑槽123向竖板一111方向贯穿底板二122，滑块113通过滑槽123的端部插入滑槽123。滑槽123的槽口呈缩口状形成燕尾槽，滑块113的形状与滑槽123对应，滑块113无法从滑槽123的槽口脱离滑槽123。当滑块113在滑槽123内滑动时，竖板一111、竖板二121相互靠近或远离，即基准框1的框内两侧壁的间距产生改变。

基准框1的安装方法如下：人员根据挖好的河流矩形分段的宽度，相对于框一11滑动框二12，使基准框1的宽度恰好能埋入河流内。在将基准框1埋入河流前，人员向滑槽123内浇筑混凝土形成混凝土层13，使混凝土层13的顶面与底板一112的顶面平齐，此时基准框1的内底壁呈现为平整状态。当基准框1埋入河流后，河流在基准框1内的纵截面形状恰好为矩形，人员能根据河流水位于基准框1内的深度，方便地计算出河流位于基准框1内的断面面积。基准框1埋入河流后，人员还需在基准框1外壁与河流内壁间填补砂石，使河流的水完全通过基准框1内部流通。

参照图2和图5，检测台2和浮板一3间设有连接件31，连接件31用于限制检测台2与浮板一3分离，河流内通水后，浮板一3根据河流水位沿竖向自适应移动。连接件31沿浮板一3的板面方向设有多个，本实施例的连接件31具体为导向杆，导向杆的长度方向沿竖直方向；连接件31的底端固定于浮板一3的顶面，连接件31的上端穿过检测台2，检测台2固定有供连接件31穿过的导向套21，导向杆通过外壁与导向套21内壁滑动接触。

导向套21包括与检测台2固定的螺纹段211、固定于螺纹段211顶面的多个夹片212，夹片212沿连接件31的周向均匀分布，夹片212具有弹性，夹片212背离连接件31的表面呈弧形外凸，相邻夹片212间留有缺口。螺纹段211外螺纹连接有拧块213，人员能通过拧动拧块213使拧块213在竖直方向产生移动，当拧块213向上移动后，拧块213通过孔口边缘抵接夹片212，进而驱使夹片212相互靠近夹紧连接件31，此时连接件31无法在导向套21内滑动，浮板一3的高度不会随河流液位产生变化。向下拧动拧块213即可解除对连接件31的锁定。

参照图1和图4，检测台2上沿竖直方向滑动设置有多根检测杆22，检测杆22沿浮板一3的宽度方向间隔排列。检测杆22的长度方向均沿竖直方向，检测杆22的上端位于检测台2上方，检测杆22的下端向下延伸至浮板一3下方。本检测设备还包括流速仪（图中未示出），流速仪包括检测头6。检测杆22外壁沿竖直方向间隔设置有至少两个检测头6，浮板一3上设有供检测杆22及检测头6穿过的孔。

市面上存在自带多个检测头6的流速仪，本实施例选择该类流速仪进行使用，该类流速仪一般具有将测得的流速取平均值的功能，在此不做赘述。流速仪也可为计算机，将检测头6的信号线接至计算机，计算机通过专门的软件计算所有检测头6平均后的流速。多个检测头6在横向、竖向组合形成检测面，能对河流截面处各个位置的流速进行全方位的检测，测得的流速进一步取平均值后，最终的测量值能够准确反映河流的流速。

检测杆22的侧壁设有沿竖向延伸的齿条221，检测台2上转动设置有与齿条221一一对应啮合的齿轮23，所有齿轮23通过同轴固定的转轴231固定连接，检测台2上设有驱使转轴231转动的电机24，电机24可正反转。需要测量流量时，人员控制电机24运转，电机24通过转轴231驱使所有齿轮23转动，齿轮23驱动所有检测杆22同步下降，将检测头6插入浮板一3下方的河流中进行流速的检测；测量完流速后，人员控制电机24反转，将所有检测头6抬升至浮板一3上方，一方面防止检测头6长时间泡水损坏，另一方面防止水中杂物撞击检测头6造成损坏。

参照图1和图2，浮板一3的顶面固定有标示杆32，标示杆32竖直向上穿至检测台2上方，检测台2设有用于指示标示杆32高度的刻度尺25。当河流水位升高后，浮板一3向上移动，标示杆32指示于刻度尺25的高度位置也向上移动；由于基准框1、检测台2、浮板一3、标示杆32的高度均为固定值，则河流水位与标示杆32相对于刻度尺25的高度位置存在一一对应关系，人员预先通过测量，在刻度尺25上标好水位值，使测量者能直接通过刻度尺25上的实数读出基准框1内的河流水位。

浮板一3、网板4、浮板二5均由轻质的塑料制成，三者均浮于水面，浮板一3、网板4、浮板二5的宽度均与基准框1的框内宽度相同，其中浮板一3朝向河流上游的端部设有倾斜向上延伸的导水板一30，浮板二5背离网板4的端部设有倾斜向上延伸的导水板二50。浮板一3、网板4、浮板二5的底面相互平齐。

浮板一3、网板4、浮板二5均随河流水位自适应升降，导水板一30用于导向水进入浮板一3下方，减少水溅于浮板一3上方的可能性，确保河流的水完全位于浮板一3与基准框1之间。网板4的网孔直径小于3mm，网板4和水间的空气能经网孔向上排出，水的张力作用于网板4的网孔，网板4能在很大程度上减少下方的水产生波浪。浮板二5用于对水流表面进行初步的整平，初步减少水面的湍流和波浪，导水板二50用于将水导向浮板二5下方。当河流水依次经浮板二5、网板4至浮板一3下方时，在浮板一3的重力及板面限位作用下，水的表面能处于较为平整的状态，水的表面与浮板一3的底面充分接触，此时河流水位于该处的断面接近完美的矩形。

本检测设备的检测方法如下：基准框1安装于河流后，基准框1的框内宽度即为确定值，人员预先测量好该值并记录。由于基准框1为矩形框，则将刻度尺25处读出的河流水位乘以基准框1的框内宽度，即可得到河流准确的断面面积。再将河流的断面面积乘以检测头6测得的河流平均流速，最终得到河流流量的测量值。河流在流水过程中，受少量的流量变化，浮板一3不可避免地会产生小幅度升降，人员可将读出的刻度尺25示数取中间值，以克服测得的水位误差，进一步提高流量测量的准确性。在短时间内，此检测方法的流速测量值趋向于稳定。

另一种检测方法为：人员转动拧块213，使连接件31与导向套21固定，则浮板一3的高度不会随河流水位产生变化。此时刻度尺25显示的水位高度为固定值，便于人员读取。在浮板一3的限位作用下，河流的少量流量变化转化为流速的变化。在短时间内，此检测方法的流速测量值随时间变动较大。

由于流量为瞬时量，测得的流速值、河流水位值也为瞬时量，则上述两种方法均能准确测量出河流的流量，实际操作时可综合情况自行选择。综上，本检测设备极大地减少了河流表面的波浪起伏，人员能够准确测算河流水的断面面积，检测出的河流流量较为精确。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种河流流量的高精度检测设备，包括流速仪，所述流速仪包括检测头(6)，其特征是：还包括固定安装于河流截面内的基准框(1)，所述基准框(1)为矩形框，所述基准框(1)供河流水完全通过；所述基准框(1)上方设有检测台(2)，所述检测台(2)下方的基准框(1)内设有浮板一(3)，所述浮板一(3)的宽度与基准框(1)的框内宽度相同，所述浮板一(3)朝向河流上游的端部设有倾斜向上延伸的导水板一(30)；所述检测台(2)和浮板一(3)间设有连接件(31)，所述连接件(31)限制检测台(2)与浮板一(3)分离，所述浮板一(3)能根据河流水位沿竖向自适应移动；

所述检测台(2)朝向基准框(1)内设有检测杆(22)，所述检测杆(22)穿过浮板一(3)，所述检测头(6)固定于检测杆(22)上，所述检测头(6)位于浮板一(3)下方；所述浮板一(3)朝上设有标示杆(32)，所述标示杆(32)穿至检测台(2)上方，所述检测台(2)设有用于指示标示杆(32)高度的刻度尺(25)；

所述连接件(31)为导向杆，所述连接件(31)的底端固定于浮板一(3)顶面，所述连接件(31)的上端穿过检测台(2)，所述检测台(2)设有供连接件(31)穿过的导向套(21)，所述连接件(31)与导向套(21)滑动接触；

所述导向套(21)包括与检测台(2)固定的螺纹段(211)、固定于螺纹段(211)顶面的多个夹片(212)，所述夹片(212)沿连接件(31)的周向均匀分布，所述夹片(212)背离连接件(31)的表面呈弧形外凸，相邻所述夹片(212)间留有缺口；所述螺纹段(211)外螺纹连接有拧块(213)，当所述拧块(213)向上移动时，所述拧块(213)驱使夹片(212)相互靠近夹紧连接件(31)。

2.根据权利要求1所述的河流流量的高精度检测设备，其特征是：所述浮板一(3)朝向河流上游的端部固定有网板(4)，所述网板(4)的网孔直径小于3mm，所述网板(4)的底面与浮板一(3)底面平齐，所述网板(4)能浮于水面上。

3.根据权利要求2所述的河流流量的高精度检测设备，其特征是：所述网板(4)背离浮板一(3)的端部固定有浮板二(5)，所述浮板二(5)背离网板(4)的端部设有倾斜向上延伸的导水板二(50)。

4.根据权利要求1所述的河流流量的高精度检测设备，其特征是：所述基准框(1)包括滑动连接的框一(11)和框二(12)，所述框一(11)包括沿竖向延伸的竖板一(111)、沿水平方向延伸的底板一(112)，所述框二(12)包括沿竖向延伸的竖板二(121)、沿水平方向延伸的底板二(122)，所述基准框(1)的框内两侧壁分别位于竖板一(111)和竖板二(121)上；所述底板一(112)上设有滑块(113)，所述底板二(122)上设有供滑块(113)滑动连接的滑槽(123)，所述滑块(113)在滑槽(123)内滑动时所述竖板一(111)、竖板二(121)相互靠近或远离。

5.根据权利要求4所述的河流流量的高精度检测设备，其特征是：所述底板一(112)的顶面与底板二(122)的顶板平齐，所述滑槽(123)设于底板二(122)的顶面，所述滑槽(123)的槽口呈缩口状，所述滑块(113)无法从滑槽(123)的槽口脱离滑槽(123)。

6.根据权利要求1所述的河流流量的高精度检测设备，其特征是：所述检测杆(22)沿浮板一(3)的宽度方向间隔设置有多根，所述检测头(6)沿检测杆(22)的长度方向间隔设置有至少两个。

7.根据权利要求6所述的河流流量的高精度检测设备，其特征是：所述检测杆(22)沿竖直方向滑动设置于检测台(2)上，所述检测杆(22)的侧壁设有沿竖向延伸的齿条(221)，所述检测台(2)上转动设置有与齿条(221)一一对应啮合的齿轮(23)，所有所述齿轮(23)通过同轴固定的转轴(231)固定连接，所述检测台(2)上设有驱使转轴(231)转动的电机(24)。

Images