CN111044117A - 一种小型明渠任意水位流速检测装置 - Google Patents

一种小型明渠任意水位流速检测装置 Download PDF

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马娟娟
周义仁
李治勤
刘小靖
张雪兰
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    • G—PHYSICS
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Abstract

一种小型明渠任意水位流速检测装置，所述装置是由竖直的纵向电子水尺和横向的金属板构成十字型整体框架结构；所述电子水尺的一侧设置有一竖排探针，另一侧固定有一丝杆Ⅱ及其步进电机Ⅰ延伸于水面，所述丝杆Ⅱ的中间位置设置有一横向金属板，并在所述横向金属板上通过固定键固定连接有一丝杆Ⅰ及其端头的步进电机Ⅱ，中间位置设置有一流速仪，构成任意水位流速检测装置，本装置结构简单，安装方便，测流精度高，尤其适用小型明用渠道任意水位流速检测。

Description

一种小型明渠任意水位流速检测装置
技术领域
本发明涉及一种明渠水位测流装置，尤其是一种用于标准小型明渠水位流速的流速检测装置。
背景技术
ADCP多普勒流速仪，是近年来国际上最常用的测量流速的仪器，测量水体流速、流量的原理是利用水体中大量存在的微生物与悬浮物作为声波反射的介质，当水体与测量仪器相对运动的时候，经由水体中悬浮物反射的探测声波会因多普勒效应而产生一个多普勒频偏，该多普勒频偏反映了水底、水体与测量仪器的相对速度，接收装置只要接收到探测声波的回波，对其做一定的处理，得到其中的多普勒分量，进而计算出水体、水底相对于测量仪器的速度，最后便可计算出流速信息，一般ADCP在一些大江大河中测流确实能够发挥到作用，但这并不适合中国的灌区明渠现状，因为灌区明渠均属于小型标准渠道，没有必要装载ADCP，而且ADCP是结合高科技才能发挥的更好，虽然具有高效性和准确性，但是价格昂贵。
电波流速仪，由探测器、数据测量系统、电源等共同组成，工作原理是利用探测器向水面发射电磁波，并对水面反射回来的电磁波进行接收，根据多普勒效应可知，发射出的电磁波和反射回来的电磁波二者频率存在一定的差，然后通过公式
Figure RE-834539DEST_PATH_IMAGE001
计算出水面流速，式中V表示水面流速，
Figure RE-332516DEST_PATH_IMAGE002
表示电磁波发射频率，
Figure RE-RE-DEST_PATH_IMAGE003
表示回波的多普勒频率，C表示电磁波在空气中的传播速度，
Figure RE-166480DEST_PATH_IMAGE004
表示电磁波与水流之间的夹角，其限制条件是流速测量范围要保持在0.5-15m/s，且外界气温最高不能超过45度，最低气温不能低于0度，主要适用于大洪水的水面流速测量，并且要避免在暴雨天使用，防止暴雨影响电磁波的反射，从而降低测流精度。
发明内容
本发明要解决的具体技术问题是通过电子水尺和流速仪直接测出渠道流量，并提供一种小型明用渠道任意水位流速检测装置。
本发明采用如下技术方案用以实现本发明的目的。
一种小型明渠任意水位流速检测装置，包括步进电机、电子水尺、丝杆、金属板、固定键和流速仪；其特征在于：
所述水位流速检测装置是由竖直的纵向电子水尺和横向的金属板构成十字型整体框架结构；所述电子水尺的一侧设置有一竖排探针，另一侧固定有一丝杆Ⅱ及其步进电机Ⅰ延伸于水面，所述丝杆Ⅱ的中间位置设置有一横向金属板，并在所述横向金属板上通过固定键固定连接有一丝杆Ⅰ及其端头的步进电机Ⅱ，中间位置设置有一流速仪，构成任意水位流速检测装置。
所述水位流速检测装置的水位流速检测方法是将电子水尺竖直置入水中测量水位，一端延伸出水面，并根据水位调节横向金属板使其淹没水中，接通电源，电子水尺测定水位值；将流速仪伸入水中测量某一断面的平均流速，选用便携式多普勒流速仪，利用时差法，采集瞬时流速信息，具体公式为：
Figure RE-117118DEST_PATH_IMAGE005
D---两个探头间的垂直距离；M---声束在水中的直线传播次数；θ--声束与水流方向的夹角；
Figure RE-530782DEST_PATH_IMAGE006
--声束在水流正方向的传播时间；
Figure RE-883266DEST_PATH_IMAGE007
--声束在水流逆方向的传播时间；测得流速和液位，即可利用公式
Figure RE-356973DEST_PATH_IMAGE008
算出渠道的流量。
实施上述技术方案实现了在不移动测流装置的前提下，能够测量一小型渠道不同水深处的流量以及测量同一横断面不同宽度处的流量，而且本发明所用材料价格便宜，设计结构简单，安装方便，并且横向杆状结构，对水流阻力较小，进一步提高了测量精度，尤其适用小型明用渠道任意水位流速检测。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明装置的运行过程示意图。
图中：1-步进电机Ⅰ；2-电子水尺；3-丝杆Ⅰ； 4-固定键；5-探针；6-丝杆Ⅱ；7-流速仪；8-步进电机Ⅱ；9-金属板。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作出进一步的详细说明。
如附图1和附图2所述，实施一种小型明渠任意水位流速检测装置，该装置包括步进电机Ⅰ1、电子水尺2、丝杆Ⅰ3、固定键4、探针5、丝杆Ⅱ6、流速仪7、步进电机Ⅱ8以及金属板9、其中，该水位流速检测装置是由竖直的纵向电子水尺2和横向的金属板9构成十字型整体框架结构；该电子水尺2的一侧设置有一竖排探针5，另一侧固定有一丝杆Ⅱ6及其步进电机Ⅰ1延伸于水面，所述丝杆Ⅱ6的中间位置设置有一横向金属板9，并在所述横向金属板9上通过固定键4固定连接有一丝杆Ⅰ3及其端头的步进电机Ⅱ8，中间位置设置有一流速仪7，构成任意水位流速检测装置。
用该装置测量渠道流量时，先将电子水尺2竖直置入水中测量水位，一端延伸出水面，并根据水位调节横向金属板9使其淹没水中，接通电源，通过传感器测定水位值；用遥控器控制步进电机Ⅰ使得横向金属板上下移动到某个深度的同时，利用步进电机Ⅱ使横向金属板上的流速仪左右滑动到某个断面位置，来测量某一断面的平均流速，该装置选用便携式多普勒流速仪，原理是时差法，采集瞬时流速信息，具体公式为：
Figure RE-794907DEST_PATH_IMAGE009
式中：D---两个探头间的垂直距离；M---声束在水中的直线传播次数；θ--声束与水流方向的夹角；
Figure RE-746683DEST_PATH_IMAGE006
--声束在水流正方向的传播时间；
Figure RE-750411DEST_PATH_IMAGE007
--声束在水流逆方向的传播时间；测出流速和液位以后，即可利用公式
Figure RE-863860DEST_PATH_IMAGE008
算出渠道的流量。
实施例1
实施一种基于水位流速法的小型渠道任意水位流速检测装置，工作按下列步骤进行：
（1）该装置包括电子水尺、两个步进电机、两根丝杆、一个流速仪，将电子水尺竖直放入水中，一端延伸出水面，电子水尺的邻侧面固定一根丝杆，杆的上端装有一个步进电机，这根纵向丝杆上有一个横向金属板，板上同样固定一根丝杆，丝杆的一端也装有一个步进电机，同时这根横向丝杆上还有一个流速仪，两个步进电机将带动横向金属板上下移动以及流速仪左右移动。
（2）该装置放置在渠道中以后，根据水位来调节横向金属板使其淹没水中，一切准备就绪后，接通电源。
（3）用遥控器控制步进电机，将流速仪调到自己想要的位置，从而达到小型渠道任意水位流速的检测目的。
该装置的测流原理是电子水尺测量水位，流速仪需要伸入水中来测量某一断面的平均流速，本次为了方便，选用便携式多普勒流速仪，利用时差法，可以采集瞬时流速信息，时差法，顾名思义是利用时间差来计算流速，具体公式如下：
Figure RE-320250DEST_PATH_IMAGE010
式中：D---两个探头间的垂直距离；M---声束在水中的直线传播次数；θ--声束与水流方向的夹角；
Figure RE-544558DEST_PATH_IMAGE006
--声束在水流正方向的传播时间；
Figure RE-137213DEST_PATH_IMAGE007
--声束在水流逆方向的传播时间；测得流速、液位，即可利用公式
Figure RE-421564DEST_PATH_IMAGE008
算出渠道的流量，从而达到任意水位流速检测的目的。

Claims (2)

1.一种小型明渠任意水位流速检测装置，包括步进电机、电子水尺、丝杆、金属板、固定键和流速仪；其特征在于：
所述水位流速检测装置是由竖直的纵向电子水尺（2）和横向的金属板（9）构成十字型整体框架结构；所述电子水尺（2）的一侧设置有一竖排探针（5），另一侧固定有一丝杆Ⅱ（6）及其步进电机Ⅰ（1）延伸于水面，所述丝杆Ⅱ（6）的中间位置设置有一横向金属板（9），并在所述横向金属板（9）上通过固定键（4）固定连接有一丝杆Ⅰ（3）及其端头的步进电机Ⅱ（8），中间位置设置有一流速仪（7），构成任意水位流速检测装置。
2.如权利要求1所述的小型明用渠道任意水位流速检测装置，其特征在于：
所述水位流速检测装置的水位流速检测方法是将电子水尺（2）竖直置入水中测量水位，一端延伸出水面，并根据水位调节横向金属板使其淹没水中，接通电源，电子水尺（2）测定水位值；将流速仪伸入水中测量某一断面的平均流速，选用便携式多普勒流速仪，利用时差法，采集瞬时流速信息，具体公式为：
Figure RE-208428DEST_PATH_IMAGE001
D---两个探头间的垂直距离；M---声束在水中的直线传播次数；θ--声束与水流方向的夹角；
Figure RE-383058DEST_PATH_IMAGE002
--声束在水流正方向的传播时间；
Figure RE-718224DEST_PATH_IMAGE003
--声束在水流逆方向的传播时间；测得流速和液位，即可利用公式
Figure RE-978304DEST_PATH_IMAGE004
算出渠道的流量。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113124951A (zh) * 2021-03-30 2021-07-16 太原理工大学 一种横向摆杆式明渠自动测流装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113124951A (zh) * 2021-03-30 2021-07-16 太原理工大学 一种横向摆杆式明渠自动测流装置
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