CN112730878A - 一种自调节式流速测量仪及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水利工程设备及机械结构领域，具体涉及一种自调节式流速测量仪及测量方法。包括测流构件、上座板、浮体、伸缩杆、下底板、刻度长板、红外摄像头、锚固杆；伸缩杆连接着上座板和下底板，浮体提供浮力带动上座板随水位一起浮动；测流构件可调节，测流旋桨位置固定时测量水面下定距离位置的流速，当水位不变时调节测流旋桨的位置可以测量不同水深的流速；红外摄像头用于读取流速和水位，在夜间也能正常工作；锚固杆用于增加仪器在水中的稳定性。该流速测量仪测量方便投入人力低，部件用螺栓连接可拆卸方便携带，并且应对不同测流情况可以更换适应的构件。

Description

一种自调节式流速测量仪及测量方法

技术领域

本发明属于水利工程设备及机械结构领域，具体涉及一种自调节式流速测量仪及测量方法。

背景技术

近年来，由于国家对水利事业的大力支持和水利行业的快速发展，针对明渠流量测量的技术也在迅猛的发展。

在我国，明渠测流装置起步较晚，近年来，随着科技的进步和水利行业的快速发展，河流断面已逐渐由自动化测流代替以往的人工测流方式，市场上出现了多种自动化断面流量测量设备，通过测量方式可以分为探入式自动测量设备和非探入式自动测量设备。非探入断面流量测量设备采用雷达波方式进行表面流场测量，应用于河道断面变化不大或无淤积的标准河道测量。探入式测量形式主要采用缆道或测桥横跨河道断面的方式，通过下放采集设备探入水中进行接触式测量，由于我国独特的地理自然环境，河道地形复杂多变，现如今市场上主要以探入式测量中的缆道和测桥方式测量断面流量为主要方式。

目前，无论是缆道测量还是测桥测量河道断面流量，均要求测量出断面各个垂线的精确水深，利用水深测算测流点进行流速测量，从而计算垂线平均流速。因此，精确计量垂线水深是关键。现有探入式测量设备由于水流冲击导致的车体倾斜以及承重线缆偏角问题会导致水深测量精度偏低，从而导致流量测算精度不高，而且流速越大，误差越大。综上所述，现在渠道以及河道中心测流不便以及测流工作量大劳动强度大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自调节式流速测量仪及测量方法，提供一种可随水位自动升降的简便测流结构，可测量渠道以及河道内水位变化时水面下定水深流速的变化情况，实现自调节测流速的同时也能观测水位的变化。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种自调节式流速测量仪，包括：定位台和安装在定位台上的测流构件；

所述测流构件包括激光发射器，测流旋浆和安装在测流旋浆上的激光接收器，所述测流旋浆在水下的位置远程可调；

所述定位台使得测流构件能随水位自动升降，且能够测量水面下定距离位置的流速。

进一步的，所述定位台包括上座板，下底板，伸缩杆和浮体；

所述上座板和下底板之间设有伸缩杆，所述浮体设置在上座板的外周，在伸缩杆和浮体的共同作用下，使得测流构件能随水位自动升降，且能够测量水面下定距离位置的流速。

进一步的，所述上座板包括上板和下板，上板和下板之间通过粗调平螺丝连接，上板上设有水平校准气泡，上板的四周周边均布有多个细调平螺丝；所述上板和下板上均设有通孔，所述激光发射器设置在上板下表面，所述浮体设置在上座板下板的外周。

进一步的，所述测流构件还包括流速显示屏和可调节式测流杆；所述测流旋浆包括桨叶和转动杆，所述激光接收器设置在转动杆上；所述流速显示屏与激光发射器电连接，且设置在上板上部。

进一步的，所述测流杆包括电动机，传动皮带，齿轮式滑轨和滑动齿轮；

所述电动机设置在下板上方，所述齿轮式滑轨包括相对的两个板和设置在板上的两列齿轮，齿轮式滑轨的齿轮与滑动齿轮啮合；滑动齿轮通过轴承与测流旋桨的转动杆连接；齿轮式滑轨可以拆卸，工作前可依据不同测流情况的需求，更换不同长度的齿轮式滑轨；

电动机由遥控操控启闭，电动机通过传动皮带带动齿轮式滑轨中两侧齿轮转动，两侧齿轮通过传动作用再带动滑动齿轮上下移动，从而实现测流旋浆位置的上下调节。

进一步的，电动机上装有定时装置，用于控制测流旋桨上升下降的距离，每一次开启电动机，测流旋桨下降或上升的距离为0.3m，达到0.3时定时装置会自动断电电动机停止转动；电动机每开启一次测流旋桨上升或下降的距离可在测流前通过定时器来进行调节。

进一步的，所述伸缩杆为多段式的，在前一级的伸缩杆末端布置一段橡胶圈来增加伸缩杆的伸缩阻力；

所述浮体为球体结构，用螺栓连接在上座板，为上座板提供浮力，使其能随水位上下浮动，浮体采用加强塑料作外壳，内部填充泡沫，浮体的大小通过试验确定，浮体被淹没一半时，构件正好在水中保持平衡。

进一步的，所述上板通过连接杆可拆卸连接有红外摄像头，红外摄像头由蓄电池独立供电；

所述上板通过连杆可拆卸连接有方形套杆，所述下底板通过连接杆可拆卸连接有刻度长板，所述方形套杆套设在刻度长板上。

进一步的，还包括锚固装置，所述锚固装置包括两部分，一部分是可拆卸连接于上座板下板的锚固瞄准圈，另一部分是位于下底板上套筒内的锚固叉杆，运行时用杆子通过锚固瞄准圈将套筒内的锚固叉杆推入渠底或河底。

一种采用上述的测量仪进行流速测量的方法，包括如下步骤：

步骤(1)：测流工作前根据测量位置的水深，调节测流旋桨的高度以及上座板的工作高度，安放测流构件，固定红外摄像头和浮体；

步骤(2)：将整个测量仪放到想要测量的位置，运行时下底板沉至渠道或河道底部，用杆子将锚固叉杆推入渠底或河底的土中进行锚固，通过粗调平螺丝和细调平螺丝对上座板进行调平；

步骤(3)：构件开始运行时浮体淹没一半，产生的浮力刚好维持上座板浮在水面上；当水位上升时，浮体淹没体积加大，产生的浮力变大，伸缩杆由于橡胶圈的缓冲阻力开始缓慢伸展，上座板开始上浮，当到达想要测量位置时，通过红外摄像头读取流速显示屏的流速以及刻度长板上的水位并记录；

步骤(4)：当想改变测量深度时，可以远程操控电动机的开启，测流旋桨移动，测流旋桨升降范围为齿轮式滑轨的长度。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

1.结构简单、操作简便，构件大部分都是用螺栓连接方便拆卸携带，并且在应对不同测流需求时可以更换测流杆、伸缩杆、刻度长板等构件来达到不同场景的测流需求；

2.测流构件不仅能随水位自动升降测量水面下定距离位置的流速，也可远程调节测流旋桨的位置，相对于传统的测流仪器，测流范围更大，测流水深的调节也更加简便；

3.仪器固定安装于渠道或河道内，解决了渠道以及河道中部测量不便的问题，并且可以随时进行远程测量，仪器安放好后，不需要人在构件附近看护，读数操作也可在岸边完成，省时省力；

4.该测流装置测流方便，而且测量精度高、稳定性好，可以有效避免因流速测量仪发生偏斜而影响流速测量仪精度的问题。

附图说明

图1为本发明的流速测量仪的结构示意图。

图2为本发明的测流构件的结构示意图。

图3为本发明的测流杆结构示意图。

图4为本发明的上座板结构示意图。

图5为本发明的流速测量仪非工作时收缩状态结构示意图。

图6为本发明滑动齿轮与测流旋浆连接示意图。

附图标记说明：

1-测流构件，2-上座板，3-浮体，4-伸缩杆，5-下底板，6-刻度长板，7-方形套环，8-红外摄像头，9-锚固叉杆，10-锚固瞄准圈，11-流速显示屏，12-激光发射器，13-测流杆，14-测流旋浆，15-电动机，16-传动皮带，17-齿轮式滑轨，18-滑动齿轮，19-激光接收器，20-粗调平螺丝，21-细调平螺丝，22-水平校准气泡，23-轴承，24-桨叶，25-转动杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步说明。

如图1至图6所示，本实施例的自调节流速测量仪，包括：

测流构件1，上座板2，浮体3，伸缩杆4，下底板5，刻度长板6，方形套环7，红外摄像头8，锚固叉杆9，锚固瞄准圈10，流速显示屏11，激光发射器12，可调节式测流杆13，测流旋桨14，电动机15，传动皮带16，齿轮式滑轨17，滑动齿轮18，激光接收器19，粗调平螺丝20，细调平螺丝21，水平校准气泡22，轴承23，桨叶24，转动杆25。

上述的测流构件1包括流速显示屏11，激光发射器12，可调节式测流杆13，测流旋桨14；

上述的流速显式屏11作用是显示所测量位置的流速数据。

上述的激光发射器12作用是计算测量位置的测流旋桨14的转速，并将转速转换成流速传递给流速显示屏11；激光发射器12持续开启，发射激光信号给测流旋桨14转动杆上固定的激光接收器19，旋桨转动一圈接收器反射一个信号给发射器，测量一段时间内发射器获得反射信号的次数除以时间从而得到测流旋桨14的平均转速，通过转速与流速关系图将转速转换成流速数据传递给流速显示屏11，转速与流速关系图通过实验获得。

上述的可调节式测流杆13包括电动机15，传动皮带16，齿轮式滑轨17，滑动齿轮18；电动机15由遥控操控启闭，通过传动皮带16带动齿轮式滑轨17中两侧齿轮转动，两侧齿轮通过传动作用再带动滑动齿轮18上下移动，滑动齿轮18通过轴承23与测流旋桨14的转动杆固定连接。电动机15上装有定时装置，用于控制测流旋桨14上升下降的距离，每一次开启电动机15测流旋桨14下降或上升的距离为0.3m,达到0.3m时定时装置会自动断电电动机停止转动。电动机15每开启一次测流旋桨14上升或下降的距离可在测流前通过定时器来进行调节。测流杆的材料采用不锈钢。

上述的测流旋桨14包括桨叶24，转动杆25，激光接收器19；水流推动测流旋桨14转动，测流旋桨14带动转动杆25以及激光接收器19一起转动，转动杆的另一端通过轴承23与滑动齿轮18相连。桨叶24以及转动杆25的材料采用不锈钢。

上述的上座板2包括方形套环7，锚固瞄准圈10，粗调平螺丝20，细调平螺丝21，水平气泡22；上座板2分为上下两层由粗调平螺丝20连接。粗调平螺丝20用于上座板的初次调平，细调平螺丝21用于上座板的二次调平，通过粗调平螺丝20与细调平螺丝21的调节使得水平气泡22居中，保证上座板2处于水平状态；方形套环一端与上座板用螺栓连接，另一端套在刻度长板上方便刻度长板的读数，套环顶部对应刻度长板位置的数值就是所要读取的水位；锚固瞄准圈10的作用是方便杆子将下底板5上的锚固叉杆9推入渠底或河底。粗调平螺丝20与细调平螺丝21材料采用加强塑料，上座板2和锚固瞄准圈10材料采用不锈钢。

上述的浮体3为球形结构，通过螺栓固定在上座板下层的下方，浮体3的浮力支撑上座板2随水位上下浮动，浮体3的大小通过实验确定，当水淹没浮体的一半时浮体3提供的浮力与构件的总浮重保持平衡。浮体3材料采用轻型塑料。

上述的伸缩杆4两端分别用螺栓与上座板2和下底板5连接，当上座板2随水位上下浮动时保证上座板2的垂直不因为水流的冲刷而左右晃动。伸缩杆由4段杆件组合而成，4根杆件的直径逐级递减，前一级杆件能收缩至后一级杆件内，前一级杆件的末端增加一段橡胶圈，目的是增加前一级杆件与后一级杆件之间的伸缩阻力，起缓冲作用使上座板2不会因为水位的轻微变化而上下浮动。运行开始时浮力与构件总浮重保持平衡，当水位上升继续淹没浮体3浮力加大，增加的浮力大于伸缩杆的阻力，伸缩杆开始缓慢上升。伸缩杆材料采用不锈钢。

上述的下底板5用于提供重力使整个构件能在水中保持稳定而不被水流冲走。下底板5采用混凝土材料制作而成。

上述刻度长板6用于水位的测量，刻度长板6上标有标准的刻度，当读取流速显示屏11上的流速时，可以从刻度长板上读取出对应的水位，从而可以得到相应位置的流速与水位变化关系。

上述红外摄像头8用于读取流速显示屏11的流速以及刻度长板6上的水位；红外摄像头8由电池独立供电，能在夜间正常工作，可通过手机遥控调整摄像头的位置。

本实施例的自调节流速测量仪的使用方法，包括以下2种情况：

1.测量水面下定距离位置流速随水位的变化情况

(1)测流工作前根据测量位置的水深，调节好测流旋桨14的高度以及上座板2的工作高度，安放好测流构件1固定好红外摄像头8和浮体3。

(2)将整个仪器放到想要测量的位置，运行时下底板5沉至渠道或河道底部，用杆子将锚固叉杆9推入渠底或河底进行锚固，通过粗调平螺丝20和细调平螺丝21对上座板2进行调平。

(3)构件开始运行时浮体3淹没一半，产生的浮力刚好维持上座板2浮在水面上；当水位上升时，浮体3淹没体积加大，产生的浮力变大，伸缩杆4由于橡胶圈的缓冲阻力开始缓慢伸展，上座板开始上浮，当到达想要测量位置时，通过摄像头读取流速显示屏11的流速以及刻度长板6上的水位并记录。

2.水位不变时测量不同水深的流速情况

(1)测流工作前根据测量位置的水深，调节好测流旋桨14的高度以及上座板2的工作高度，安放好测流构件1固定好红外摄像头8和浮体3。

(2)将整个仪器放到想要测量的位置，运行时下底板5沉至渠道或河道底部，用杆子将锚固叉杆9推入渠底或河底的土中进行锚固，通过粗调平螺丝20和细调平螺丝21对上座板2进行调平。

(3)构件运行时，浮体3产生浮力使上座板2漂浮在水面上，伸缩杆4有橡胶圈的缓冲阻力，水位的轻微波动不会使得上座板2上下晃动，能够稳定在水面上；当想改变测量深度时，可以远程操控电动机15的开启，电动机15每次开启测流旋桨14移动的距离为0.3m。测量范围为齿轮式滑轨17的长度，齿轮式滑轨17可以拆卸，工作前可依据不同测流情况的需求，更换不同长度的齿轮式滑轨17。当到达想要测量位置时，通过摄像头读取流速显示屏11的流速以及刻度长板6上的水位并记录。

综上，本发明介绍了一种新型流速测量仪，具有较高的推广应用价值。

Claims (10)

1.一种自调节式流速测量仪，其特征在于，包括定位台和安装在定位台上的测流构件；

所述测流构件包括激光发射器(12)，测流旋浆(14)和安装在测流旋浆(14)上的激光接收器(19)，所述测流旋浆(14)在水下的位置远程可调；

所述定位台使得测流构件能随水位自动升降，且能够测量水面下定距离位置的流速。

2.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于，所述定位台包括上座板(2)，下底板(5)，伸缩杆(4)和浮体(3)；

所述上座板(2)和下底板(5)之间设有伸缩杆(4)，所述浮体(3)设置在上座板(2)的外周，在伸缩杆(4)和浮体(3)的共同作用下，使得测流构件能随水位自动升降，且能够测量水面下定距离位置的流速。

3.根据权利要求2所述的测量仪，其特征在于，所述上座板(2)包括上板和下板，上板和下板之间通过粗调平螺丝(20)连接，上板上设有水平校准气泡(22)，上板的四周周边均布有多个细调平螺丝(21)；所述上板和下板上均设有通孔，所述激光发射器(12)设置在上板下表面且相对下板的中心孔发射激光，所述浮体(3)设置在上座板(2)下板的外周。

4.根据权利要求3所述的测量仪，其特征在于，所述测流构件还包括流速显示屏(11)和可调节式测流杆(13)；所述测流旋浆(14)包括桨叶(24)和转动杆(25)，所述激光接收器(19)设置在转动杆(25)上；所述流速显示屏(11)与激光发射器(12)电连接，且流速显示屏(11)设置在上板上部。

5.根据权利要求4所述的测量仪，其特征在于，所述测流杆(13)包括电动机(15)，传动皮带(16)，齿轮式滑轨(17)和滑动齿轮(18)；

所述电动机(15)设置在下板上方，所述齿轮式滑轨(17)包括相对的两个板和设置在板上的两列齿轮，齿轮式滑轨(17)的齿轮与滑动齿轮(18)啮合；滑动齿轮(18)通过轴承(23)与测流旋桨的转动杆(25)连接；齿轮式滑轨(17)可以拆卸，工作前可依据不同测流情况的需求，更换不同长度的齿轮式滑轨；

电动机(15)由遥控操控启闭，电动机(15)通过传动皮带(16)带动齿轮式滑轨(17)中两侧齿轮转动，两侧齿轮通过传动作用再带动滑动齿轮(18)上下移动，从而实现测流旋浆(14)位置的上下调节。

6.根据权利要求5所述的测量仪，其特征在于，电动机(15)上装有定时装置，用于控制测流旋桨(14)上升下降的距离，每一次开启电动机(15)，测流旋桨下降或上升的距离为0.3m，达到0.3m时定时装置会自动断电电动机停止转动；电动机每开启一次测流旋桨上升或下降的距离可在测流前通过定时器来进行调节。

7.根据权利要求6所述的测量仪，其特征在于，所述伸缩杆(4)为多段式的，在前一级的伸缩杆末端布置一段橡胶圈来增加伸缩杆的伸缩阻力；

所述浮体(3)为球体结构，用螺栓连接在上座板(2)，为上座板提供浮力，使其能随水位上下浮动，浮体(3)采用加强塑料作外壳，内部填充泡沫，浮体(3)的大小通过试验确定，浮体(3)被淹没一半时，构件正好在水中保持平衡。

8.根据权利要求7所述的测量仪，其特征在于，所述上板通过连接杆可拆卸连接有红外摄像头(8)，红外摄像头由蓄电池独立供电；

所述下板通过连杆可拆卸连接有方形套杆(7)，所述下底板(5)通过连接杆可拆卸连接有刻度长板(6)，所述方形套杆(7)套设在刻度长板(6)上。

9.根据权利要求8所述的测量仪，其特征在于，还包括锚固装置，所述锚固装置包括两部分，一部分是可拆卸连接于上座板下板的锚固瞄准圈(10)，另一部分是位于下底板(5)上套筒内的锚固叉杆(9)，运行时用杆子通过锚固瞄准圈(10)将套筒内的锚固叉杆(9)推入渠底或河底。

10.一种采用权利要求9所述的测量仪进行流速测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：测流工作前根据测量位置的水深，调节测流旋桨(14)的高度以及上座板(2)的工作高度，安放测流构件，固定红外摄像头(8)和浮体(3)；

步骤(2)：将整个测量仪放到想要测量的位置，运行时下底板(5)沉至渠道或河道底部，用杆子将锚固叉杆(9)推入渠底或河底的土中进行锚固，通过粗调平螺丝(20)和细调平螺丝(21)对上座板(2)进行调平；

步骤(3)：构件开始运行时浮体(3)淹没一半，产生的浮力刚好维持上座板(2)浮在水面上；当水位上升时，浮体(3)淹没体积加大，产生的浮力变大，伸缩杆(4)由于橡胶圈的缓冲阻力开始缓慢伸展，上座板(2)开始上浮，当到达想要测量位置时，通过红外摄像头(8)读取流速显示屏(11)的流速以及刻度长板(6)上的水位并记录；

步骤(4)：当想改变测量深度时，可以远程操控电动机(5)的开启，测流旋桨(14)移动，测流旋桨(14)升降范围为齿轮式滑轨(17)的长度。

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