CN113358163B - 一种明渠断面水流量在线测量装置及测控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种明渠断面水流量在线测量装置及测控方法，包括测量支撑架，所述测量支撑架上固定安装测杆组件，所述侧杆组件与信号处理控制主机11通信，所述测杆组件包括测杆8和测杆驱动机构，所述侧杆8上设置有一组传感器，所述测杆驱动机构包括测杆升降电机10，所述测杆升降电机10的输出轴上固定连接码盘4和轴角编码器5，所述码盘4固定连接所述测杆8。本发明要解决的技术问题是提供一种明渠断面水流量在线测量装置及测控方法，以解决现有明渠测流设备按照国家相关规范实现多垂线多测点水流量实时在线测量，以及对水体浑浊、渠道淤积、水体有杂物物等情况下测量不准确的问题，可有效解决明渠实时在线测流的难题。

Description

一种明渠断面水流量在线测量装置及测控方法
技术领域
本发明涉及明渠测流技术领域，具体地讲，涉及一种明渠断面水流量在线测量装置及测控方法。
背景技术
目前，明渠水流量测量多采用流速面积法、标准断面法、渠系建筑物法和堰槽法，其中标准断面法、渠系建筑物法和堰槽法因利用水工建筑物进行流量推算，存在测量精度低等问题。为实现明渠流量的精准测量，大多采用流速面积法，常见的流速测量方式有声学多普勒式、雷达式、转子式等，声学多普勒式存在受水质影响大的问题，在污水、浑浊水、水质杂物较多的场合不宜应用，另外在线式测流大多固定于渠道岸坡上，只能实现单测线测流，不能反映出整个渠道的流速全貌情况；雷达式大多采用表面雷达流速仪，测量一点或者多点的流速，表面流速与渠底、渠中、边坡流速存在较大差异，数据的可用性较差；转子式流速仪采用机械原理，在测量过程中存在易挂杂物、机械磨损等问题，不适合做明渠实时在线测流应用。另外以上几种流速测量方式，因明渠存在淤积情况，需要单独考虑测量水深，需另外增加其他工程措施。部分采用建设测流桁架，采用走航式测流的方式，存在测量时间长、测流不连贯、不能实时在线测流等问题。
综上所述，针对明渠测流，特别是针对水质较差、水体浑浊、漂浮物较多、易淤积的明渠，目前没有较好的测流方式。因此，针对上述问题，研发一种明渠断面水流量在线测量装置及方法，该测流装置综合利用水流速测量传感、水位测量、传动与智能测控、信息处理、智能通信等技术手段，通过特殊的设计解决明渠测流中存在的各类问题，通过精准的传感器实现对明渠水深、流速的精准测量，依据《GB/T 21303-2017灌溉渠道系统量水规范》和《GB 50179-2015 河流流量测验规范》等国家规范的相关计算公式，实现对明渠流量的精准计量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种明渠断面水流量在线测量装置及测控方法，以解决现有明渠测流设备不能实现多垂线、多测点同时实时在线稳定测量，尤其对水体浑浊、渠道淤积、水面有漂浮物等情况下无法准确测量、自动化程度低的行业问题，可有效解决明渠实时在线测流的难题，提高明渠水流量计量的精准度，进而提升明渠水流量计量管理水平。
本发明采用如下技术方案实现发明目的：
一种明渠断面水流量在线测量装置，包括测量支撑架，其特征在于，所述测量支撑架上固定安装测杆组件，所述侧杆组件与信号处理控制主机(11)通信。
作为对本技术方案的进一步限定，所述测杆组件包括测杆(8)和测杆驱动机构，所述侧杆(8)上设置有一组传感器。
作为对本技术方案的进一步限定，所述测杆驱动机构包括测杆升降电机 (10)，所述测杆升降电机(10)的输出轴上固定连接码盘(4)和轴角编码器 (5)，所述码盘(4)固定连接所述测杆(8)。
作为对本技术方案的进一步限定，所述传感器包括水流速测量传感器(6)、水体感知传感器(7)和测杆探底传感器(9)。
作为对本技术方案的进一步限定，所述水体感知传感器(7)等间距固定在所述测杆(8)的迎水面上，所述水流速测量传感器(6)固定在所述测杆(8) 的侧面，所述测杆探底传感器(9)固定在所述测杆(8)的底端。
作为对本技术方案的进一步限定，所述测量支撑架为水面浮体(2)或者水面支架，所述测杆升降电机(10)固定连接所述水面浮体(2)或者所述水面支架(13)。
作为对本技术方案的进一步限定，所述水面浮体(2)放置于渠道水面，所述水面浮体(2)固定一组水面浮体固定绳缆(3)一端，所述水面浮体固定绳缆(3)另一端固定在渠道河岸上，所述水面浮体(2)形状为梭状或柳叶状，两头尖尖，以减小对水的阻力和防止水体中杂物集聚。
作为对本技术方案的进一步限定，，所述水面支架(13)架设于渠道上方，横跨整个渠道，所述水面支架(13)的两端固定在渠道河岸上。
作为对本技术方案的进一步限定，所述信号处理控制主机(11)固定在渠道立杆(1)上，所述渠道立杆(1)安装于渠道岸边。
一种明渠断面水流量在线测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将所述测杆组件按需等间距布设在渠道上；
步骤二：每根测杆(8)代表一条测量垂线，根据渠道形态和宽度布设垂线，每条垂线处就是对应固定一套所述测杆组件；
步骤三：使所述测杆(8)下探到水体内，测杆升降电机(10)通过所述码盘(4)带动所述测杆(8)工作，当所述测杆探底传感器(9)触碰水底触发报警时，通过轴角编码器(5)的测量数值和测杆(8)入水长度数据，信号处理控制主机(11)数学计算测量水体水深；
步骤四：探测到水深后，所述信号处理控制主机(11)计算需要提升的高度，由所述测杆升降电机(10)通过码盘(4)带动所述测杆(8)工作，提升到设定位置，开始测量；
步骤五：对所述测杆(8)多个测点流速的测量和水深测量，通过所述信号处理控制主机(11)获得各测点流速数据和测量垂线水深数据；
步骤六：所述信号处理控制主机(11)，通过获得每个测杆的测点流速数据和水深数据，按照规则计算每个测杆组件的平均流速、渠道平均流速、渠道瞬时流量、渠道累计流量等数据，对数据进行相应的存储、本地显示、远程传输管理等，将数据传输至云端或各级管理中心，实现对渠道流量的实时在线测量。
作为对本技术方案的一种计算方法进一步描述，所述水深计算公式为：
H＝L×sinα (式1)
其中：H为水深；
L为测杆探底传感器9触底时的测杆8入水长度，通过水体感知传感器7 测得；
α为测杆(8)与水面之间的夹角，通过轴角编码器(5)测得。
作为对本技术方案的一种计算方法进一步描述，每个所述测杆(8)所处位置的平均流速计算如下：
采集每条测杆(8)上的测点流速：V0.0、V0.2、V0.6、V0.8、V1.0；
计算测杆(8)所处位置的平均流速：
Figure BDA0003095657470000041
计算两个测杆(8)间的平均流速：
Figure BDA0003095657470000042
其中：渠道两边的水流流速：
V0,1＝αV1，Vn,n+1＝αVn；
i为测杆(8)序号，i＝1,2,3,…,n,n为测杆总数
Vi为第i条测杆(8)平均速度；
α为岸边流速系数，与渠道的断面形状、渠岸的糙率、水流条件有关；
两条垂线之间的断面面积：
Ai-1,i＝0.5(Hi-1+Hi)bi-1,i (式4)
其中H为水深，b为两条相邻的测杆(8)之间的间距。
其中渠道两边面积为：
A0,1＝0.5H1b0,1，An,n+1＝0.5Hnbn,n+1；其中b0,1为渠道一个岸边与第一个测杆(8) 之间的间距，bn,n+1为渠道的另一个岸边与第n个测杆之间的间距；
计算两条垂线间的流量即渠道部分流量：
qi-1,i＝Vi-1,iAi-1,i (式5)
计算断面流量即渠道瞬时流量：Q＝q0,1+q1,2+q2,3+…+qn,n+1。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：
通过多测杆同时测量，实现河道多垂线多断面实时在线测量，测量数据更全面，测流精度更高，数据更准确。
自调节可控式升降测流杆，可实现渠道水位变化时的全水深连续不间断连续测量。
水面浮体采用柳叶或梭状等外形设计，可有效防止水草、杂物、浮萍等物质附着于浮体表面；测杆迎水面采用梭型设计，测杆与水平面保持低于90度的夹角，流动水草容易滑脱，可有效防止测杆挂杂物；测杆采用探底抬高技术，始终保持与渠底有一定的距离，可使水中漂浮物可在测杆下方流走，不会附着于测杆上。测量环境适应性更强，可在含有杂物的水体测量环境中稳定测量。
自调节可控式升降测流杆和河底探底装置，可实现因河底淤积、冲刷等因素造成的不同垂线水深时的测量，可对过水断面积进行补偿计算，测量更准确。
测量精度高：作为流速测量技术的一种，采用对水质环境适应性强的电磁式水流速测量传感器，不受水质含沙量、漂浮物等因素影响，可准确实时地测量水体不同位置的流速；采用通过电极实现对水体的测量，电极固定于测杆内，始终保持恒定间距，不因外界环境变化而产生形变，可确保水深数据测量的准确性；通过渠道多垂线、多测点的流速和水深测量数据，依据国家相关规范及标准测量，计算出的断面过水流量数据精度高。
可靠性稳定性高：电磁式水流速测量传感器具有技术成熟、环境适应性好、数据稳定、数据变化灵敏、测速范围广等优势；电容感应式水体感知传感器具有无温度漂移、无零点漂移、不受漂浮物影响等优势；可保证流速和水深数据测量的稳定性和可靠性，从而确保整个系统测量数据的稳定可靠。
测流系统集成化程度高，安装便捷，使用维护方便，安装时可带水作业，工作效率高。
主要部件测流杆采用一体化设计，维护量小，在产品有效生命期内基本实现常年免维护运行。
自动化、智能化程度高，可实现本地无人值守全天候、全量程、不间断在线测量，实现本地数据存储、显示等管理，同时配置有线和无线通信模块，实现多中心数据远程传输管理等。
附图说明
图1为本发明的单浮体结构示意图。
图2为本发明的多浮体安装方式。
图3为本发明的双浮体安装方式。
图4为本发明的桁架安装方式。
图5为本发明的测杆传感器排布图。
图6为本发明的电气连接图。
图7为本发明的深度测量示意图。
图8为本发明的数据测量示意图。
图9为本发明的测杆组件结构示意图
图中：1、渠道立杆，2、水面浮体，3、水面浮体固定绳缆，4、码盘，5、轴角编码器，6、水流速测量传感器，7、水体感知传感器，8、测杆，9、测杆探底传感器，10、测杆升降电机，11、信号处理控制主机，12、供电系统,13、锚固桩，14、桁架，15、连接架。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1-图9所示，本发明包括测量支撑架，所述测量支撑架上固定安装测杆组件，所述侧杆组件与信号处理控制主机11通信。
所述测杆组件包括测杆8和测杆驱动机构，所述侧杆8上设置有一组传感器。
所述测杆驱动机构包括测杆升降电机10，所述测杆升降电机10的输出轴上固定连接码盘4和轴角编码器5，所述码盘4固定连接所述测杆8。
所述传感器包括水流速测量传感器6、水体感知传感器7和测杆探底传感器 9。
所述水体感知传感器7等间距固定在所述测杆8的迎水面上，所述水流速测量传感器6固定在所述测杆8的侧面，所述测杆探底传感器9固定在所述测杆8的底端，水流速测量传感器6和水体感知传感器7数量根据实际需求设置。，所述测杆8的可以为三角棱形的测杆，三角棱测杆的其中尖棱的一边朝向迎水面，水体感知传感器7布置在迎水面的尖棱上，水流速测量传感器6布置在靠近迎水面尖棱的侧边上，实际布置方式按照实际需要设计，不再赘述。
所述测量支撑架为水面浮体2或者桁架14，所述测杆升降电机10固定连接所述水面浮体2或者所述桁架14。
所述水面浮体2漂浮于渠道水面上，所述水面浮体2固定一组水面浮体固定绳缆3一端，所述水面浮体固定绳缆3另一端固定在渠道河岸的锚固桩13上，绳缆架设时考虑与水面留有一定夹角，以防挂水草、浮萍等杂物；所述水面浮体2形状为梭状或柳叶状，两头尖尖，采用玻璃钢或橡胶材料等制成，表面光滑，以减小对水的阻力和防止水体中杂物集聚。根据渠道宽度、渠型等实际情况制作成单体水面浮体2或双体水面浮体，双体水面浮体是两个水面浮体通过连接架固定连接。
所述桁架安装具体形式为将桁架14架设于渠道上方，横跨整个渠道，所述桁架14的两端固定在渠道河岸上，距离水面有一定的距离，测杆组件安装于桁架14上，
所述信号处理控制主机11固定在渠道立杆1上，所述渠道立杆1安装于渠道岸边，用于固定信号处理控制主机11和供电系统12，所述信号处理控制主机 11放置于防护箱内，起到防雨淋、防破坏等防护作用，所述供电系统12安装于渠道立杆上，可实现对整个系统供电，供电方式为太阳能或者市电，此为现有技术，不再赘述。
一种明渠断面水流量在线测量装置的测量方法，包括以下步骤：
步骤一：将所述测杆组件按需要等距布设在渠道上；
步骤二：每根测杆8代表一条测量垂线，根据渠道形态和宽度布设垂线，每条垂线处就是对应固定一套所述测杆组件；
步骤三：使所述测杆8下探到水体内，测杆升降电机10通过所述码盘4带动所述测杆8工作，当所述测杆探底传感器9触碰水底触发报警时，通过轴角编码器5的测量数值和测杆8入水长度数据，信号处理控制主机11计算测量水体水深；
步骤四：探测到水深后，所述信号处理控制主机11计算需要提升的高度，由所述码盘4带动所述测杆8工作，提升到设定位置，开始测量；
步骤五：对所述测杆8多个测点流速的测量和水深测量，通过所述信号处理控制主机11获得各测点流速数据和测量垂线水深数据；
步骤六：所述信号处理控制主机11，通过获得每个测杆的测点流速数据和水深数据，按照规则计算每个测杆组件的平均流速、渠道平均流速、渠道瞬时流量、渠道累计流量等数据，对数据进行相应的存储、传输管理，将数据传输至云端或各级管理中心等，实现对渠道流量的实时在线测量。
所述水深计算公式为：
H＝L×sinα (式1)
其中：H为水深；
L为测杆探底传感器9触底时的测杆8入水长度，通过水体感知传感器7 测得；
α为测杆8与水面之间的夹角，通过轴角编码器5测得。
每个所述测杆(8)所处位置的平均流速计算如下：
采集每条测杆(8)上的测点流速：V0.0、V0.2、V0.6、V0.8、V1.0；
计算测杆(8)所处位置的平均流速：
Figure BDA0003095657470000091
其中，0.2和0.6位置处的速度值比较准确，重复取值3次，0.8位置处的取值两次；
计算两个测杆(8)间的平均流速：
Figure BDA0003095657470000092
渠道两边的水流流速：
V0,1＝αV1，Vn,n+1＝αVn；
i为测杆(8)序号，i＝1,2,3,…,n,n为测杆总数
Vi为第i条测杆(8)平均速度；
α为岸边流速系数，与渠道的断面形状、渠岸的糙率、水流条件有关；
两条垂线之间的断面面积：
Ai-1,i＝0.5(Hi-1+Hi)bi-1,i (式4)
其中H为水深，b为两条相邻的测杆(8)之间的间距。
其中渠道两边面积为：
A0,1＝0.5H1b0,1，An,n+1＝0.5Hnbn,n+1；其中b0,1为渠道一个岸边与第一个测杆(8) 之间的间距，bn,n+1为渠道的另一个岸边与第n个测杆之间的间距；
计算两条垂线间的流量即渠道部分流量：
qi-1,i＝Vi-1,iAi-1,i (式5)
计算断面流量即渠道瞬时流量：Q＝q0,1+q1,2+q2,3+…+qn,n+1。
所述轴角编码器5采用机械或光电编码方式，所述轴角编码器5连接在所述测杆升降控制电机10的输出轴上，所述轴角编码器5与所述码盘4同轴，当所述测杆8转动时记录角度，用于计算所述测杆8提升高度，所述码盘4通过轴角编码器5的输出值来控制所述测杆8上升与下降的角度；
所述轴角编码器5具有数据输出接口，可实时将角度编码数据传输至所述信号处理控制主机11，结合水深数据，为所述测杆8提升高度提供数据支撑。
所述测杆8下探到水体内，所述测杆8杆体布设水流速测量传感器6和水体感知传感器7，测杆8迎水面可以采用梭状设计，流动水草容易滑脱，防止挂杂物；所述水流速测量传感器6和所述水体感知传感器7实现对流速和水深的测量；所述测杆8底部设置测杆探底传感器9，实现探底功能；测杆8上方与所述码盘4相连，根据水深实现杆体的摆动上升或下降控制，使测杆底部始终与渠底保持一定距离，确保流速测点的位置满足规范要求，同时水中漂浮物可在所述测杆8下方流走，合适的角度即为测杆8探底后抬高到水深的20％高度。
所述水流速测量传感器6采用电磁式原理，根据测杆8长度布设测点数量，布设于所述测杆8上，用于测量水体流速，每个水流速测量传感器6通过线缆与所述信号处理控制主机11连接，实现对各流速传感器信号采集计算，传感器类型采用电磁式测量原理；
所述水体感知传感器7采用电容感应式原理，根据杆体长度等间距安装于杆体表面，用于测量水深，每个水体感知传感器7与所述信号处理控制主机11 通过线缆连接，传感器采用电容感应式测量原理，通过感知在水体中传感器的数量计算测流杆入水长度，结合杆体角度等参数推算出水深。
所述测杆探底传感器9安装于测杆底部，通过电缆与所述信号处理控制主机11连接，所述用于渠道探底，便于计算水深，通过与所述测杆8相连的测杆升降电机10控制所述测杆8的入水深度，当所述测杆探底传感器9测得所述测杆8接触河道底部时，将信号传送给所述信号处理控制主机11，通过所述轴角编码器5测量所述测杆5与水平面的夹角，进而计算出河道底部与水面距离，即该杆测杆8位置处的水深数据。
可根据渠道宽度布设测杆组件数量，测流设备的安装可分为单浮体单垂线安装(图1)、单浮体多垂线安装(图3)、双浮体单垂线或多垂线安装(图2)、桁架多垂线安装(图4)。采用浮体多垂线安装时，每组浮体之间通过连接架 15固定连接。水面浮体固定绳缆3不浸没在水中，防止停留水中杂草等杂物。
测杆8的初始位置与水面齐平且位于水面的上方，开始测量前，受控制主机控制测杆开始转动如水，当测杆转动过程中底部的探底传感器9发出电信号至信号处理控制主机11时，信号处理控制主机11控制测杆升降电机10反向转动码盘4，从而带动测杆8底部抬高，并按预设参数摆动至合适角度时停止，完成测流前的准备工作，开始测量。
测杆8上等距布设多个水流速测量传感器6，上端固定在码盘4上，以实现对流量的精准测量。
水流速测量传感器6采用电磁式原理，测杆布设流速传感器的一面朝向迎水面，外形为梭状、表面光滑，便于水中杂草等杂物滑脱。作为典型应用实例的一种：采用5点法测量方式时，可读取在水深的0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、 1.0处布设传感器的数据。
水体感知传感器7等间距的分布在测杆8上，根据不同的测量精度，间距可制作成0.2cm、0.5cm和1.0cm等，利用水的电容感应特性原理进行水位监测，具备“有水即可测”的特性，采用高性能材料进行密封处理，具有防腐、防冻、耐热、耐老化的特点，可广泛应用于浑浊、漂浮物、冰冻、波浪、浮萍等各种恶劣环境下的水位监测，具有极强的环境适应性。
信号处理控制主机11设置有CPU控制单元、电机驱动控制机构、显示屏、有线/无线数据通信模块、电源和时钟芯片等，通过RS485芯片连接水流速测量传感器6、水体感知传感器7、测杆探底传感器9和轴角编码器5，数据远程装置采用3G/4G/5G/NB-IoT等通讯方式，实现数据的实时远传及接收信息中心的设置指令，信号处理控制主机11采用设备型号是HSST-5820。
根据渠道宽度及最大水深确定测杆8数量、长度和安装方式，信号处理控制主机11发出控制指令，测杆升降电机10通过码盘4带动测杆8下放，在下放的过程中测杆探底传感器9接触到渠底，发出探底信号，该信号传输至信号处理控制主机11，信号处理控制主机11发出停止指令，测杆8不再继续下探，此时信号处理主机11读取测杆中各流速传感器的流速数据。通过水体感知传感器7测量出测杆入水的长度，轴角编码器5测量出测杆8与水平面的夹角，信号处理控制主机11计算出水深。计算完成水深数据后，测杆8上提，提到测杆 8最底部传感器在水深0.2处，同时预留出水中漂浮物通过空间，水流速测量传感器6开始工作，测量水深0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0处的流速，其中0.0 处的流速根据探底时，水深0.2处的流速与水深0.0处的关系换算，计算出每条垂线的平均流速V，依据《GB/T 21303-2017灌溉渠道系统量水规范》和《GB 50179-2015河流流量测验规范》等相关规范标准,通过信号处理控制主机分别计算出两条垂线间的平均流速、部分面积、两条垂线间的流量和断面瞬时流量、累计流量等。通过实时测量的水深数据，当水位发生变化时，信号处理主机(11) 实时控制测杆的转动角度，调整测杆入水深度，实现对渠道水流量的实时跟踪在线测量。
以上公开的仅为本发明的具体实施例，一部分的说明附图用来提供对本发明的进一步理解，但是，本发明并非局限于此，并不构成对本发明的不当限定，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固连”、“相连”、“连接”、“布设”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
其中，所述测杆组件按需等间距布设在河道上、水流速传感器等间距布设在测杆上，也可根据需要不等间隔布设
需要说明的，在本实施例中传感器、通信以及处理器的技术类型和型号，本领域技术人员可以根据具体工况自行设置，在此不作详述。比如：水流速传感器选用电磁式，水体感知传感器采用电容式、设备型号HSST-5820、RS485等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，任何本领域的技术人员能思之的变化，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种明渠断面水流量在线测量装置的测量方法，包括测量支撑架，所述测量支撑架上固定安装测杆组件，所述测杆组件与信号处理主机（11）通信；
所述测杆组件包括测杆（8）和测杆驱动机构，所述测杆（8）上固定有一组传感器；
所述测杆驱动机构包括测杆升降电机（10），所述测杆升降电机（10）的输出轴上固定连接码盘（4）和轴角编码器（5），所述码盘（4）固定连接所述测杆（8）；
所述传感器包括水流速测量传感器（6）、水体感知传感器（7）和测杆探底传感器（9），其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将所述测杆组件按需等间距布设在渠道上；
步骤二：每根测杆（8）代表一条测量垂线，根据渠道形态和宽度布设垂线，每条垂线处就是对应固定一套所述测杆组件；
步骤三：测杆（8）的初始位置为高于水面且与水面平行，测杆升降电机（10）通过所述码盘（4）带动所述测杆（8）工作，测杆（8）摆动并且一端没入水中，当所述测杆探底传感器（9）触碰水底触发报警时，通过轴角编码器（5）的测量数值和测杆（8）入水长度数据，信号处理主机（11）数学计算测量水体水深；
步骤四：探测到水深后，所述信号处理主机（11）计算需要提升的高度，由所述码盘（4）带动所述测杆（8）反向摆动，提升到设定位置，开始测量；
步骤五：对所述测杆（8）多个测点流速的测量和水深测量，通过所述信号处理主机（11）获得各测点流速数据和测量垂线水深数据；
步骤六：所述信号处理主机（11）通过获得每个测杆的测点流速数据和水深数据，按照规则计算每个测杆组件的平均流速、渠道平均流速、渠道瞬时流量、渠道累计流量等数据，对数据进行相应的存储、传输管理，将数据传输至云端或各级管理中心，实现对渠道流量的实时在线测量；
所述水深计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（式1）
其中：H为水深；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为测杆探底传感器9触底时的测杆8入水长度，通过水体感知传感器7测得；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为测杆8与水面之间的夹角，通过轴角编码器5测得；
每个所述测杆（8）所处位置的平均流速计算如下：
采集每条测杆（8）上的一组水流速测量传感器（6）的测点流速：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure DEST_PATH_IMAGE016
，此处水流速测量传感器（6）数量有5个；
计算测杆（8）所处位置的平均流速：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
（式2）
计算两个测杆（8）间的平均流速：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
（式3）
其中：渠道两边的水流流速：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
；
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为测杆（8）序号，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE026A
条测杆（8）平均速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
为岸边流速系数常数，与渠道的断面形状、渠岸的糙率、水流条件有关；
两条垂线之间的断面面积：
Figure DEST_PATH_IMAGE032
（式4）
其中H为水深，b为两条相邻的测杆（8）之间的间距；
其中渠道两边面积为：
Figure DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure DEST_PATH_IMAGE036
；其中
Figure DEST_PATH_IMAGE038
为渠道一个岸边与第一个测杆（8）之间的间距，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
为渠道的另一个岸边与第n个测杆之间的间距；
计算两条垂线间的流量即渠道部分流量：
Figure DEST_PATH_IMAGE042
（式5）
计算断面流量即渠道瞬时流量：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
。
2.根据权利要求1所述的明渠断面水流量在线测量装置的测量方法，其特征在于，所述水体感知传感器（7）等间距固定在所述测杆（8）的迎水面上，所述水流速测量传感器（6）固定在所述测杆（8）的侧面，所述测杆探底传感器（9）固定在所述测杆（8）的底端。
3.根据权利要求2所述的明渠断面水流量在线测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量支撑架为水面浮体（2）或者桁架（14），所述测杆升降电机（10）固定连接所述水面浮体（2）或者所述桁架（14）上。
4.根据权利要求3所述的明渠断面水流量在线测量装置的测量方法，其特征在于，所述水面浮体（2）漂浮于渠道水面，所述水面浮体（2）固定一组水面浮体固定绳缆（3）一端，所述水面浮体固定绳缆（3）另一端固定在渠道河岸锚固桩（13）上，所述水面浮体（2）形状为梭状或柳叶状，两头尖尖，以减小对水的阻力和防止水体中杂物集聚。
5.根据权利要求4所述的明渠断面水流量在线测量装置的测量方法，其特征在于，所述桁架（14）架设于渠道上方，横跨整个渠道，所述桁架（14）的两端固定在渠道河岸上；
所述信号处理主机（11）固定在渠道立杆（1）上，所述渠道立杆（1）安装于渠道岸边，所述水流速测量传感器（6）、水体感知传感器（7）和测杆探底传感器（9）均电性连接所述信号处理主机（11）。
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Denomination of invention: An online measurement device and measurement method for water flow rate of open channel cross-section

Effective date of registration: 20230908

Granted publication date: 20220923

Pledgee: Bank of China Limited Jinan Huaiyin sub branch

Pledgor: JINAN HEYI HUISHENG TECHNOLOGY LTD.

Registration number: Y2023980055776

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