CN113834537A - 一种明渠实时在线测流装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种明渠实时在线测流装置及方法，属于水利监测技术领域。技术方案是：增加朝向渠道水面的雷达波多普勒测流仪，进行非接触式测流；配重流速传感器作为流量精度率定设备，雷达波多普勒测流仪作为流量实时在线监测设备；测流装置主机提供平均流速、水位、输水断面、流量的同时，雷达波多普勒测流仪监测渠道表面中心流速和中心水位，确定渠道表面中心流速与渠道平均流速对应关系。本发明的有益效果：可实现明渠实时在线测流，及时修正测流误差，减少能源消耗，自身携带的太阳能供电系统可提供足够的电源，使得系统结构简单化；同时，省掉原有系统中的行走装置，系统简单化，成本低、故障率低、配置灵活。
Description
技术领域
本发明涉及一种明渠实时在线测流装置及方法，属于水利监测技术领域。
背景技术
目前，水利行业中明渠流量测量大量使用流速仪，通常的做法是：将输水断面沿水平方向分成若干个测流点，每个测流点对应一条测流垂线，把每条测流垂线上各测点的流速按照一定规则计算后作为该测流垂线的平均流速，再将所有测流垂线的平均流速按照一定规则计算后作为该输水断面的平均流速，这样，测出各测流垂线底部的淤积，计算出输水断面，输水断面与平均流速的乘积即为输水流量。存在的问题是：既费时费力，又不能同步测量，由于每个测流点的测流时刻不同，对应的流态就不同，流速场处在不断变化中，这种测流方式严重影响测流精度，同时，已有技术又无法实现无人值守的自动测流。本申请人的中国专利申请202022291276.3《一种一体化挂装垂线测流系统》以及202121493504.3《一种一体化测流仪走航式牵引装置》解决了上述技术问题，但是，该专利申请的工作制式为：在渠道测流断面设置多条测流垂线，比如3、5、7、9条垂线，每条垂线设置多层测点，比如1-7个测点；由于使用的配重流速传感器重量为十至几十公斤，所以完成一次走航测流，所需要的时间和所需要的太阳能供电的电量都很大，使得上述专利申请技术不可能高频度的频繁工作，比如7垂线设置时，测流装置需要工作7次，所需能源消耗极大，上述专利申请不可能实现实时在线测流；实际应用中，一般一天能进行两次测流，根本不能满足实时在线测流的需求。因此，如何更高效的利用已申请技术，实现实时在线测流，是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明目的是提供一种明渠实时在线测流装置及方法，可实现明渠实时在线测流，及时修正测流误差，减少能源消耗，自身携带的太阳能供电系统可提供足够的电源，使得系统结构简单化；同时，省掉原有系统中的行走装置，系统简单化，成本低、故障率低、配置灵活，解决已有技术中存在的上述技术问题。
本发明的技术方案是：
一种明渠实时在线测流方法，在本申请人原有202022291276.3专利申请的基础上，增加朝向渠道水面的雷达波多普勒测流仪，进行非接触式测流；202022291276.3专利申请的配重流速传感器作为流量精度率定设备，雷达波多普勒测流仪作为流量实时在线监测设备；202022291276.3专利申请的测流装置主机提供平均流速、水位、输水断面、流量的同时，雷达波多普勒测流仪监测渠道表面中心流速和中心水位，确定渠道表面中心流速与渠道平均流速对应关系；依据《灌溉渠道系统量水规范》GB/T 21303—2015的要求实现多垂线测流，得到的渠道平均流速以及渠道表面中心流速与渠道平均流速关系，通过实时测量渠道表面中心流速，就可得到对应的渠道平均流速；在输水断面相同的情况下，通过流速面积法计算出流量，实现输水断面的实时在线自动测流。
如果渠道水位跳变或流速跳变时，再次走航测流，得到新的表面中心流速与渠道平均流速关系。
所述雷达波多普勒明渠测流仪，包含雷达波多普勒流速传感器、水位传感器和防水外壳，雷达波多普勒流速传感器和水位传感器均为本领域公知的设备。雷达波多普勒流速传感器,是应用声学多普勒效应原理制成的测流仪，测量点在探头的前方，不破坏流场。
所述雷达波多普勒明渠测流仪也可以安装在测流装置主机上，与测流装置主机一起沿明渠断面水平行走，需要对渠道表面中心进行测流时，雷达波多普勒明渠测流仪回到明渠的中心线上进行测流；优点是直接与测流装置主机的太阳能电池板提供的电源连接，接线方便，缺点是每次需要回到明渠的中心线上进行测流。所述雷达波多普勒明渠测流仪可以直接安装在明渠的中心线上（测桥的中心线上），对渠道表面中心进行测流；优点是不需要移动，直接在明渠的中心线上进行测流，缺点是由于在野外，雷达波多普勒明渠测流仪需要通过电源线路与移动的测流装置主机电源连接，接线不方便，或者需要在测桥上为雷达波多普勒明渠测流仪设置单独的电源。
一种明渠实时在线测流装置，包含测流装置主机、太阳能电池板、吊索、配重流速传感器和雷达波多普勒测流仪，在明渠的测桥上布设测流装置主机，测流装置主机下面通过吊索连接配重流速传感器，配重流速传感器在水面下沿测流垂线进行测流；测流装置主机上通过支架设置太阳能电池板，雷达波多普勒测流仪朝向渠道水面布置，进行非接触式测流。
所述测桥的桥栏上设有水平布置的滑轨，测流装置主机上设有与滑轨匹配的滑轮，测流装置主机可以沿滑轨在水平方向进行调整。
所述雷达波多普勒测流仪通过支架安装在测流装置主机上，或者雷达波多普勒明渠测流仪直接安装在明渠的中心线上，也就是测桥的中心线上。
所述测桥上设有走航牵引索，牵引测流装置主机在水平方向移动走航测流。
所述走航牵引索设置在明渠两岸上，两端分别设有太阳能走航装置野外保护箱和走航索张紧野外保护箱。
所述测流装置主机与测桥之间设有下靠墙轮，调整测流装置主机的位置角度。
本发明的有益效果：
①可实现输水断面多垂线同时测流，可使得原有多垂线逐一测流时的不同时间点、不同流态测流方式造成的数据彼此没有相关性，从而造成测流误差的无规律性，使得测流误差无从修正的问题得以解决。②原有多垂线逐一测流方式，比如7垂线设置时，测流装置需要工作7次，所需能源消耗极大，而采用本发明后7台一体化挂装垂线测流仪，在相同的输水断面流态下同步测流，每台设备仅工作一次，所需能耗仅为原有系统的七分之一，自身携带的太阳能供电系统即可提供足够的电源，使得系统结构简单化，省掉了原来系统中巨大的能源装置。③省掉原有系统中的行走装置，系统简单化，成本低、故障率低、配置灵活。④渠道两侧仅安装野外防盗箱，无需建设测房、测桥，大大降低投资。
附图说明
图1是本发明实施例示意图；
图2是本发明实施例侧视图；
图中：测流装置主机1、太阳能电池板2、支架3、滑轮4、滑轨5、吊索6、配重流速传感器7、下靠墙轮8、雷达波多普勒测流仪9、明渠10、测桥11、桥栏12、桥柱13、渠水流方向14、走航牵引索15、太阳能走航装置野外保护箱16、走航索张紧野外保护箱17。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
一种明渠实时在线测流方法，在本申请人原有202022291276.3专利申请的基础上，增加朝向渠道水面的雷达波多普勒测流仪，进行非接触式测流；202022291276.3专利申请的配重流速传感器作为流量精度率定设备，雷达波多普勒测流仪作为流量实时在线监测设备；202022291276.3专利申请的测流装置主机提供平均流速、水位、输水断面、流量的同时，雷达波多普勒测流仪监测渠道表面中心流速和中心水位，确定渠道表面中心流速与渠道平均流速对应关系；依据《灌溉渠道系统量水规范》GB/T 21303—2015的要求实现多垂线测流，得到的渠道平均流速以及渠道表面中心流速与渠道平均流速关系，通过实时测量渠道表面中心流速，就可得到对应的渠道平均流速；在输水断面相同的情况下，通过流速面积法计算出流量，实现输水断面的实时在线自动测流。
如果渠道水位跳变或流速跳变时，再次走航测流，得到新的表面中心流速与渠道平均流速关系。
所述雷达波多普勒明渠测流仪，包含雷达波多普勒流速传感器、水位传感器和防水外壳，雷达波多普勒流速传感器和水位传感器均为本领域公知的设备。雷达波多普勒流速传感器,是应用声学多普勒效应原理制成的测流仪，测量点在探头的前方，不破坏流场。
所述雷达波多普勒明渠测流仪也可以安装在测流装置主机上，与测流装置主机一起沿明渠断面水平行走，需要对渠道表面中心进行测流时，雷达波多普勒明渠测流仪回到明渠的中心线上进行测流；优点是直接与测流装置主机的太阳能电池板提供的电源连接，接线方便，缺点是每次需要回到明渠的中心线上进行测流。所述雷达波多普勒明渠测流仪可以直接安装在明渠的中心线上（测桥的中心线上），对渠道表面中心进行测流；优点是不需要移动，直接在明渠的中心线上进行测流，缺点是由于在野外，雷达波多普勒明渠测流仪需要通过电源线路与移动的测流装置主机电源连接，接线不方便，或者需要在测桥上为雷达波多普勒明渠测流仪设置单独的电源。
一种明渠实时在线测流装置，包含测流装置主机1、太阳能电池板2、吊索6、配重流速传感器7和雷达波多普勒测流仪9，在明渠10的测桥11上布设测流装置主机1，测流装置主机1下面通过吊索6连接配重流速传感器7，配重流速传感器7在水面下沿测流垂线进行测流；测流装置主机1上通过支架3设置太阳能电池板2，雷达波多普勒测流仪朝向渠道水面布置，进行非接触式测流。
所述测桥11的桥栏12上设有水平布置的滑轨5，测流装置主机1上设有与滑轨5匹配的滑轮4，测流装置主机1可以沿滑轨5在水平方向进行调整。
所述雷达波多普勒测流仪9通过支架3安装在测流装置主机上，或者雷达波多普勒明渠测流仪直接安装在明渠的中心线上，也就是测桥的中心线上。
所述测桥11上设有走航牵引索15，牵引测流装置主机1在水平方向移动走航测流。
所述走航牵引索15设置在明渠两岸上，两端分别设有太阳能走航装置野外保护箱16和走航索张紧野外保护箱17。
所述测流装置主机1与测桥11之间设有下靠墙轮8，调整测流装置主机1的位置角度。
在实施例中，雷达波多普勒明渠测流仪匹配在测流装置主机1的靠下部位，采用支架3固定，由测流装置主机1的太阳能电池板2提供电源，雷达波多普勒明渠测流仪的信号电缆连接测流装置主机1。
一种明渠实时在线测流方法，步骤如下：
①测流方式为走航测流，测流断面垂线数为奇数，依据量水规范实现多垂线测流，远程设定走航测流模式，走航结束自动返渠道中线，与此同时，雷达波多普勒测流仪同步监测测流断面的表面中心流速；
②当走航测流完成时，测流装置主机1停止在渠道中间，通过自学习，得到渠道表面中间流速与平均流速的关系，通过实时测量渠道表面中间流速即可实现实时测流；
③实时在线测量渠道表面中心流速，可以得到对应平均流速；
④流速变化或水位变化时自动启动走航测流，得到新的渠道表面中心流速与平均流速关系；
⑤淤积渠道行水期间，最多两天需要走航测流一次；
⑥在放水结束、需要故障、维护、清理时，人工控制返回岸边；
其优点为：走航式垂线测流仪用于雷达波多普勒测流仪流量精度率定，雷达波多普勒测流仪采用非接触式测流，不涉及漂浮物，利用雷达波多普勒测流仪的特点可实现渠道实时在线测流。
Claims (10)
1.一种明渠实时在线测流方法，其特征在于：增加朝向渠道水面的雷达波多普勒测流仪，进行非接触式测流；配重流速传感器作为流量精度率定设备，雷达波多普勒测流仪作为流量实时在线监测设备；测流装置主机提供平均流速、水位、输水断面、流量的同时，雷达波多普勒测流仪监测渠道表面中心流速和中心水位，确定渠道表面中心流速与渠道平均流速对应关系；依据《灌溉渠道系统量水规范》GB/T 21303—2015的要求实现多垂线测流，得到的渠道平均流速以及渠道表面中心流速与渠道平均流速关系，通过实时测量渠道表面中心流速，就可得到对应的渠道平均流速；在输水断面相同的情况下，通过流速面积法计算出流量，实现输水断面的实时在线自动测流。
2.根据权利要求1所述的一种明渠实时在线测流方法，其特征在于：如果渠道水位跳变或流速跳变时，再次走航测流，得到新的表面中心流速与渠道平均流速关系。
3.根据权利要求1或2所述的一种明渠实时在线测流方法，其特征在于：所述雷达波多普勒明渠测流仪安装在测流装置主机上，与测流装置主机一起沿明渠断面水平行走，需要对渠道表面中心进行测流时，雷达波多普勒明渠测流仪回到明渠的中心线上进行测流。
4.根据权利要求1或2所述的一种明渠实时在线测流方法，其特征在于：所述雷达波多普勒明渠测流仪可以直接安装在明渠的中心线上，对渠道表面中心进行测流。
5.一种明渠实时在线测流装置，其特征在于：包含测流装置主机（1）、太阳能电池板（2）、吊索（6）、配重流速传感器（7）和雷达波多普勒测流仪（9），在明渠（10）的测桥（11）上布设测流装置主机（1），测流装置主机（1）下面通过吊索（6）连接配重流速传感器（7），配重流速传感器（7）在水面下沿测流垂线进行测流；测流装置主机（1）上通过支架（3）设置太阳能电池板（2），雷达波多普勒测流仪朝向渠道水面布置，进行非接触式测流。
6.根据权利要求5所述的一种明渠实时在线测流装置，其特征在于：所述测桥（11）的桥栏（12）上设有水平布置的滑轨（5），测流装置主机（1）上设有与滑轨（5）匹配的滑轮（4），测流装置主机（1）可以沿滑轨（5）在水平方向进行调整。
7.根据权利要求5或6所述的一种明渠实时在线测流装置，其特征在于：所述雷达波多普勒测流仪（9）通过支架（3）安装在测流装置主机上。
8.根据权利要求5或6所述的一种明渠实时在线测流装置，其特征在于：，所述雷达波多普勒明渠测流仪（9）直接安装在明渠的中心线上，也就是测桥的中心线上。
9.根据权利要求5或6所述的一种明渠实时在线测流装置，其特征在于：所述测桥（11）上设有走航牵引索（15），牵引测流装置主机（1）在水平方向移动走航测流；所述走航牵引索（15）设置在明渠两岸上，两端分别设有太阳能走航装置野外保护箱（16）和走航索张紧野外保护箱（17）。
10.根据权利要求5或6所述的一种明渠实时在线测流装置，其特征在于：所述测流装置主机（1）与测桥（11）之间设有下靠墙轮（8），调整测流装置主机（1）的位置角度。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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