CN115407082A - 一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的装置和方法 - Google Patents

一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及明渠流速和流量测量技术领域,具体涉及一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的装置和方法;包括终端处理器、存储器、显示模块、时钟和两个液位计,两个液位计均与终端处理器通信连接,终端处理器的信号输出端与显示模块的信号输出端连接,终端处理器的信号输入端与时钟的信号输出端连接,存储器与终端处理器双向通信连接;本发明通过两个液位计测量同一渠道两个特定位置相同时刻液位及液位差,然后根据液位差计算出被测区间渠道流体流速及变化,同时还可以通过区间液位感知时间差进行被测区间特定液位流速校核,安装方便,受外界因素影响较小,对于装置安装的现场环境要求不高。

Description

一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的装置和方法
技术领域
本发明涉及明渠流速和流量测量技术领域,具体涉及一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的装置和方法。
背景技术
明渠是一种具有自由表面(表面上各点受大气压强的作用)水流的渠道。根据它的形成可分为天然明渠和人工明渠。
现阶段常用的明渠流速、流量测量方法主要有:槽堰法、雷达多普勒测量、超声波多普勒测量和超声波时差法测量等,这些方法不是要建设槽堰和辅助工程设施,对安装渠道有要求,就是投资建设成本太高,用户压力大,关键是计量准确度与输水效率不能兼顾,槽堰法设备不贵、准确度也好,但槽堰施工费用不低,而且周期较长,同时它还有一个致命的问题就是影响输水效率;明渠雷达流量计看似高大上,采用非接触雷达波作为测量手段,可靠性肯定没的说,但表面流速换算成渠道平均流速还是靠经验;多声道超声波采用时差法分层测量渠道流速,因为分层假设的缘故,系统误差自然不容忽视,效果不出众,但成本不一般,而且只适用于矩形断面;多普勒超声波安装方便,效果也好,可是却存在天然缺陷,一旦前方观测区出现大的障碍物,那个误差肯定是不可接受的;还有所谓区间测速,首先在非明渠均匀流状态抓取时间点的特征很难捕获,其次即使捕获也非常态流速,误差较大。
综上所述,研发一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的装置和方法,仍是明渠流速和流量测量技术领域中亟需解决的关键问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题,本发明提供了一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的装置和方法,本发明通过两个液位计测量同一渠道两个特定位置相同时刻液位及液位差,然后根据液位差计算出被测区间渠道流体流速及变化,同时还可以通过区间液位感知时间差进行被测区间特定液位流速校核,安装方便,受外界因素影响较小,对于装置安装的现场环境要求不高。
为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:
本发明的第一方面:提供了一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的装置,包括终端处理器、存储器、显示器、时钟和液位计,其中:
所述终端处理器用于接收液位、液位差以及对应时间点,并通过计算获得流速值;
所述存储器用于存储程序以及各种数据信息,所述存储器与终端处理器双向通信连接;
所述显示器用于显示所接收的参数值,所述显示器的信号输入端与终端处理器的信号输出端连接;
所述时钟用于获取时间讯号,所述时钟的信号输出端与终端处理器的信号输入端连接;
所述液位计用于监测测量同一渠道两个特定位置相同时刻液位及液位差,所述液位计共设置有两个,且两个液位计的信号输出端均与终端处理器的信号输入端连接。
本发明进一步的设置为:两个所述液位计还用于将监测的液位及液位差实时传送至终端处理器,再由终端处理器存储至存储器中。
本发明进一步的设置为:两个所述液位计间隔设置于同一渠道具有上下游关系,且底坡坡度相同的非同一位置的两个特定位置上。
本发明的第二方面:还提供了一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的方法,包括以下步骤:
(1)将两个液位计间隔安装于同一渠道具有上下游关系,且底坡坡度相同的非同一位置的两个特定位置上;
(2)连接终端处理器、存储器、显示器、时钟和两个液位计;
(3)由上下游的两个液位计先后分别捕获液位示值非零态时的第一个有效液位及其时间点,将其传输给终端处理器,并根据当前液位和液位差,换算得到当前渠道被测区间的流速值;
(4)终端处理器根据上下游区间间距和非零液位捕获时间差,计算明渠流体在被测区间的流速,并步骤(3)中获得的流速值进行特定液位复核和校验。
本发明进一步的设置为:在步骤(2)中,所述连接包括以下内容:
将存储器与终端处理器双向通信连接;
显示器的信号输入端与终端处理器的信号输出端连接;
时钟的信号输出端与终端处理器的信号输入端连接;
两个液位计的信号输出端均与终端处理器的信号输入端连接。
本发明进一步的设置为:在步骤(4)中,终端处理器还会将参数值信息传输给显示器,由显示器进行显示。
有益效果
采用本发明提供的技术方案,与已知的公有技术相比,具有如下有益效果:
(1)本发明的两个液位计间隔设置于同一渠道具有上下游关系且底坡坡度相同的非同一位置的两个特定位置,测量同一渠道两个特定位置相同时刻液位及液位差,根据当前液位和液位差进一步换算得到当前渠道被测区间的流速值。
(2)本发明中由于两个液位计间隔设置于同一渠道上特定区间,通过上下游两个液位计先后分别捕获液位示值非零态时的第一个有效液位及其时间点,然后根据上下游区间间距和非零液位捕获时间差来计算明渠流体在被测区间的流速并对上面得出的流速值进行特定液位复核和校验。
附图说明
图1为本发明一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的装置的示意图;
图2为本发明实施例中非接触式液位计的安装原理示意图;
图3为本发明实施例中接触式液位计的安装原理示意图。
图中标号说明:
100、终端处理器;200、存储器;300、显示器;400、时钟;500、液位计。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述;显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等,应做广义理解,例如“连接”,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通;对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例:
如图1所示,本发明提供了一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的装置,包括终端处理器100、存储器200、显示器300、时钟400和液位计500,其中:终端处理器100用于接收液位、液位差以及对应时间点,并通过计算获得流速值;存储器200用于存储程序以及各种数据信息,存储器200与终端处理器100双向通信连接;显示器300用于显示所接收的参数值,显示器300的信号输入端与终端处理器100的信号输出端连接;时钟400用于获取时间讯号,时钟400的信号输出端与终端处理器100的信号输入端连接;液位计500用于监测测量同一渠道两个特定位置相同时刻液位及液位差,液位计500共设置有两个,且两个液位计500的信号输出端均与终端处理器100的信号输入端连接。
此外,两个液位计500还用于将监测的液位及液位差实时传送至终端处理器100,再由终端处理器100存储至存储器200中。
进一步的,两个液位计500间隔设置于同一渠道具有上下游关系,且底坡坡度相同的非同一位置的两个特定位置上。
在本实施例中,由两个液位计500测量同一渠道两个特定位置相同时刻液位及液位差,将其传输给终端处理器100,根据当前液位和液位差并结合当前渠道断面形状、糙率以及渠道坡降等参数进一步换算得到当前渠道测量区间的流速值,程序和各种数据信息均被存放在存储器200中,由时钟400为本装置提供准确的时间讯号。
此外,本发明还提供了一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的方法,包括以下步骤:
(1)将两个液位计500间隔安装于同一渠道具有上下游关系,且底坡坡度相同的非同一位置的两个特定位置上;
(2)连接终端处理器100、存储器200、显示器300、时钟400和两个液位计500;
进一步的,连接包括以下内容:
将存储器200与终端处理器100双向通信连接;
显示器300的信号输入端与终端处理器100的信号输出端连接;
时钟400的信号输出端与终端处理器100的信号输入端连接;
两个液位计500的信号输出端均与终端处理器100的信号输入端连接。
(3)由上下游的两个液位计500先后分别捕获液位示值非零态时的第一个有效液位及其时间点,将其传输给终端处理器100,并根据当前液位和液位差,换算得到当前渠道被测区间的流速值;
(4)终端处理器100根据上下游区间间距和非零液位捕获时间差,计算明渠流体在被测区间的流速,并步骤(3)中获得的流速值进行特定液位复核和校验。
进一步的,终端处理器100还会将参数值信息传输给显示器300,由显示器300进行显示。
本发明装置及方法的核心是一套基于液位和液位差的模型算法,其原理基于特定明渠自由水流的流速与θ(θ表示水平线与明渠渠道液面的夹角,这里的θ与上述特定区间液位差指的是同一个概念的不同表达方式)高度正相关,通过液位及液位差的实时监测,判断θ流速驱动机制及被测区间流体势能分布,结合渠道内壁阻力对当前渠道输水效率的影响,实时调整并计算当前渠道被测区间的流速值及其变化。
为了更好的对本发明所提供的装置和方法进行说明,如图2所示,实施测量的液位计500如果是超声波、雷达等非接触式的,间隔设置于同一渠道具有上下游关系且底坡坡度相同的非同一位置的两个特定位置的液位计500必须要被标高安装在同一水平线上,这样通过超声波或者雷达,本发明装置便可精确地测出H1、h1、H2、h2,根据反馈回来的数据实时计算出水平线与明渠渠道液面的夹角θ(即明渠特定区间液位差)和液位深度(或者水深),然后通过相关模型,准确获得明渠被测区间实时流速及流量的方法。
如果是投入式(接触式)液位传感器,则和上述非接触式液位计500稍有差别,如图3所示,可以通过测量获得h0的数据,需要说明的是,严格意义上讲h0属于渠道参数,对于特定的渠道来说,h0可以通过明渠底坡系数计算出来,当然通过测量得来的更能反映当前渠道的实际参数,也更具有价值(因为明渠渠道在运行过程中由于地质差异会产生不同成都的沉降和下陷,所以通过计算获得的h0可能与实际存在出入)。h1、h2是液位计500的实时度数,即液位示值,后面有关液位差及θ的计算同上。
同时,本发明所提供的装置和方法,两个液位计500间隔设置于同一渠道上特定区间,通过上下游两个液位计500先后分别捕获液位示值非零态时的第一个有效液位及其时间点,然后根据上下游区间间距和非零液位捕获时间差来计算明渠流体在被测区间的流速并对前面得出的流速值进行特定液位复核和校验。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的装置,其特征在于,包括终端处理器(100)、存储器(200)、显示器(300)、时钟(400)和液位计(500),其中:
所述终端处理器(100)用于接收液位、液位差以及对应时间点,并通过计算获得流速值;
所述存储器(200)用于存储程序以及各种数据信息,所述存储器(200)与终端处理器(100)双向通信连接;
所述显示器(300)用于显示所接收的参数值,所述显示器(300)的信号输入端与终端处理器(100)的信号输出端连接;
所述时钟(400)用于获取时间讯号,所述时钟(400)的信号输出端与终端处理器(100)的信号输入端连接;
所述液位计(500)用于监测测量同一渠道两个特定位置相同时刻液位及液位差,所述液位计(500)共设置有两个,且两个液位计(500)的信号输出端均与终端处理器(100)的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的装置,其特征在于,两个所述液位计(500)还用于将监测的液位及液位差实时传送至终端处理器(100),再由终端处理器(100)存储至存储器(200)中。
3.根据权利要求1所述的一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的装置,其特征在于,两个所述液位计(500)间隔设置于同一渠道具有上下游关系,且底坡坡度相同的非同一位置的两个特定位置上。
4.一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的方法,使用了权利要求1-3任意一项所述的通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的装置,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将两个液位计(500)间隔安装于同一渠道具有上下游关系,且底坡坡度相同的非同一位置的两个特定位置上;
(2)连接终端处理器(100)、存储器(200)、显示器(300)、时钟(400)和两个液位计(500);
(3)由上下游的两个液位计(500)先后分别捕获液位示值非零态时的第一个有效液位及其时间点,将其传输给终端处理器(100),并根据当前液位和液位差,换算得到当前渠道被测区间的流速值;
(4)终端处理器(100)根据上下游区间间距和非零液位捕获时间差,计算明渠流体在被测区间的流速,并步骤(3)中获得的流速值进行特定液位复核和校验。
5.根据权利要求4所述的一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的方法,其特征在于,在步骤(2)中,所述连接包括以下内容:
将存储器(200)与终端处理器(100)双向通信连接;
显示器(300)的信号输入端与终端处理器(100)的信号输出端连接;
时钟(400)的信号输出端与终端处理器(100)的信号输入端连接;
两个液位计(500)的信号输出端均与终端处理器(100)的信号输入端连接。
6.根据权利要求4所述的一种通过明渠特定区间液位差测量明渠流速的方法,其特征在于,在步骤(4)中,终端处理器(100)还会将参数值信息传输给显示器(300),由显示器(300)进行显示。
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