RU208404U1 - Устройство для измерения расхода воды на горных реках с бурным течением - Google Patents
Устройство для измерения расхода воды на горных реках с бурным течением Download PDFInfo
- Publication number
- RU208404U1 RU208404U1 RU2021119186U RU2021119186U RU208404U1 RU 208404 U1 RU208404 U1 RU 208404U1 RU 2021119186 U RU2021119186 U RU 2021119186U RU 2021119186 U RU2021119186 U RU 2021119186U RU 208404 U1 RU208404 U1 RU 208404U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water flow
- mountain
- frequency
- cut
- control unit
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области гидрометеорологических измерений и может быть использована в целях организации гидрологического мониторинга горных водотоков для автономного учёта стока воды. Задача, на решение которой направлено заявляемое в качестве полезной модели техническое решение, состоит в повышении точности и надежности учёта стока воды на горных реках с бурным течением. Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом устройстве для измерения расхода воды на горных реках с бурным течением, по связи расхода воды от частоты акустической волны, исходящей от водотока, содержащем акустический датчик, блок обработки и управления, предусмотрена установка акустического датчика, представляющего собой микрофон, работающий в диапазоне 100-10000 Гц, герметично встроенный в отсекатель-ограничитель посторонних шумов, выполненный в виде обрезка пластиковой трубы, направленной по траектории в центр водного потока, закрепленный на стойке держателе болтовым соединением.
Description
Полезная модель относится к области гидрометеорологических измерений и может быть использована в целях организации гидрологического мониторинга горных водотоков для автономного учета стока воды.
Известен ультразвуковой способ учета стока воды на естественных водотоках [Патент JP 2676321, МПК G01F 1/66; G01H 3/00; G01H 5/00; G01P 11/00; G01P 5/24, опубл. 12.11.1997], основанный на определение скорости потока по скорости распространения ультразвука в воде в поперечном сечении реки, который позволяет организовать дистанционный гидрологический мониторинг. Недостатком аналога является дороговизна и не применимость для горных потоков с бурным течением, из-за изменчивого рельефа дна, не позволяющего достаточно точно измерять площадь живого сечения.
Известен также способ учета стока на водомерных постах, разработанных для водотоков горно-предгорной зоны [Патент RU 2485451 МПК G01F 23/00, опубл. 20.06.2013] с систематическим учетом расходов воды по уровню скоростного напора в специально разработанной камере, соединенной трубами с водотоком. Такой способ позволяет повысить точность и надежность измерений, по сравнению с традиционными водомерными постами при организации их на водотоках с бурным режимом течения, так как на таких потоках отсутствует однозначная зависимость расхода воды от уровня. Главным недостатком данного способа является необходимость гидротехнического строительства, которое не всегда возможно и целесообразно на труднодоступных реках.
В качестве прототипа выбрано устройство для измерения расходов воды акустическим способом [Давыдов В.Д. Измерения расходов воды акустическим способом // Мелиорация и водное хозяйство, - 2009. - №3, - С. 45-46; Давыдов В.Д. Совершенствование средств водоучета и управления потоками // Мелиорация и водное хозяйство, - 2016, - №2, - С. 10-16.], основанное на том, что любой водоток представляет собой источник звуков разной интенсивности и частоты, а интенсивность звукового давления потоков жидкостей, характеризуемая частотой акустической волны, прямо пропорционально их расходу. Данное устройство, протестировано в гидравлической лаборатории на моделях водослива и водопада, имитирующих горные реки с бурным течением, и представляет собой акустическое устройство - шумомер с двумя акустическими датчиками, для определения разности между шумом, исходящим от водотока, и посторонними шумами. Недостатком прототипа является использование двух акустических датчиков, усложняющих конструкцию устройства и его технические характеристики, а главное оно предназначено для разовых измерений расхода и требует доработки для организации дистанционного гидрологического мониторинга.
Задача, на решение которой направлено заявляемое в качестве полезной модели техническое решение, состоит в повышении точности и надежности учета стока воды на горных реках с бурным течением за счет организации стационарных автономных наблюдений.
Технический результат достигается за счет того, что в заявляемом устройстве для измерения расхода воды на горных реках с бурным течением, по связи расхода воды от частоты акустической волны, исходящей от водотока, содержащем акустический датчик, блок обработки и управления, предусмотрена установка акустическою датчика, представляющего собой микрофон, работающий в диапазоне 100-10000 Гц, герметично встроенный в отсекатель-ограничитель посторонних шумов, выполненный в виде обрезка пластиковой трубы, направленной по траектории в центр водного потока, закрепленный на стойке держателе болтовым соединением.
Кроме того, заявляемая полезная модель отличается тем, что устройство включает солнечную батарею, обеспечивающую автономность его работы, а также модуль сотовой связи, расположенный в блоке обработки и управления, позволяющий дистанционно управлять периодичностью измерения и выгрузки данных на сервер, для вычисления расхода воды по линейной эмпирической зависимости, отражающей соответствие измеренного расхода исходящей из водотока частоте акустической волны.
Кроме того, заявляемая полезная модель отличается тем, что блок обработки и управления и стойка держатель с закрепленными на ней болтовым соединением отсекателем-ограничителем посторонних шумов и солнечной батареей, свинчиванием закреплены на опорной рамке, обеспечивающей стационарное устойчивое положение в исследуемом створе.
Связь между совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели и достигаемым техническим результатом состоит в использовании блока обработки и управления, а также ограничении посторонних шумов отсекателем-ограничителем, закрепленным на стойке держателе болтовым соединением и выполненным в виде обрезка пластиковой толстостенной трубы, направленной по траектории в центр водною потока, с герметично встроенным акустическим датчиком, представляющим собой микрофон, работающий в диапазоне 100-10000 Гц, что позволяет измерять расход воды на горных реках с бурным течением по эмпирической связи расхода воды от частоты акустической волны, исходящей от водотока, без использования второго акустического датчика, измеряющего посторонний шумовой фон.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-4.
На фиг. 1 представлена схема устройства для измерения расхода воды на горных реках с бурным течением, где:
1 - солнечная батарея;
2 - акустический датчик;
3 - отсекатель-ограничитель посторонних шумов;
4 - траектория направления в центр водного потока;
5 - стойка-держатель;
6 - блок обработки и управления;
7 - герметичная крышка;
8 - опорная рамка;
9 - незатопляемый и неподмываемый береговой откос;
10 - горный водоток с бурным течением.
На фиг. 2 представлен пример измеренного хода исходящей от водотока частоты акустической волны, Гц.
На фиг. 3 представлена зависимость расхода воды (Q, м3/с) от частоты звука (Ш, Гц) в створе р.Актру-Альплагерь, Q=f(Ш).
На фиг. 4 представлен гидрограф стока воды (р. Актру-Альплагерь), м3/с.
Пример осуществления полезной модели.
Устройство для измерения расхода воды на горных реках с бурным течением (фиг. 1) состоит из: солнечной батареи (1), обеспечивающей автономность энергоснабжения прибора; акустического датчика (2), представляющего собой микрофон, работающий в диапазоне 100-10000 Гц, герметично встроенного в отсекатель-ограничитель посторонних шумов (3), направленный по траектории (4) в центр водного потока, закрепленный на стойке держателе (5) болтовым соединением; легкого герметичного корпуса, внутри которого размещен блок обработки и управления (6) с дистанционной передачей данных обработанного аналогового звукового сигнала по каналам сотовой связи, морозостойкие аккумуляторы, заряжаемые от солнечной батареи; герметичная крышка (7), обеспечивающая возможность сброса данных на карту памяти SD/microSD, а также подключение через USB-порт для оперативного программирования микроконтроллера.
Блок обработки и управления, стойка держатель с закрепленными на ней болтовым соединением отсекателем-ограничителем посторонних шумов и солнечной батареей, свинчиванием закреплены на опорной рамке (8), устанавливаемой на незатопляемом и неподмываемом береговом откосе (9) как можно ближе к горному водотоку с бурным течением (10). Опорная рамка (8) закладывается камнями для обеспечения стационарного устойчивого положения устройства в исследуемом створе.
Функционирование устройства обеспечивается его правильной установкой в исследуемом створе реки (фиг. 1) в зоне покрытия сотовой связи (достаточно даже не устойчивой для передачи сообщений). С заданной оператором периодичностью (можно изменять дистанционно) производится измерение частоты акустической волны (фиг. 2) создаваемой водотоком с сохранением полученных данных в блоке обработки и управления передачей данных по каналу сотовой связи на сервер, доступный зарегистрированным пользователям.
Предлагаемое устройство было протестировано на гидрометрическом створе горно-ледниковой реки Актру (Горный Алтай). Обработка шумового сигнала производилась работающей от солнечной батареи системой автономного мониторинга состояния окружающей среды, сочетающей в себе малый вес, прочность и герметичность конструкций с финансовой доступностью. Измеренные с заданной периодичностью данные накапливаются на сервере, подвергаются фильтрации для устранения случайных выбросов.
Параллельно акустическим измерениям, при различной водности потока проводятся измерения расхода воды альтернативным способом: гидрометрической вертушкой, ультразвуковым датчиком, способом смешения. Ввиду линейности искомой эмпирической зависимости для исследуемого створа водотока надо иметь минимум 2 измерения расхода воды независимым методом при различной водности. Затем для исследуемого створа реки за совместный период наблюдений строится эмпирическая зависимость расхода воды от частоты акустической волны. Так для створа Актру-Альплагерь за совместный период наблюдений в июле-августе 2020 года, по 64 измерениям расхода воды стандартным гидрометрическим методом была получена зависимость расхода воды от частоты акустической волны (фиг. 3) с коэффициентом корреляции 0,77, которая подтвердила линейность искомой зависимости. Отклонение измеренных расходов от линейной зависимости во многом обусловлено пониженной точностью измерения расхода гидрометрической вертушкой на реках с бурным режимом течения и динамически неустойчивым руслом, так как на таких водотоках отсутствует однозначная зависимость расхода воды от уровня.
Проведенные полевые исследования выявили, что сток воды в реке Актру начинается при частоте акустической волны более 617 Гц. В результате получены характеристики стока за ранее не учитываемые переходные периоды (фиг. 4), что позволило, за счет ранее неохваченных традиционными гидрометрическими наблюдениями периодов, повысить точность и надежность учета стока воды на горных реках с бурным течением, удешевить организацию гидрологического мониторинга в горных районах, ликвидировать погрешность, связанную с человеческим фактором, многократно уменьшить трудозатраты.
Claims (2)
1. Устройство для измерения расхода воды на горных реках с бурным течением, по связи расхода воды от частоты акустической волны, исходящей от водотока, состоящее из акустического датчика, блока обработки и управления, отличающееся тем, что акустический датчик представляет собой микрофон, работающий в диапазоне 100-10000 Гц, герметично встроенный в отсекатель-ограничитель посторонних шумов, выполненный в виде обрезка пластиковой трубы, направленной по траектории в центр водного потока, закрепленный на стойке держателе болтовым соединением, при этом блок обработки и управления и стойка держатель с закрепленными на ней болтовым соединением отсекателем-ограничителем посторонних шумов и солнечной батареей, свинчиванием закреплены на опорной рамке.
2. Устройство для измерения расхода воды на горных реках с бурным течением по п. 1, отличающееся тем, что устройство включает модуль сотовой связи, расположенный в блоке обработки и управления, позволяющий дистанционно управлять периодичностью измерения и выгрузки данных на сервер, для вычисления расхода воды по линейной зависимости от частоты акустической волны, исходящей из водотока.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021119186U RU208404U1 (ru) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | Устройство для измерения расхода воды на горных реках с бурным течением |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021119186U RU208404U1 (ru) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | Устройство для измерения расхода воды на горных реках с бурным течением |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU208404U1 true RU208404U1 (ru) | 2021-12-16 |
Family
ID=79175615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021119186U RU208404U1 (ru) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | Устройство для измерения расхода воды на горных реках с бурным течением |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU208404U1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3625057A (en) * | 1967-11-01 | 1971-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | Ultrasonic flowmeter |
| SU1747912A1 (ru) * | 1989-10-09 | 1992-07-15 | Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им.А.Н.Севченко | Ультразвуковой частотный способ измерени расхода |
| RU2104498C1 (ru) * | 1993-02-16 | 1998-02-10 | Акционерное общество открытого типа "Самаранефтехимавтоматика" | Ультразвуковой частотно-импульсный способ измерения расхода и устройство для его осуществления |
| US5817949A (en) * | 1996-10-04 | 1998-10-06 | Dieterich Technology Holding Corp. | Ultrasonic flow meter and method |
-
2021
- 2021-07-01 RU RU2021119186U patent/RU208404U1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3625057A (en) * | 1967-11-01 | 1971-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | Ultrasonic flowmeter |
| SU1747912A1 (ru) * | 1989-10-09 | 1992-07-15 | Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им.А.Н.Севченко | Ультразвуковой частотный способ измерени расхода |
| RU2104498C1 (ru) * | 1993-02-16 | 1998-02-10 | Акционерное общество открытого типа "Самаранефтехимавтоматика" | Ультразвуковой частотно-импульсный способ измерения расхода и устройство для его осуществления |
| US5817949A (en) * | 1996-10-04 | 1998-10-06 | Dieterich Technology Holding Corp. | Ultrasonic flow meter and method |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Давыдов В.Д., Измерения расходов воды акустическим способом, Мелиорация и водное хозяйство, 2009, N 3, с. 45-46. * |
| Давыдов В.Д., Измерения расходов воды акустическим способом, Мелиорация и водное хозяйство, 2009, N 3, с. 45-46. Давыдов В.Д., Совершенствование средств водоучета и управления потоками, Мелиорация и водное хозяйство, 2016, N 2, с. 10-16. * |
| Давыдов В.Д., Совершенствование средств водоучета и управления потоками, Мелиорация и водное хозяйство, 2016, N 2, с. 10-16. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108318092A (zh) | 可用于非满管排水管道的流量测量装置 | |
| CN101672647A (zh) | 超声波明渠流量综合监测仪及测量方法 | |
| CN101718642A (zh) | 一种高速公路路面降雨径流污染的监测方法和装置 | |
| CN207600534U (zh) | 一种分布式流量测量装置 | |
| CN107179106A (zh) | 插入式超声波流量计、流量测量系统及方法 | |
| CN212132054U (zh) | 排水流量远程监测设备 | |
| CN110986892A (zh) | 一种径流流速与流量监测方法、监测装置和监测系统 | |
| CN111983187A (zh) | 一种适用于水田和旱地的农田径流监测装置 | |
| CN206074039U (zh) | 一种径流监测装置 | |
| CN108593023A (zh) | 利用雷达测速仪自动测量明渠流量的方法 | |
| RU208404U1 (ru) | Устройство для измерения расхода воды на горных реках с бурным течением | |
| CN211236898U (zh) | 一种海绵城市建设项目的监测系统 | |
| CN104567831A (zh) | 一种易沉淀水质明渠流量测量仪及其测量方法 | |
| CN208672667U (zh) | 一种分布式声学多普勒流量监测装置 | |
| CN207147568U (zh) | 插入式超声波流量计及流量测量系统 | |
| KR100556058B1 (ko) | 압력계, 수위계 및 유속계를 이용한 하수도 침전물 높이 및 유량 측정 시스템 | |
| CN108692773A (zh) | 一种基于人工智能技术的触手式传感测流仪及其测流方法 | |
| Sakphrom et al. | Simplified stream discharge estimation for hydrological application based on NB-IoT deployment | |
| CN104807517A (zh) | 一种用于灌区明渠自动量水的监测系统 | |
| CN209945339U (zh) | 一种水文流量高度监测装置 | |
| CN212363318U (zh) | 基于物联网的排水管道监测装置 | |
| CN208635856U (zh) | 河道流量实时在线测量装置 | |
| Yang et al. | Discharge estimation of the Shin-Yuan Canal using indirect method | |
| RU221070U1 (ru) | Устройство для измерения расхода воды и передачи данных на расстояние | |
| CN108645466A (zh) | 一种明渠多普勒流量计装置的测量方法 |