一种低水阻易安装的明渠时差法超声波流速仪的制作方法

本实用新型涉及一种明渠时差法超声波流速仪，特别是一种低水阻易安装的明渠时差法超声波流速仪。

背景技术：

目前常规的渠道量水方法有以下几种：

a、流速面积法：通过各种流速传感器将渠道的平均流速测量出来，然后通过灌渠的水位和渠道的形态换算出过流面积，利用平均流速乘以过流面积计算出相应的流量。

b、平均流速公式法：计算明渠水流速的平均流速的公式有很多，其中典型公式有谢才公式和曼宁公式，流速公式法是通过测量水面的坡度，预估粗糙度，结合水流截面积的形态，利用公式算出平均流速再计算出流量。

c、水位流量曲线法：利用水位流量曲线的对应关系，测量水位就可以算出流量，初次使用时需要使用其它设备对水位流量进行校准。

d、量水堰槽法：是在渠道中修建固定的堰槽，利用水位直接换算出流量，常用的堰槽有三角堰，矩形堰，梯形堰，巴歇尔槽等。

这四种方法中精度最高的是流速面积法，因为它是直接测量水流速度的，其它三种方法均是采用水力学公式利用水位换算出来的流量，由于各种灌渠建造的形状、所用材料不一，使的灌渠的糙度不一样，坡度不一样，因为计算中的各种系数的获取不一，造成测量误差太大。现已很少使用。而流速面积法由于目前多采用的多普勒流速仪、电磁流速仪，旋浆（杯）流速仪、雷达表面流速仪等只能测量渠道中一点的流速，用它来作为灌渠中的平均流速误差较大，特别是对于一些较宽的灌渠，由于水的流态不一，渠表面的糙度不一，使水渠中心和边沿，水的上、中、下层的流速不一样，很难用渠中某一点的流速作为整个渠道的过水流速，因而长期以来一直没有很好的在线测量流速进而测量流量的方法。

近些年，一些公司开始研发并生产明渠时差法超声波流速仪，但外观都比较大，且直接安装在渠道表面，影响水的流态，导致精度受到影响，当水体中有悬浮物时，经常撞击传感器，导致无法正常使用；市面上的明渠时差法超声波流速仪无法单独调整角度，以至对安装要求很高，导致安装成本很高，无法大面积推广。

时差法超声波流速仪的工作原理是：通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速。有流速的地方，时间差随着流速的增加而增加。时差法超声波流速仪有单个或多个信号通道。一个时差法超声波流速仪的信号通道越多，它的精度就越高。

超声波传播的方向性好，穿透能力强，接收的时候容易获得集中的声能，它在液体中传播距离远。

综上所述：已知技术缺点与不足之处是：常规的测量方法采用水力学公式利用水位换算出来的流量，由于各种灌渠建造的形状、所用材料不一，使的灌渠的糙度不一样，坡度不一样，因为计算中的各种系数的获取不一，造成测量误差太大。流速面积法由于目前多采用的多普勒流速仪、电磁流速仪，旋浆（杯）流速仪、雷达表面流速仪等只能测量渠道中一点的流速，用它作为灌渠中的平均流速误差较大，特别是对于一些较宽的灌渠，由于水的流态不一，渠表面的糙度不一，使水渠中心和边沿，水的上、中、下层的流速不一样，很难用渠中某一点的流速作为整个渠道的过水流速。市面上现有的明渠时差法超声波流速仪，但外观都比较大，且直接安装在渠道表面，影响水的流态，导致精度受到影响，当水体中有悬浮物时，经常撞击传感器，导致无法正常使用；市面上的明渠时差法超声波流速仪无法单独调整角度，以至对安装要求很高，导致安装成本很高，无法大面积推广。

技术实现要素：

本实用新型的任务是克服现有技术的缺点和不足之处，提供一种低水阻易安装的明渠时差法超声波流速仪，该超声波流速仪水阻小，不易被水中悬浮物破坏并提高了测量精度；易安装且安装成本较低，适宜大批量推广使用。

为了实现上述目的，本实用新型的明渠时差法超声波流速仪包括：积算仪、超声波换能器、预埋支架和调节部件；超声波换能器的信号传输电缆连接到积算仪内；超声波换能器安装在调节部件内；调节部件安装在预埋支架内；两个超声波换能器为一组，相对安装在渠道两侧上，对应收发超声波信息。

所述的积算仪包括：外壳、显示屏、数据采集电路和键盘；显示屏和键盘安装在外壳外表面；数据采集电路安装在外壳内。

所述的超声波换能器包括：超声波收发单元、螺纹连接柱和信号传输电缆；在超声波收发单元的正面为超声波收发端面，背面设置螺纹连接柱；信号传输电缆一端与超声波收发单元连接，另一端穿过螺纹连接柱，信号传输电缆在螺纹连接柱严格密封。

所述的预埋支架包括：调节部件安装板、左排污板、右排污板、声波导向板、上盖板、保型边框、l型安装架、线缆盒和穿线孔；在调节部件安装板左端设置声波导向板；在调节部件安装板下端和声波导向板下端分别设置右排污板、左排污板；在调节部件安装板上端和声波导向板上端设置上盖板；调节部件安装板、左排污板、右排污板、声波导向板、上盖板的前端均与保型边框连接；l型安装架设置在线缆盒和声波导向板的外侧面；在调节部件安装板背面设置线缆盒；在线缆盒上设置穿线孔。

所述的调节部件包括：转芯、前转套、后转套、转套固定板、与预埋支架连接板、固定顶丝和连接柱；前转套与后转套通过螺栓连接为一体，前转套与后转套内壁为完整的凹球弧面，转芯设置在前转套和后转套之间，转芯外壁为凸球弧面，凹球弧面与凸球弧面相适应，转芯能在前转套与后转套之间转动；后转套后设置转套固定板；与预埋支架连接板通过连接柱与转套固定板连接；两颗固定顶丝成90°设置在前转套的侧壁上，对转芯实施固定。

所述的数据采集电路包括：键盘接口电路、显示驱动电路、超声波信号处理电路和单片机；来自键盘的输入信息经键盘接口电路处理后进入单片机；来自超声波换能器的信号经超声波信号处理电路进入单片机；单片机输出的显示信息经显示驱动电路至显示屏。

所述的调节部件安装板与声波导向板夹角不小于110°；调节部件安装板与右排污板夹角不小于90°；声波导向板与左排污板夹角不小于90°；l型安装架不少于两件，且设置的高度相同；穿线孔设置在线缆盒侧面或者背面上。

所述的与预埋支架连接板安装在调节部件安装板上。

所述的超声波换能器为一组或多组。

有益效果，由于采用了上述方案，在同等明渠流速测量的情况下，本实用新型的明渠时差法超声波流速仪的水阻更小，不影响水的流态，提高了测量精度；避免水中悬浮物的冲击破坏，大大增加了传感器的寿命；超声波换能器可以万向调节，更易于现场安装，降低了安装成本，适宜大批量推广使用。

优点：减小水阻，不易被水中悬浮物破坏并提高了测量精度；易安装且安装成本较低，适宜大批量推广使用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的超声波换能器部件结构图。

图3为本实用新型的预埋支架部件结构图。

图4为图3的立体结构图。

图5为本实用新型的调节部件结构图。

图6为图5的a-a断面剖视结构图。

图7为图5的立体结构图。

图8为本实用新型的积算仪原理框图。

图中，1、积算仪；2、超声波换能器；3、预埋支架；4、调节部件；1-1、显示屏；1-2、数据采集电路；1-3、键盘；1-2-1、键盘接口电路；1-2-2、显示驱动电路；1-2-3、超声波信号处理电路；1-2-4、单片机；2-1、超声波收发单元；2-2、螺纹连接柱；2-3、信号传输电缆；3-1、调节部件安装板；3-2、左排污板；3-3、右排污板；3-4、声波导向板；3-5、上盖板；3-6、保型边框；3-7、l型安装架；3-8、线缆盒；3-9、穿线孔；4-1、转芯；4-2、前转套；4-3、后转套；4-4、转套固定板；4-5、与预埋支架连接板；4-6、固定顶丝；4-7、连接柱。

具体实施方式

实施例1：明渠时差法超声波流速仪包括：积算仪1、超声波换能器2、预埋支架3和调节部件4；超声波换能器2的信号传输电缆2-3连接到积算仪1内；超声波换能器2安装在调节部件4内；调节部件4安装在预埋支架3内；两个超声波换能器2为一组，相对安装在渠道两侧上，对应收发超声波信息。

所述的积算仪1包括：外壳、显示屏1-1、数据采集电路1-2和键盘1-3；显示屏1-1和键盘1-3安装在外壳外表面；数据采集电路1-2安装在外壳内。

所述的数据采集电路1-2包括：键盘接口电路1-2-1、显示驱动电路1-2-2、超声波信号处理电路1-2-3和单片机1-2-4；来自键盘1-3的输入信息经键盘接口电路1-2-1处理后进入单片机1-2-4；来自超声波换能器2的信号经超声波信号处理电路1-2-3进入单片机1-2-4；单片机1-2-4输出的显示信息经显示驱动电路1-2-2至显示屏1-1。

所述的超声波换能器2包括：超声波收发单元2-1、螺纹连接柱2-2和信号传输电缆2-3；在超声波收发单元2-1的正面为超声波收发端面，背面设置螺纹连接柱2-2；信号传输电缆2-3一端与超声波收发单元2-1连接，另一端穿过螺纹连接柱2-2，信号传输电缆2-3在螺纹连接柱2-2严格密封。

所述的预埋支架3包括：调节部件安装板3-1、左排污板3-2、右排污板3-3、声波导向板3-4、上盖板3-5、保型边框3-6、l型安装架3-7、线缆盒3-8和穿线孔3-9；在调节部件安装板3-1左端设置声波导向板3-4；在调节部件安装板3-1下端和声波导向板3-4下端分别设置右排污板3-3、左排污板3-2；在调节部件安装板3-1上端和声波导向板3-4上端设置上盖板3-5；调节部件安装板3-1、左排污板3-2、右排污板3-3、声波导向板3-4、上盖板3-5的前端均与保型边框3-6连接；l型安装架3-7设置在线缆盒3-8和声波导向板3-4的外侧面；在调节部件安装板3-1背面设置线缆盒3-8；在线缆盒3-8上设置穿线孔3-9。

所述的调节部件4包括：转芯4-1、前转套4-2、后转套4-3、转套固定板4-4、与预埋支架连接板4-5、固定顶丝4-6和连接柱4-7；前转套4-2与后转套4-3通过螺栓连接为一体，前转套4-2与后转套4-3内壁为完整的凹球弧面，转芯4-1设置在前转套4-2和后转套4-3之间，转芯4-1外壁为凸球弧面，凹球弧面与凸球弧面相适应，转芯4-1能在前转套4-2与后转套4-3之间转动；后转套4-3后设置转套固定板4-4；与预埋支架连接板4-5通过连接柱4-7与转套固定板4-4连接；两颗固定顶丝4-6成90°设置在前转套4-2的侧壁上，对转芯4-1实施固定。

所述的调节部件安装板3-1与声波导向板3-4夹角不小于110°；调节部件安装板3-1与右排污板3-3夹角不小于90°；声波导向板3-4与左排污板3-2夹角不小于90°；l型安装架3-7不少于两件，且设置的高度相同；穿线孔3-9设置在线缆盒3-8侧面或者背面上。

所述的与预埋支架连接板4-5安装在调节部件安装板3-1上。

所述的超声波换能器为一组或多组。