一种快速测量过水断面流量的多功能测量装置及方法与流程

本发明涉及测量过水断面流量的多功能测量装置，尤其涉及一种快速测量过水断面流量的多功能测量装置及方法。

背景技术：

在我国大江、大河以及各种自然水体的流速、流量检测中，大量使用的主要测验仪器是传统的转子式流速仪，在实际测量过程中，由于人为主观因素的影响，只能定性地在某一过水断面深度处测量流速和断面宽度，而过水断面不同深度处的流速和宽度是不同的，且过水断面的几何形状也不是规则的长方形，因此，只是简单的通过上述一次测量来计算断面面积和流量，只能是粗略估计，缺乏准确性。为解决这些问题，需要发明一种操作简单且提高测量精确性的装置。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单，易于操作，可用于测量过水断面流量的多功能测量装置及方法，有利于提高测量精度，提高测量效率。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种快速测量过水断面流量的多功能测量装置，包括基座、立杆、升降装置、流速测量传感器、宽度测量传感器和系统主机；所述的立杆垂直于所述的基座，所述的立杆在驱动装置的驱动下带着升降装置沿着所述的立杆上下移动，且所述的主机系统记录升降装置每次的升降高度；在所述的升降装置上安装有感应不同过水断面深度处流速信号的流速测量传感器，所述的宽度测量传感器安装在流速测量传感器上，用于测量不同过水断面深度处的断面宽度；所述的流速测量传感器、宽度测量传感器、驱动装置均与系统主机相连，所述的系统主机根据升降高度、流速信号和断面宽度计算得到整个过水断面的流量。

进一步的，所述的升降装置为一个防水装置，可沿着金属杆按规定距离(Δh)自由移动，在移动过程中可通过主机系统记录每次的升降高度。

进一步的，所述的流速测量传感器与升降装置相连，可感应不同断面深度处的流速信号，并将其传递给主机中流速传感系统，流速传感系统通过内置程序可计算出此断面深度处的流速；

进一步的，所述的宽度测量传感器为激光探测头，所述的激光探测头安装流速测量传感器外边缘的两侧，通过向过水断面两侧发射激光信号，并将其传递给主机中激光测距系统，激光测距系统通过内置程序可计算出不同过水断面深度处的宽度。

进一步的，所述的系统主机包括一个控制器，所述的控制器与显示屏、数字键、功能键、USB接口、SD卡存储口和电源相连；通过所述的数字键和功能键可设置升降装置每次的升降高度(Δh)，控制器通过内置程序可计算出不同过水断面深度处的宽度(w_i)和流速(v_i)，从而计算出不同断面深度范围内的流量(Q_i＝Δh*w_i*v_i)，然后基于有限元方法，通过累加求和进而可得到整个过水断面的流量(Q＝Q₁+Q₂+Q₃+……)。

进一步的，所述的数字键和功能键设置升降装置每次的升降高度，将设置的结果发送给控制器，所述的控制器控制驱动装置的旋转角度。

进一步的，所述的SD卡存储口插接SD卡存，测量和计算数据能自动保存到SD卡中并可通过USB接口进行数据传输。

所述的多功能测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤A，将所述的多功能测量装置放在需要测量的过水断面中间位置，并将其固定，把升降装置降到金属杆底部基座处；

步骤B，根据实际需要，在系统主机中结合数字键和功能键设置升降装置每次的升高高度；

步骤C，启动升降装置，测量其所在断面的流速、宽度和流量；

步骤D，升降装置自动再上升Δh，停留在另一个过水断面深度处，进行该断面的测量；

步骤E，依次上升设定高度进行不同断面的测量，直至测完整个过水断面；

步骤F，关闭升降装置，系统主机计算出整个过水断面的流量，测量和计算数据通过USB接口进行传输，最后关闭电源开关。

进一步的，所述的升降装置在每一个升高高度处停留，通过流速测量传感器测量此断面深度处的流速，同时激光探测头向左右两侧发射激光信号可测量出此断面深度处的宽度，系统主机计算出此升高高度范围内的流量。

进一步的，测量和计算得到的数据将依次显示在显示屏中，并自动保存到存储卡中。

进一步的，所述的控制器通过内置程序计算出不同过水断面深度处的宽度和流速，从而计算出不同断面深度范围内的流量，然后基于有限元方法，通过累加求和进而可得到整个过水断面的流量。

本发明的有益效果为：

结构简单，使用方便，可根据测量精度要求，设置相应的升降高度(Δh)，Δh越小，测量精度越高。

集测量过水断面高度、宽度、流速、流量以及数据传输于一体，提高了测量精度，克服了采用传统流速仪等设备量测的繁琐性与不准确性。

附图说明

图1是本发明量测升降装置；

图2是本发明流速传感装置和激光测距装置；

图3是本发明系统主机；

图4是本发明实际测量示意图。

其中1、基座，2、立杆，3、升降装置，4、流速测量传感器，5、宽度测量传感器，6、信号传感线，7、系统主机，8、显示屏，9、数字键，10、功能键，11、USB接口，12、SD卡存储口，13、驱动电机。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

在实际测量过程中，由于人为主观因素的影响，只能定性地在某一过水断面深度处测量流速和断面宽度，而过水断面不同深度处的流速和宽度是不同的，且过水断面的几何形状也不是规则的长方形，因此，只是简单的通过上述一次测量来计算断面面积和流量，只能是粗略估计，缺乏准确性。为解决这些问题，本发明提出了一种操作简单且提高测量精确性的装置，如下：

其包括基座1、立杆2、升降装置3、流速测量传感器4、宽度测量传感器5和系统主机7；立杆垂直于所述的基座，立杆在驱动装置的驱动下带着升降装置沿着所述的立杆上下移动，且所述的主机系统记录升降装置每次的升降高度；在所述的升降装置上安装有感应不同过水断面深度处流速信号的流速测量传感器，所述的宽度测量传感器安装在流速测量传感器上，用于测量不同过水断面深度处的断面宽度；所述的流速测量传感器、宽度测量传感器、驱动装置均与系统主机相连，所述的系统主机根据升降高度、流速信号和断面宽度计算得到整个过水断面的流量。本发明集测量过水断面高度、宽度、流速、流量以及数据传输于一体，提高了测量精度，克服了采用传统流速仪等设备量测的繁琐性与不准确性。

具体的实施方式如图1所示：

立杆2采用一个带有螺纹的金属杆，升降装置3采用一个螺母，所述的金属杆的一端焊接在基座上，另一端与一个驱动电机13相连，所述的驱动电机13驱动金属杆旋转，所述的金属杆驱动所述的螺母上下运动，流速测量传感器安装在螺母上，系统主机驱动电机旋转，进而实现螺母的上下运动。

升降装置3为防水装置，可沿着金属杆1按规定距离(Δh)自由移动，在移动过程中可通过系统主机5记录每次的升降高度。

流速测量传感器4与升降装置3相连，可感应不同断面深度处的流速信号，并将其传递给系统主机7中流速传感系统，流速传感系统通过内置程序可计算出此断面深度处的流速。

宽度测量传感器5采用激光探测头，还可以是别的其他宽度测量的传感器，如果选择激光探测头，则激光探测头位于流速测量传感器4外边缘的两侧，通过向过水断面两侧发射激光信号，并将其传递给系统主机7中激光测距系统，激光测距系统通过内置程序可计算出不同过水断面深度处的宽度(激光往返目标可计算出距离a和b，另外加上两激光探测头之间的距离c，即可得到所需要的数值，a+b+c)。

流速测量传感器4和激光探测头通过信号传感线6与系统主机7相连。

系统主机7由显示屏8、数字键9、功能键10、USB接口11、SD卡存储口12以及内置综合系统组成，通过数字键8和功能键9可设置每次的升降高度(Δh)，内置综合系统通过内置程序可计算出不同过水断面深度处的宽度(w_i)和流速(v_i)，从而计算出不同断面深度范围内的流量(Q_i＝Δh*w_i*v_i)，然后基于有限元方法，通过累加求和进而可得到整个过水断面的流量(Q＝Q₁+Q₂+Q₃+……)。

系统主机7内部装有USB接口11及SD卡存储口12，测量和计算数据能自动保存到存储卡中并可通过USB接口11进行数据传输。

内置综合系统包括一个控制器和一些必要的软件程序，这些软件程序都是一些现有程序，来实现过水断面的流量的计算、数据的存储以及数据的显示等一些基本的功能。

一种快速测量过水断面流量的多功能测量装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤A，将量测总装置放在需要测量的过水断面中间位置，并将其固定好，打开电源开关，把升降装置3降到金属杆2底部基座1处(过水断面底端)；

步骤B，根据实际需要，在系统主机7中结合数字键9和功能键10设置升降装置每次的升高高度(Δh)；

步骤C，启动升降装置3，升降装置3首先在第一个升高高度(Δh)处停留，通过流速测量传感器4测量此断面深度处的流速(v₁)，同时激光探测头向左右两侧发射激光信号可测量出此断面深度处的宽度(w₁)，系统主机7通过内置系统可计算出此升高高度(Δh)范围内的流量(Q₁)；

步骤D，测量完一个断面深度处的流速、宽度和流量后，升降装置3会自动再上升Δh，停留在另一个过水断面深度处，从而进行此断面深度处的测量，升降装置3依次上升从而实现对过水断面的连续测量，测量和计算数据将依次显示在显示屏8中，并自动保存到存储卡中；

步骤E，测量完毕后，关闭升降装置3，系统主机7可计算出整个过水断面的流量(Q)，测量和计算数据可通过USB接口11进行传输，最后关闭电源开关。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。