一种一体化挂装垂线测流仪及其测流方法与流程

[0001]
本发明涉及一种一体化挂装垂线测流仪及其测流方法，属于水利监测技术领域。


背景技术：

[0002]
目前，水利行业中明渠流量测量大量使用流速仪，采用的测流方法为流速面积法，即输水断面与平均流速的乘积；由于渠底淤积等原因，造成输水断面通常呈不规则性以及输水断面流速场的不均匀性，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，在每条测流垂线上分若干个测点，在明渠的测桥上使用测流装置（公知公用的）逐条测流垂线进行测量，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。这种测量方式存在的问题是：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；上述问题一直长期困扰着本领域。


技术实现要素：

[0003]
本发明目的是提供一种一体化挂装垂线测流仪及其测流方法，在被测输水断面上布设多台相同的测流装置，在测流指令下，同时测量各测流垂线淤积、各测流垂线的各测点流速，同时测量出水位，在输水断面流态相同的情况下，通过流速面积法计算出流量，实现输水断面的自动测流，提高测流精度，可以实现无人值守自动测流，解决背景技术中存在的上述问题。
[0004]
本发明的技术方案是：一种一体化挂装垂线测流仪，在明渠的测桥上布设多台相同的测流装置，测流装置包含测流装置主机、配重流速传感器和电源；多台测流装置主机沿明渠的被测输水断面上横向直线排列布置，每台测流装置主机为一个测流点，每台测流装置主机下面均通过吊索连接配重流速传感器，配重流速传感器位于各测流点的测流垂线上；测流装置主机与电源连接；多台测流装置主机在测流指令下，同时测量各测流垂线的淤积和各测流垂线的各测点流速，同时测量出水位，在输水断面流态相同的情况下，通过流速面积法计算出流量，实现输水断面的测流，提高测流精度。
[0005]
所述测流装置主机包含处理器、太阳能电源、吊索升降行程传感器、吊索升降电机、吊索卷扬机、水位传感器、内部吊索、吊索张力传感器和无线充电发射及通讯端，太阳能电源、吊索升降行程传感器、吊索升降电机、水位传感器、吊索张力传感器和无线充电发射及通讯端分别连接处理器，处理器控制吊索升降电机，吊索升降电机连接吊索卷扬机，吊索卷扬机匹配内部吊索，吊索张力传感器匹配在内部吊索与吊索之间，吊索张力传感器用于检测河底淤积。
[0006]
所述配重流速传感器包含流速传感器、流速传感器处理器、锂电池、配重、引导管、尾管、十字尾翼和吊索环；流速传感器、流速传感器处理器和锂电池均设置在配重内，配重的前端设置引导管，后端设置尾管，尾管的尾端设有十字尾翼，引导管、流速传感器和尾管前后贯通；配重上方设有吊索环，吊索连接在吊索环上；所述流速传感器和锂电池分别与流速传感器处理器连接。
[0007]
各个测流点测流装置完全相同，包括测流装置主机、配重流速传感器和电源的结构也完全相同。
[0008]
所述引导管及尾管可以是杆状，例如：导杆及尾杆。
[0009]
所述吊索环可以是两个，分别设置在配重流速传感器的两侧。
[0010]
本发明涉及的测流装置主机是本领域公知公用的测流设备，例如：流速仪、一体化测流装置等等。内部涉及的处理器是具有cpu芯片或模块的处理器，是本领域公知公用的。
[0011]
本发明涉及的流速传感器处理器是本领域公知公用的流速信号处理电路或模块，是流速传感器内的公知公用技术。
[0012]
所述流速传感器处理器发出的信号的传输方式有两种：1、无线传输：吊索环内设有无线充电接收及通讯端，与测流装置主机进行无线通讯；2、有线传输：将流速传感器处理器通过防水电缆与测流装置主机连接，进行有线通讯。
[0013]
所述流速传感器为声学式或电磁式，例如：采用超声波时差法传感器。
[0014]
所述测流装置主机上设有挂钩，测流装置主机通过挂钩挂在测桥上；所述测桥由桥栏、桥面和桥柱构成，桥柱上设置桥面，桥面上设有桥栏，所述测流装置主机的设置方式有两种：1、所述挂钩挂直接装在桥栏上；2、所述桥栏上设有水平布置的滑轨，测流装置主机通过挂钩挂在滑轨上；测流装置主机可以在滑轨上水平方向进行调整。
[0015]
所述测流装置主机的上部设有挂钩；测流装置主机下部与测桥之间设有调平螺栓和下靠墙轮，调平螺栓与下靠墙轮相匹配，对测流装置主机的垂直度进行调整。
[0016]
所述电源包括太阳能电源和交流电源等等。
[0017]
所述电源为太阳能电源，包括太阳能电池板和太阳能电池板支架，太阳能电池板支架的一端固定在测流装置主机上，另一端伸出并与太阳能电池板连接。
[0018]
所述挂钩可以为双吊点挂钩。
[0019]
所述挂钩带有防盗锁。
[0020]
一种一体化挂装垂线测流方法, 在被测明渠输水断面上的多个测流点上分别布设结构相同的测流装置，在测流指令下，同时测量输水断面测流点的各测流垂线淤积和各测流垂线的各测点流速，同时测量出测流点的水位，在输水断面流态相同的情况下，通过流速面积法计算出流量，实现输水断面的测流，提高测流精度。
[0021]
测流装置包含测流装置主机、配重流速传感器和电源，在各测流垂线的各个测点上逐点进行测量，通过流速面积法计算出流量，得出该测流点的输水断面的流量；将全部测流装置同时得出流量进行处理，得出最终的输水断面流量。
[0022]
可以通过测流装置主机的处理器进行自动控制，定时自动进行各测流点的输水断面测流，实现在输水断面上多个相同的测流装置无人值守同时自动测流。
[0023]
本发明的有益之处在于：采用本发明，
①
可实现输水断面多测流垂线同时测流，可使得原有多测流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
原有多测流垂线逐一测流方式，比如7条测流垂线设置时，测流装置需要工作7次，所需能源消耗极大，需要配备强大的电池（由于处于野外，没有合适的工业电源）；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
可以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。
附图说明
[0024]
图1是本发明实施例示意图；图2是本发明实施例配重流速传感器结构示意图；图3是本发明实施例配重流速传感器电路结构示意图；图4是本发明实施例测流装置主机示意图；图中：测流装置主机1、太阳能电池板2、太阳能电池板支架3、挂钩4、调平螺栓5、吊索6、配重流速传感器7、处理器8、太阳能电源9、吊索升降行程传感器10、吊索升降电机11、吊索卷扬机12、水位传感器13、内部吊索14、吊索张力传感器15、无线充电发射及通讯端16、流速传感器17、流速传感器处理器18、无线充电接收及通讯端19、锂电池20、配重21、引导管22、尾管23、十字尾翼24、吊索环25、下靠墙轮26、明渠27、测桥28、桥栏29、桥面30、桥柱31、滑轨32。
具体实施方式
[0025]
以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
[0026]
一种一体化挂装垂线测流仪，在明渠27的测桥28上布设多台相同的测流装置，测流装置包含测流装置主机1、配重流速传感器7和电源；多台测流装置主机1沿明渠27的被测输水断面上横向直线排列布置，每台测流装置主机1为一个测流点，每台测流装置主机1下面均通过吊索6连接配重流速传感器7，配重流速传感器7位于各测流点的测流垂线上；测流装置主机1与电源连接；多台测流装置主机1在测流指令下，同时测量各测流垂线的淤积和各测流垂线的各测点流速，同时测量出水位，在输水断面流态相同的情况下，通过流速面积法计算出流量，实现输水断面的测流，提高测流精度。
[0027]
所述测流装置主机1包含处理器8、太阳能电源9、吊索升降行程传感器10、吊索升降电机11、吊索卷扬机12、水位传感器13、内部吊索14、吊索张力传感器15和无线充电发射及通讯端16，太阳能电源、吊索升降行程传感器、吊索升降电机、水位传感器、吊索张力传感器和无线充电发射及通讯端分别连接处理器，处理器8控制吊索升降电机，吊索升降电机连接吊索卷扬机，吊索卷扬机匹配内部吊索，吊索张力传感器匹配在内部吊索14与吊索6之间，吊索张力传感器15用于检测河底淤积。
[0028]
所述配重流速传感器7包含流速传感器17、流速传感器处理器18、锂电池20、配重
21、引导管22、尾管23、十字尾翼24和吊索环25；流速传感器17、流速传感器处理器18和锂电池20均设置在配重21内，配重21的前端设置引导管22，后端设置尾管23，尾管23的尾端设有十字尾翼24，引导管、流速传感器和尾管前后贯通；配重21上方设有吊索环25，吊索6连接在吊索环25上；所述流速传感器17和锂电池20分别与流速传感器处理器18连接。
[0029]
各个测流点测流装置完全相同，包括测流装置主机1、配重流速传感器7和电源的结构也完全相同。
[0030]
所述引导管及尾管可以是杆状，例如：导杆及尾杆。
[0031]
所述吊索环25可以是两个，分别设置在配重流速传感器7的两侧。
[0032]
本发明涉及的测流装置主机1是本领域公知公用的测流设备，例如：流速仪和一体化测流装置等等。内部涉及的处理器8是具有cpu芯片或模块的处理器，是本领域公知公用的。
[0033]
本发明涉及的流速传感器处理器18是本领域公知公用的流速信号处理电路或模块，是流速传感器内的公知公用技术。
[0034]
所述流速传感器处理器18发出的信号的传输方式有两种：1、无线传输：吊索环25内设有无线充电接收及通讯端19，与测流装置主机1进行无线通讯；2、有线传输：将流速传感器处理器18通过防水电缆与测流装置主机1连接，进行有线通讯。
[0035]
所述流速传感器为声学式或电磁式，例如：采用超声波时差法传感器。
[0036]
所述测流装置主机1上设有挂钩4，测流装置主机1通过挂钩4挂在测桥28上；所述测桥28由桥栏29、桥面30和桥柱31构成，桥柱31上设置桥面30，桥面30上设有桥栏29，所述测流装置主机1的设置方式有两种：1、所述挂钩挂直接装在桥栏29上；2、所述桥栏29上设有水平布置的滑轨32，测流装置主机1通过挂钩4挂在滑轨32上；测流装置主机1可以在滑轨32上水平方向进行调整。
[0037]
所述测流装置主机1的上部设有挂钩4；测流装置主机1下部与测桥28之间设有调平螺栓5和下靠墙轮26，调平螺栓5与下靠墙轮26相匹配，对测流装置主机1的垂直度进行调整。
[0038]
所述电源包括太阳能电源和交流电源等等。
[0039]
所述电源为太阳能电源，包括太阳能电池板2和太阳能电池板支架3，太阳能电池板支架3的一端固定在测流装置主机1上，另一端伸出并与太阳能电池板2连接。
[0040]
所述挂钩可以为双吊点挂钩。
[0041]
所述挂钩带有防盗锁。
[0042]
一种一体化挂装垂线测流方法, 在被测明渠输水断面上的多个测流点上分别布设结构相同的测流装置，在测流指令下，同时测量输水断面测流点的各测流垂线淤积和各测流垂线的各测点流速，同时测量出测流点的水位，在输水断面流态相同的情况下，通过流速面积法计算出流量，实现输水断面的测流，提高测流精度。
[0043]
测流装置包含测流装置主机1、配重流速传感器7和电源，在各测流垂线的各个测点上逐点进行测量，通过流速面积法计算出流量，得出该测流点的输水断面的流量；将全部
测流装置同时得出流量进行处理，得出最终的输水断面流量。
[0044]
可以通过测流装置主机1的处理器8进行自动控制，定时自动进行个测流点的输水断面测流，实现在输水断面上多个相同的测流装置无人值守同时自动测流。
[0045]
在实施例中，将多个完全相同的测流装置主机1分别通过挂钩4挂在桥栏29上水平布置的滑轨32上，被测明渠输水断面上的每个测流点设置一台测流装置主机1，每个测流装置主机1分别匹配一个配重流速传感器7，测流装置主机1可以在滑轨上水平滑动，对测流装置主机1的位置进行调整；通过调平螺栓5对测流装置主机1的垂直度进行调整，使测流装置主机1垂直布置；测流装置主机1为一体化测流装置，采用太阳能电源供电。
[0046]
同时对各个测流装置主机1发出测流指令，各个测流装置主机1同时控制各自的吊索升降电机11驱动吊索卷扬机12转动，悬挂于吊索6上的配重流速传感器7到达测流点下方测流垂线上的测点，同时进行测流，测流数据通过配重流速传感器7的无线充电接收及通讯端19发送至测流装置主机1的无线充电发射及通讯端16，进入测流装置主机1的处理器8进行处理，水位传感器13测得的水位信息也进入处理器8进行处理，吊索升降行程传感器10将测流点淤积信息送入测流装置主机1的处理器8进行处理，在输水断面流态相同的情况下，通过流速面积法计算出该测流点的流量，实现该测流点的测流；各个测流装置主机1同时控制各自配重流速传感器7在测流点下方的测流垂线上逐个测点进行测流，将全部测流装置同时得出流量进行处理，得出最终的输水断面流量。
[0047]
所述吊索张力传感器15用于检测连为一体的内部吊索14与吊索6张力，当张力突然减小时说明配重流速传感器7已经接触到河底淤积，从而检测到河底淤积值。
[0048]
可以通过测流装置主机1的处理器8的自动控制，实现输水断面上多个相同的测流装置无人值守自动测流。
[0049]
所述测流装置主机1通过挂钩4挂在滑轨32上；测流装置主机1可以在滑轨32上水平方向进行调整；所述测流装置主机1的下部设有调平螺栓5和下靠墙轮26，调平螺栓5与下靠墙轮26相匹配，对测流装置主机1的垂直度进行调整。
[0050]
所述测流装置主机1的太阳能电源，包括太阳能电池板2和太阳能电池板支架3，太阳能电池板支架3的一端固定在测流装置主机1上，另一端伸出并与太阳能电池板2连接。