测量在河流、明渠或地下管道中流动的流体的表面速度的非侵入性方法和系统与流程

本发明涉及测量河流、明渠或地下管道或渠道上流体表面速度的方法和系统，所述表面速度被转换成流体流动的截面积中的平均速度，并且接着被转换成流率。更具体地，本发明涉及测量这种流体表面速度的非侵入性方法和固定式系统。

背景技术：

1、用于测量河流、明渠或下水道中的流体的流速的非侵入性方法、即探头与流体之间没有接触的方法正变得越来越流行。所使用的技术有声学方法、光学方法、激光方法和微波方法，最后一种方法是最流行的。

2、感测河流或渠道的流体速度的测量方法已经使用了很长时间。第一种方法包括将机械速度传感器附接到由操作者握持的杆件。当水位和/或水速太高而不能由操作者安全地进行测量时，必须放弃这种技术。此外，机械系统具有可能容易被流体携带的碎片损坏的移动部。

3、为了克服这个弱点，已开发了没有移动部的速度传感器，如电磁和超声波水速传感器。与机械系统一样，当附接到由操作者握持的杆件时，它们不能在水位和/或水速太高时使用。因此，没有移动部的速度传感器在来自明渠、河流或管道的流体中被附接。在这种配置中，它们通常测量非常局部的速度，并且它们也可能被碎片损坏或污染。

4、最近，固定式adcp(声学多普勒流速剖面仪)已被用来测量来自河流或明渠的流率。adpc可以在距离传感器几米到长距离的距离处测量速度，但这些传感器也可能被流体携带的碎片损坏或污染。

5、为了克服上述问题，已使用了非侵入性装置，主要是微波雷达装置，但是也有声学、激光和光学测量系统，它们从桥安装在流体上方或附接在检修孔中，以用于测量表面速度。

6、非侵入性方法的缺点是，它们测量流体的表面处的速度，即在具体条件下、特别是在低水速下或在阵风期间可能受到风的严重影响的表面速度。风可能使水面速度加速或减速，从而导致高误差，特别是当风顺着水吹动(加速)或逆着水吹动(减速)时是如此的。

技术实现思路

1、本发明旨在提供测量地下管道、河流或渠道中的流体表面速度、同时考虑风对表面速度测量值的影响的改进的非侵入性方法和系统。

2、为此，该系统包括非侵入性流体表面速度测量装置、以及风速和风向测量装置。此风测量装置用于验证由非侵入性流体表面速度测量装置执行的测量和/或取决于风速和风向而校正这些测量。优选地，首先使用风测量装置来验证由非侵入性流体表面速度测量装置执行的测量，并且接着取决于风速和风向而校正这些测量。

技术特征：

1.一种用于测量在河流、明渠或地下管道中流动的流体(7)的表面速度的固定式系统(01)，所述系统(01)包括：

2.根据权利要求1所述的固定式系统(01)，其中，所述风速和风向测量装置(03)还能够校正由所述非侵入性装置(02)进行的测量，以便考虑风对所述流体(7)的表面速度的影响。

3.根据权利要求1或2所述的固定式系统(01)，其中，所述风速和风向测量装置(03)是沿着2个轴线测量风向的装置。

4.根据权利要求1或2所述的固定式系统(01)，其中，所述风速和风向测量装置(03)是沿着3个轴线测量风向的装置。

5.根据前述权利要求中任一项所述的固定式系统(01)，其中，所述非侵入性装置(02)是产生向流体表面(07)发射的微波信号(05)的贴片天线或喇叭天线，所述流体表面(07)反射由所述贴片天线或喇叭天线捕获的具有多普勒频移的微波信号(06)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的固定式系统(01)，其中，所述固定式系统(01)中不包括无人机。

7.根据前述权利要求中任一项所述的固定式系统(01)，其中，所述风速和风向测量装置(03)附接在所述非侵入性装置(02)的上方、下方或侧面。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的固定式系统(01)，其中，所述风速和风向测量装置(03)远离所述非侵入性装置(02)安装。

9.一种用于计算流体(7)的流率的固定式系统(10)，所述固定式系统包括根据前述权利要求中任一项所述的用于测量所述流体(7)的表面速度的固定式系统(01)和非侵入性流体液位测量装置(04)。

10.一种使用根据权利要求1至9中任一项所述的固定式系统(01)来测量在河流、明渠或地下管道中流动的流体(7)的表面速度的方法，所述方法包含测量风速和风向以验证由所述非侵入性装置(2)执行的测量。

11.一种使用根据前一权利要求所述的固定式系统(01)测量在河流、明渠或地下管道中流动的流体(7)的表面速度的方法，所述方法包含测量风速和风向以验证并且还校正由所述非侵入性装置(2)执行的测量。

12.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述风向用于计算平行于流体流动方向的风速的轴向分量。

13.根据权利要求10至12所述的方法，其中，在测量时间期间，当有阵风时，当平行于流体流动方向的风速的轴向分量至少5倍于所述流体的表面速度时，或者当所述风向的变化大于70°时，流体表面速度测量值被作废。

14.根据前一权利要求所述的方法，其中，当在所述测量时间期间，平行于所述流体流动方向的所述风速的轴向分量至少5倍于所述流体的表面速度时，使用中值滤波器来作废所述流体表面速度测量值，所述中值滤波器比较x个最近连续的流体表面速度测量值，x是奇数，并且将这些流体表面速度测量值从低到高或从高到低排序，并选取中间值，受风影响的流体表面速度测量值实际上不是所述中间值，并且因此被作废。

15.根据权利要求10至14所述的方法，其中，基于算法或数学模型来校正所述流体表面速度，所述算法或数学模型是理论性的或经验性的。

16.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述算法或数学模型是经验性的，并且是基于在真实条件下在现场或在实验室中进行的测量。

技术总结
本发明涉及一种用于测量在河流、明渠或地下管道中流动的流体(7)的表面速度的固定式系统(01)，该系统(01)包括：‑非侵入性装置(02)，该非侵入性装置测量流体(7)的表面速度，‑风速和风向测量装置(03)，该风速和风向测量装置验证和/或校正由非侵入性装置(02)进行的测量，以便考虑风对流体的表面速度的影响。本发明还涉及根据风速和风向来验证和/或校正由非侵入性装置(02)执行的测量的方法。

技术研发人员：让-玛丽·塞瓦
受保护的技术使用者：福洛创尼科股份公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16