[發明專利]一種明渠水位跟蹤便攜式超聲波自動測流方法

有效

• 申請號: 201911333301.5
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111141343B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 馬娟娟;周義仁;焦正海;李永業;郭向紅;孫西歡
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 太原倍智知識產權代理事務所(普通合伙) 14111
• 代理人: 戎文華

一種明渠水位跟蹤便攜式超聲波自動測流方法，所述自動測流方法是將自動測流裝置置于明渠渠道上方，并將支撐桿垂直插入水底，接通電源，液位超聲波傳感器先測量明渠水位高度，傳感器發射超聲波至水面，通過高度差計算獲得水位，測量桿通過滑塊在絲桿上下位移并在舵機帶動下作360度旋轉，智能控制器根據水位高度自動控制超聲波探頭位置，并分別置于水面和水底，相向交替發射接收超聲波，將采集數據無線傳輸到監控設備，根據時差法原理求得流速，利用程序自動算出整個渠道的流量并在液晶顯示屏上顯示出來，本方法不受水體環境影響，測量精度高，適用范圍廣，省時省力，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種明渠自動測流方法，具體來講，是一種依據超聲波時差法原理，利用超聲波傳感器和智能控制器自動測量明渠流量的方法。

背景技術

現有技術：趙政.基于超聲波時差法的非接觸式流量傳感器[J].自動化應用,2014(07):82-85.，流量測量儀表種類繁多，用超聲波來檢測流量是其中的一種重要方法，現有的超聲波流量測量方法主要是傳播時差法、多普勒法、相關法及波束偏移法，多普勒效應認為當發射器和接收器之間有相對運動的時候，接收器所傳感到的聲頻率會發生改變，這個相對于聲源頻率的變化就是多普勒頻移，其大小是正比于發射器與接收器之間的相對運動，這種方法主要應用于精度要求不高，含有固體顆粒及雜質比較多的場合，在比較潔凈的流體中就難以發揮作用。

現有技術：顧斌. 基于超聲波時差法檢測液壓系統流量計的研制[D].西安科技學,2009.，相關法是流動標記法的一種，其原理是測出流體在管道內流動時，流動介質中可以觀測到的某種示蹤標記沿流動方向兩固定點所渡越的時間，來求取流速及流量，相關法的測量精度高，但是需要多個傳感器，成本較高，并且只適用于小管道、小流量的測量。

現有技術：楊震. 基于超聲波時差法管道流量計積分算法及實驗研究[D].西安理工大學,2006.，波束偏移法利用超聲波在流體中傳播時因流體流動產生的波束的偏移量的大小來測量流量，這種方法靈敏度低，一般只用來測量大流量。

發明內容

本發明要解決的具體技術問題是現有測量方法測量精度低，適用范圍小，操作復雜的問題，并提供一種明渠水位跟蹤便攜式超聲波自動測流方法。

為了實現上述目的，本發明采取如下技術方案。

一種明渠水位跟蹤便攜式超聲波自動測流方法，其特征在于：所述自動測流方法是采用自動測流裝置按下列步驟進行的：

（1）手提自動測流裝置至明渠渠道上方，將支撐桿垂直置入水底，接通電源，點擊液晶顯示屏上的開始；

（2）液位超聲波傳感器測出水位，根據水位的高低，步進電機帶動滑塊上下滑移，舵機帶動測量桿旋轉；

（3）單片機程序運行，控制滑塊位移的距離和舵機旋轉的角度，使測量桿兩端的超聲波探頭分別位于水面與水底，開始測量，兩個超聲波探頭相向交替發射接收超聲波，液位超聲波傳感器將其輸出的模擬量信號通過A/D轉換為單片機識別的數字信號，通過單片機程序運行，將采集到的數據通過液晶顯示屏顯示，同時通過通訊接口傳輸到GPRS終端，實現上位機的在線監測，最終程序自動算出渠道斷面流量，并顯示于液晶顯示屏上；

所述測量桿是沿流速方向平行放置，在步進電機和舵機的帶動下，根據水位的高低，自動改變測量桿在豎直方向上的位置，舵機控制測量桿旋轉一定角度，使得兩個超聲波探頭分別位于水面與水底，此時測量桿與流速方向呈一定角度，通過時差法測出該條測線上的流速，對該流速進行修正，獲得斷面平均流速；或者

所述測量桿是與流速方向呈一定角度水平放置，根據水位，步進電機控制測量桿做豎直方向的線性移動，舵機控制測量桿旋轉一定角度，同樣使一探頭位于水面，另一探頭位于水底，測得該測線上的流速，此流速同時包含水平和豎直兩個方向的流速，由此尋求該流速與斷面平均流速的關系，獲得斷面平均流速。

進一步地，本發明有如下技術特征方案。