[發(fā)明專利]一種水面上測量多流態(tài)水體流量的裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010560052.X
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111649791B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙曉波;吳輝;李春貴;楊瓊;樂佳
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江省水利河口研究院
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 應(yīng)孔月

本發(fā)明公開了一種水面上測量多流態(tài)水體流量的裝置及方法，包括：發(fā)射頭，用于發(fā)射激光；能量聚焦器，用于對激光進(jìn)行能量聚焦，聚焦后以預(yù)定角度射向水體，產(chǎn)生反射光、折射光以及散射光；反射墊層，用于對折射光進(jìn)行反射，反射出水面后產(chǎn)生折射光；接收頭，用于接收反射光、折射光以及散射光；光電轉(zhuǎn)換器，用于對接收頭接收到的反射光、折射光以及散射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，得到電壓信號；A/D轉(zhuǎn)換器，用于對電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；處理器，用于接收數(shù)字信號，利用光能衰減數(shù)學(xué)模型和逼近數(shù)學(xué)模型，得到選定的光的頻率及頻率差，根據(jù)頻率差大小與水體流速存在正比例關(guān)系，利用流速頻率差數(shù)學(xué)模型計算出水體平均流速，根據(jù)過水?dāng)嗝娼孛娣e推算流量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水體流量測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水面上測量多流態(tài)水體流量的裝置及方法。

背景技術(shù)

流量是能源計量、環(huán)境保護(hù)、交通運(yùn)輸?shù)葴y量過程中的一個重要參數(shù)。近十多年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，流體流量測量方法逐漸增多，較為明顯的是流量計的應(yīng)用數(shù)量、種類增長較快，測量準(zhǔn)確度越來越高,流量的測量范圍越來越廣。同時,對測量介質(zhì)的要求在降低，智能化程度及可靠性得到了很大的提高。

目前市場流量計主要有壓差式流量計、浮子流量計、容積式流量計、渦輪流量計、電磁流量計、渦街流量計、超聲流量計、科里奧利流量計等，各種流量計測量原理、方法不盡相同，適用的測量介質(zhì)、范圍也不一樣，測量精度、簡便程度上各有利弊。由于不同流量計的測量原理、方法不同,流量計的用途也不盡相同,至今還沒有一種流量計、流量測量方法是通用的。每一種流量計總會由于其測量原理、方法的局限,對測量介質(zhì)種類、測量介質(zhì)特性和流動變動特性的適應(yīng)能力以及對環(huán)境條件的適應(yīng)能力等方面原因,在使用上受到或多或少的限制。

水也是一種流體，人類對水的測量具有悠久的歷史。從古羅馬人測量居民用水流量、古埃及人測量河水流量到現(xiàn)代對灌區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉流量、環(huán)境保護(hù)生態(tài)流量的計量,處處都需要流量監(jiān)測。目前，對自由流水的流量測量方法主要有利用建筑物、量水堰、超聲波、雷達(dá)波、電磁波等測流，儀器設(shè)備用的較多流量計主要有超聲波流量計、電磁流量計、雷達(dá)流速測算儀。

電磁流量計根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行流量測量，精度較高，但受工作條件影響較大，適用于測量管道流體流量，它需要接觸介質(zhì)，久之水垢、生銹容易降低測量精度；雷達(dá)流速測算儀根據(jù)反射波發(fā)生多普勒頻移原理測流量，一般安裝在水面，不需要接觸介質(zhì)，但僅能直接測水面(表面)流速，來推算水的流量，精度較低，對流體流態(tài)有要求。

超聲波流量計根據(jù)測量原理又分超聲波流速流量計以及超聲波水位流量計。超聲波流速流量計也是利用反射波發(fā)生多普勒頻移原理測流量，需要探頭放在水底，防滲要求高，不方便維護(hù)；超聲波水位流量計利用規(guī)則渠道水位與流量成線性關(guān)系，通過測量水位來推算流量，對水體流態(tài)要求高(一般要求均勻流)，精度低。

其它的流量計比如壓差式流量計、浮子流量計、科里奧利流量計等，測量方法不盡相同，但主要利用水體能量差測量流量，需要與水體直接接觸。他們一是安裝麻煩、維護(hù)不方便；二是部分流量計阻礙水流動，容易造成壓力損失；三是比較精貴，測流條件要求高，不適用于大面積推廣，這類流量計主要應(yīng)在工業(yè)領(lǐng)域，在農(nóng)業(yè)灌溉、環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域用的非常少。

根據(jù)上述流量測量方法存在的問題，需要發(fā)明一種不與水接觸，能測水體實際平均流速(非表面流速)，測量精度高，防滲要求低、維護(hù)方便、適于大面積推廣的流量測量方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例的目的是提供一種水面上測量多流態(tài)水體流量的裝置及方法，用以解決現(xiàn)有存在的精度低、維護(hù)不方便、對流態(tài)要求高的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實施例所采用的技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明實施例提供一種水面上測量多流態(tài)水體流量的裝置，包括：

發(fā)射頭，用于發(fā)射激光L1；