[发明专利]一种基于电磁传感器的薄层水流滚波测量系统与方法

权利要求书

1.一种基于电磁传感器的薄层水流滚波测量方法，所述方法所使用的系统包括：设置在平坦的坡面上的多个电磁滚波传感器，所述的电磁滚波传感器是这样排列的：将多个电磁滚波传感器分为多个组，每组两个电磁滚波传感器，各组电磁滚波传感器沿水流方向一字型排列，各组电磁滚波传感器之间的距离小于被测滚波的间距，大于被测滚波的宽度；各组中的两个电磁滚波传感器沿水流方向一字排列，两个电磁滚波传感器之间的距离大于被测滚波的波峰和波谷之间的距离，所述的各个电磁滚波传感器依次与数据采集控制器、控制电脑连接，所述的电磁滚波传感器包括：U形联通管，所述的U形联通管的一端设置在坡面的底部，所述U形联通管的另一端向大气敞开，U形联通管向大气敞开一侧设置导杆，所述的导杆中设有电磁感元件，所述的导杆上套有环形浮子；

其特征在于，所述方法的步骤如下：

设定采集频率的步骤：用于通过电脑设定电磁滚波传感器的采样频率；

采集的步骤：用于在带有滚波的水流来临时，所有传感器同步采集水位数据，并将采集的数据导入电脑中，对数据进行分析处理直接计算滚波周期、频率、波高、沿程波速与平均水位值；

计算滚波动能的步骤：用于利用滚波水位值、时间间隔和沿程波速数据估算滚波动能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的滚波平均水位值、波高、波速、周期与频率的计算方法如下：

平均水位值的计算：当坡面有水流流过时，电磁滚波传感器测量水面的高度h₁，经过n次采集，对n个水位值进行平均，得到断面的平均水位值`；

滚波的判定及波高的计算：将采集到的每一个水位值与平均水位值作比较，连续3次监测水位值大于平均水位值即为滚波，记录该期间的最大水位值，最大水位值h_max与平均水位值`的差值即为波高；

滚波波速计算：每组电磁滚波传感器之间的间距l除以每组电磁滚波传感器出现最大水位值的时间差t即为滚波波速v；

滚波周期和频率：单个传感器出现两次滚波的时间差就是滚波的周期T，周期的倒数则是滚波的频率f 。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的滚波动能的计算步骤如下：

以滚波波速与电磁滚波传感器连续两次记录之间的时长之积为横坐标，以连续记录且大于平均水位的水位值与平均水位值之差为纵坐标作图，描绘出滚波的横断面；

计算滚波的横断面的面积；

用滚波的横断面的面积乘以水的密度得到滚波的单宽质量；

将单宽质量乘以波速得到滚波的动量；

将单宽质量乘以波速的1/2次方得到滚波的动能。