[发明专利]一种水面上测量多流态水体流量的装置及方法

说明书

本发明公开了一种水面上测量多流态水体流量的装置及方法，包括：发射头，用于发射激光；能量聚焦器，用于对激光进行能量聚焦，聚焦后以预定角度射向水体，产生反射光、折射光以及散射光；反射垫层，用于对折射光进行反射，反射出水面后产生折射光；接收头，用于接收反射光、折射光以及散射光；光电转换器，用于对接收头接收到的反射光、折射光以及散射光进行光电转换，得到电压信号；A/D转换器，用于对电压信号转换成数字信号；处理器，用于接收数字信号，利用光能衰减数学模型和逼近数学模型，得到选定的光的频率及频率差，根据频率差大小与水体流速存在正比例关系，利用流速频率差数学模型计算出水体平均流速，根据过水断面截面积推算流量。

技术领域

本发明属于水体流量测量技术领域，具体涉及一种水面上测量多流态水体流量的装置及方法。

背景技术

流量是能源计量、环境保护、交通运输等测量过程中的一个重要参数。近十多年来，随着我国经济社会的快速发展，技术的进步，流体流量测量方法逐渐增多，较为明显的是流量计的应用数量、种类增长较快，测量准确度越来越高,流量的测量范围越来越广。同时,对测量介质的要求在降低，智能化程度及可靠性得到了很大的提高。

目前市场流量计主要有压差式流量计、浮子流量计、容积式流量计、涡轮流量计、电磁流量计、涡街流量计、超声流量计、科里奥利流量计等，各种流量计测量原理、方法不尽相同，适用的测量介质、范围也不一样，测量精度、简便程度上各有利弊。由于不同流量计的测量原理、方法不同,流量计的用途也不尽相同,至今还没有一种流量计、流量测量方法是通用的。每一种流量计总会由于其测量原理、方法的局限,对测量介质种类、测量介质特性和流动变动特性的适应能力以及对环境条件的适应能力等方面原因,在使用上受到或多或少的限制。

水也是一种流体，人类对水的测量具有悠久的历史。从古罗马人测量居民用水流量、古埃及人测量河水流量到现代对灌区农业灌溉流量、环境保护生态流量的计量,处处都需要流量监测。目前，对自由流水的流量测量方法主要有利用建筑物、量水堰、超声波、雷达波、电磁波等测流，仪器设备用的较多流量计主要有超声波流量计、电磁流量计、雷达流速测算仪。

电磁流量计根据法拉第电磁感应定律进行流量测量，精度较高，但受工作条件影响较大，适用于测量管道流体流量，它需要接触介质，久之水垢、生锈容易降低测量精度；雷达流速测算仪根据反射波发生多普勒频移原理测流量，一般安装在水面，不需要接触介质，但仅能直接测水面(表面)流速，来推算水的流量，精度较低，对流体流态有要求。

超声波流量计根据测量原理又分超声波流速流量计以及超声波水位流量计。超声波流速流量计也是利用反射波发生多普勒频移原理测流量，需要探头放在水底，防渗要求高，不方便维护；超声波水位流量计利用规则渠道水位与流量成线性关系，通过测量水位来推算流量，对水体流态要求高(一般要求均匀流)，精度低。

其它的流量计比如压差式流量计、浮子流量计、科里奥利流量计等，测量方法不尽相同，但主要利用水体能量差测量流量，需要与水体直接接触。他们一是安装麻烦、维护不方便；二是部分流量计阻碍水流动，容易造成压力损失；三是比较精贵，测流条件要求高，不适用于大面积推广，这类流量计主要应在工业领域，在农业灌溉、环境保护领域用的非常少。

根据上述流量测量方法存在的问题，需要发明一种不与水接触，能测水体实际平均流速(非表面流速)，测量精度高，防渗要求低、维护方便、适于大面积推广的流量测量方法。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种水面上测量多流态水体流量的装置及方法，用以解决现有存在的精度低、维护不方便、对流态要求高的问题。

为了达到上述目的，本发明实施例所采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供一种水面上测量多流态水体流量的装置，包括：

发射头，用于发射激光L1；