[发明专利]一种易沉淀水质明渠流量测量仪及其测量方法

摘要

本发明属于淤泥流量测量技术领域，具体涉及一种易沉淀水质明渠流量测量仪及其测量方法。其能实时的、在线的、准确的测量明渠流量而不受淤泥沉淀厚度的影响，解决了明渠流量测量不准确这一难题。为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括光电式淤泥厚度测量部件、液体冲力流速测量部件、手持终端和数据处理主板，光电式淤泥厚度测量部件通过发射板通信线连接到主板外壳的信号输出端口上，液体冲力流速测量部件通过测力信号线连接到主板外壳的测力信号端口，手持终端通过RS485数据通信线连接到主板外壳的RS485通信端口上，数据处理主板分别与信号输出端口、信号接收端口、测力信号端口和RS485通信端口连接。

主权项

一种易沉淀水质明渠流量测量仪的测量方法，其特征在于：所述的方法步骤为:(1)选择安装仪器的位置：选择渠道规则、渠底平整、安装位置的前后水速较平稳的地方；(2)记录安装参数：调节受力杆的底部距离外壳底板3～5cm，记录下该距离作为受力杆高度；测量渠宽、转轴到称重传感器受力点的距离l1，转轴到受力杆底部的距离l2，受力杆的宽度为l宽；(3)仪器装入明渠：将测量装置整体放入选择的安装位置，外壳底板与渠低紧密接触，水流在外壳底板之上流过，沿着水流方向，先经过液体冲力流速测量部件，再经过光电式淤泥厚度测量部件；(4)确定校准流速：使用标准表法分别测量底部、中间、表面与受力杆在同一过水断面处的水速，得出一个相对稳定的平均值作为校准流速；(5)使用手持终端设置参数：将记录的参数、校准流速设置进数据处理主板中，返回到手持终端的当前监测界面观察显示数据，包括水位、泥位、温度、流量、流速、冲力；(6)数据运算：根据采集到的参数以及用户设置的参数，数据处理主板进行运算处理，得到最终的水位、泥位、温度、流量、流速、冲力；首先，数据处理主板先计算得到水位、泥位、温度，根据温度采集电路采集到的信号，数据处理主板可以直接运算得到温度，根据光电式淤泥厚度测量部件的采样值及用户设置的基座值，得出水位、泥位的高低；其次，根据用户设置的受力杆高度得出实际的受力杆入水深度h等于水位‑受力杆高度；第三，计算初始力F0，数据处理主板根据液体冲力流速测量部件采集到的称重传感器受到的压力F压，以及l1、l2、l宽、h、校准流速，计算出初始力F0综合计算公式为：第四，计算流速v，数据处理主板根据称重传感器受到的压力F压，以及l1、l2、l宽、h、初始力F0，按照上式计算出实际的水流速度；最后，计算流量，水位高度减去泥位高度得到实际的不含淤泥的过水断面高度，根据过水断面的形状，计算出准确的过水断面面积，结合计算出来的流速，利用流速‑面积法可以得到水流的流量：Q＝vSt，其中Q为水流流量，S为过水断面面积，t为时间；(7)接入水文监测系统：使用RS485通信线将测量仪的RS485通信端口连接到水文监测系统的RS485通讯接口上搭建两者之间的通信线路，测量仪将采集到的数据上传到水文监测系统软件，用户在水文监测系统软件的实时数据界面就看到水位、泥位、温度、流量、流速、冲力信息；上述测量方法所采用的易沉淀水质明渠流量测量仪的结构包括光电式淤泥厚度测量部件、液体冲力流速测量部件、手持终端(26)和数据处理主板(14)，所述的光电式淤泥厚度测量部件与液体冲力流速测量部件通过螺杆(31)连接为一个整体；所述的光电式淤泥厚度测量部件通过发射板通信线(27)连接到主板外壳(25)的信号输出端口(15)上，通过接收板通信线(28)连接到主板外壳(25)的信号接收端口(16)上，所述的液体冲力流速测量部件通过测力信号线(29)连接到主板外壳(25)的测力信号端口(24)，所述的手持终端(26)通过RS485数据通信线(30)连接到主板外壳(25)的RS485通信端口(17)上，所述的数据处理主板(14)分别与信号输出端口(15)、信号接收端口(16)、测力信号端口(24)和RS485通信端口(17)连接；所述的光电式淤泥厚度测量部件包括相互平行的外壳底板(9)和外壳顶板一(11)，所述的外壳底板(9)和外壳顶板一(11)之间设置有与其垂直的发射板外壳(1)和接收板外壳(2)，所述的发射板外壳(1)上嵌设有发射板(3)，所述的接收板外壳(2)上嵌设有接收板(4)；所述的发射板(3)上等距分布有若干个发光二极管(5)，所述的发射板(3)通过防水胶(7)密封在发射板外壳(1)上；所述的接收板(4)上等距分布有若干个光敏三极管(6)，所述的接收板(4)通过防水胶(7)密封在接收板外壳(2)上；所述的发光二极管(5)与光敏三极管(6)的灯头一一对应；所述的发射板外壳(1)和接收板外壳(2)上分别设置有发射板通信端口(12)和接收板通信端口(13)；所述的液体冲力流速测量部件包括外壳顶板二(18)，所述的外壳顶板二(18)上通过传感器固定螺栓(20)连接有称重传感器(19)，所述的外壳顶板二的一端通过转轴(23)连接有受力杆(22)；所述的外壳顶板二(18)上还通过螺栓固定有主板外壳(25)，所述的主板外壳(25)内部固定有数据处理主板(14)；所述的称重传感器(19)通过测力信号线(29)连接到测力信号端口(24)上；所述的手持终端(26)通过RS485数据通信线(17)与数据处理主板(14)连接，用于进行参数设置；所述的光电式淤泥厚度测量部件与数据处理主板(14)结合用于测量水位、泥位位置；所述的液体冲力流速测量部件与数据处理主板(14)结合用于测量水流的流速；所述的手持终端用于设置参数。