[发明专利]一种基于压力传感器的薄层水流滚波测量系统与方法

权利要求书

1.一种基于压力传感器的薄层水流滚波测量系统，其特征在于，包括：设置在平坦的坡 面上的多个压力滚波传感器，所述的压力滚波传感器是这样排列的：将多个压力滚波传感 器分为多个组，每组两个压力滚波传感器，各组压力滚波传感器沿水流方向一字型排列，各 组压力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 压力滚波传感器沿水流方向一字排列，两个压力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，所述的各个压力滚波传感器依次与数据采集控制器、控制电脑连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的压力滚波传感器是：金属电阻应变 片或半导体应变片。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述的坡面是实验水槽的槽底，所述的 试验水槽包括：两侧槽帮和与所述的槽帮连接的槽底，所述的槽帮和槽底设置在钢结构架 上，所述的水槽一端设置进水口，另一端设置出水口，所述的出水口与循环水池管道连接， 所述的进水口通过水泵与所述的循环水池管道连接，所述的钢结构架出水口一侧设置铰 链，另一侧设置升降机构。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述的坡面是野外坡面，所述的压力滚 波传感器贴在野外坡面上。

5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述的坡面是水坝泄洪槽坡面，所述的 压力滚波传感器贴在水坝泄洪槽坡面上。

6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述的坡面是水渠坡面，所述的压力滚 波传感器贴在水渠坡面上。

7.一种使用权利要求1所述系统进行基于压力传感器的薄层水流滚波测量方法，其特 征在，所述方法的步骤如下：

设定采集频率的步骤：用于通过电脑设定压力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 水深；

计算滚波动能的步骤：用于利用滚波水深、时间间隔和沿程波速数据估算滚波动能。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的滚波平均水深、波高、波速、周期与 频率的计算方法如下：

平均水深的计算：当坡面有水流流过时，压力滚波传感器测量水面的高度h₁，经过n次采 集，对n个水深进行平均，得到断面的平均水深`；

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：每组压力滚波传感器之间的间距l除以每组压力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。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的滚波动能的计算步骤如下：

以滚波波速与压力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。