[发明专利]一种明渠断面水流量在线测量装置及测控方法

权利要求书

1.一种明渠断面水流量在线测量装置的测量方法，包括测量支撑架，所述测量支撑架上固定安装测杆组件，所述测杆组件与信号处理主机（11）通信；

所述测杆组件包括测杆（8）和测杆驱动机构，所述测杆（8）上固定有一组传感器；

所述测杆驱动机构包括测杆升降电机（10），所述测杆升降电机（10）的输出轴上固定连接码盘（4）和轴角编码器（5），所述码盘（4）固定连接所述测杆（8）；

所述传感器包括水流速测量传感器（6）、水体感知传感器（7）和测杆探底传感器（9），其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将所述测杆组件按需等间距布设在渠道上；

步骤二：每根测杆（8）代表一条测量垂线，根据渠道形态和宽度布设垂线，每条垂线处就是对应固定一套所述测杆组件；

步骤三：测杆（8）的初始位置为高于水面且与水面平行，测杆升降电机（10）通过所述码盘（4）带动所述测杆（8）工作，测杆（8）摆动并且一端没入水中，当所述测杆探底传感器（9）触碰水底触发报警时，通过轴角编码器（5）的测量数值和测杆（8）入水长度数据，信号处理主机（11）数学计算测量水体水深；

步骤四：探测到水深后，所述信号处理主机（11）计算需要提升的高度，由所述码盘（4）带动所述测杆（8）反向摆动，提升到设定位置，开始测量；

步骤五：对所述测杆（8）多个测点流速的测量和水深测量，通过所述信号处理主机（11）获得各测点流速数据和测量垂线水深数据；

步骤六：所述信号处理主机（11）通过获得每个测杆的测点流速数据和水深数据，按照规则计算每个测杆组件的平均流速、渠道平均流速、渠道瞬时流量、渠道累计流量等数据，对数据进行相应的存储、传输管理，将数据传输至云端或各级管理中心，实现对渠道流量的实时在线测量；

所述水深计算公式为：

（式1）

其中：H为水深；

为测杆探底传感器9触底时的测杆8入水长度，通过水体感知传感器7测得；

为测杆8与水面之间的夹角，通过轴角编码器5测得；

每个所述测杆（8）所处位置的平均流速计算如下：

采集每条测杆（8）上的一组水流速测量传感器（6）的测点流速：、、、、，此处水流速测量传感器（6）数量有5个；

计算测杆（8）所处位置的平均流速：

（式2）

计算两个测杆（8）间的平均流速：

（式3）

其中：渠道两边的水流流速：

，；

为测杆（8）序号，

为第条测杆（8）平均速度；

为岸边流速系数常数，与渠道的断面形状、渠岸的糙率、水流条件有关；

两条垂线之间的断面面积：

（式4）

其中H为水深，b为两条相邻的测杆（8）之间的间距；

其中渠道两边面积为：

，；其中为渠道一个岸边与第一个测杆（8）之间的间距，为渠道的另一个岸边与第n个测杆之间的间距；

计算两条垂线间的流量即渠道部分流量：

（式5）

计算断面流量即渠道瞬时流量：。

2.根据权利要求1所述的明渠断面水流量在线测量装置的测量方法，其特征在于，所述水体感知传感器（7）等间距固定在所述测杆（8）的迎水面上，所述水流速测量传感器（6）固定在所述测杆（8）的侧面，所述测杆探底传感器（9）固定在所述测杆（8）的底端。

3.根据权利要求2所述的明渠断面水流量在线测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量支撑架为水面浮体（2）或者桁架（14），所述测杆升降电机（10）固定连接所述水面浮体（2）或者所述桁架（14）上。

4.根据权利要求3所述的明渠断面水流量在线测量装置的测量方法，其特征在于，所述水面浮体（2）漂浮于渠道水面，所述水面浮体（2）固定一组水面浮体固定绳缆（3）一端，所述水面浮体固定绳缆（3）另一端固定在渠道河岸锚固桩（13）上，所述水面浮体（2）形状为梭状或柳叶状，两头尖尖，以减小对水的阻力和防止水体中杂物集聚。

5.根据权利要求4所述的明渠断面水流量在线测量装置的测量方法，其特征在于，所述桁架（14）架设于渠道上方，横跨整个渠道，所述桁架（14）的两端固定在渠道河岸上；

所述信号处理主机（11）固定在渠道立杆（1）上，所述渠道立杆（1）安装于渠道岸边，所述水流速测量传感器（6）、水体感知传感器（7）和测杆探底传感器（9）均电性连接所述信号处理主机（11）。