[发明专利]一种基于超声波传感器的薄层水流滚波测量系统与方法

摘要

本发明涉及一种基于超声波传感器的薄层水流滚波测量系统与方法，包括：架设在平坦坡面上的多个超声波传感器，将至少两个超声波传感器编为一组，将多个超声波传感器分为多个组，各组超声波传感器沿水流方向一字型排列；各组中的超声波传感器沿水流方向一字排列，超声波传感器之间的距离大于被测滚波的宽度，小于被测滚波之间的间距。本发明采用在产生薄层水流滚波的位置，如水渠、水坝溢洪道或实验室中的水槽上安装超声波传感器，利用灵敏的超声波传感器检测水流的厚度变化，实现对滚波的观测，以及精确的数据采集，完全排除了人为检测的因素，全自动的完成了各种数据的采集，既精确又快捷，节约了人力、物力，提高了观测效率。

主权项

1.一种基于超声波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：架设在平坦坡面上的多个超声波传感器，所述的超声波传感器是这样排列的：将至少两个超声波传感器编为一组，将多个超声波传感器分为多个组，各组超声波传感器沿水流方向一字型排列；各组中的超声波传感器沿水流方向一字排列，超声波传感器之间的距离大于被测滚波的宽度，小于被测滚波之间的间距，所述的多个超声波传感器依次与数据采集控制器、控制电脑连接，所述的超声波传感器上设有防雨滴保护罩，所述的超声波传感器设置在传感器支架上，所述的传感器支架包括：固定于所述坡面或构成坡面的水槽上的固定架，所述的固定架垂直于坡面，其上设置可调节超声波传感器与水面距离的上下移动架，所述的上下移动架垂直于固定架，其上设置固定两个超声波传感器的前后移动架，所述的前后移动架垂直于上下移动架，所述的水槽包括：安装所述固定架的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，所述的钢结构架在出水口一侧设置铰链，另一侧设置升降机构，所述的坡面是野外坡面，所述的固定架安装在沿坡面倾斜方向即水流方向的长杆上，多个固定架沿水流方向依次安装，所述的长杆通过地脚，固定在野外坡面上，所述的坡面是水坝泄洪槽坡面，所述的固定架安装在沿泄洪槽倾斜方向即水流方向的长杆上，多个固定架沿水流方向依次安装，所述的长杆通过地脚，固定在泄洪槽坡面上，所述的坡面是水渠坡面，所述的固定架安装在沿水渠倾斜方向即水流方向的长杆上，多个固定架沿水流方向依次安装，所述的长杆通过地脚固定在水渠两侧，其特征在，所述方法的步骤如下：设定采集频率的步骤：用于通过电脑设定超声波传感器的工作频率和采样频率；采集的步骤：用于首先采集传感器与坡面的距离，然后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；由于每组中的各个传感器之间的距离应当大于单个滚波的宽度d，但小于两个滚波之间的距离L，因此，一组超声波传感器检测到的是对单个滚波进行判断和检测；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。