本發(fā)明涉及一種可多角度調(diào)節(jié)的時(shí)差法測(cè)流安裝裝置及測(cè)量方法，屬于水利設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、河道流量測(cè)量是水文工作的重要內(nèi)容之一，河道流量數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)是對(duì)環(huán)境，資源利用和保護(hù)的重要依據(jù)，水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)效性、可靠性、準(zhǔn)確性直接影響到管理人員的決策，隨著水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)要求的精細(xì)化和可執(zhí)行化，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)或定點(diǎn)監(jiān)測(cè)已不能滿足監(jiān)測(cè)需求，采用超聲波原理測(cè)量河道、渠道流量得以實(shí)現(xiàn)，在其測(cè)量時(shí)測(cè)量面與水流面的方向角度等都會(huì)影響測(cè)量精度，而隨著季節(jié)的變化，渠道水流面也會(huì)隨之變化，為了精確測(cè)量需要不斷調(diào)整換能器的方向角度及高度；為此申請(qǐng)人設(shè)計(jì)出一種可多角度調(diào)節(jié)的時(shí)差法測(cè)流安裝裝置，有效解決天然河道流量測(cè)量裝置隨河道水位變化和換能器安裝位置改變影響測(cè)量結(jié)果的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種可多角度調(diào)節(jié)的時(shí)差法測(cè)流安裝裝置及測(cè)量方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中天然河道流量測(cè)量裝置隨河道水位變化和換能器安裝位置改變影響測(cè)量結(jié)果的技術(shù)問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

3、一種可多角度調(diào)節(jié)的時(shí)差法測(cè)流安裝裝置，其特征在于：包括角度調(diào)節(jié)裝置、調(diào)節(jié)螺桿以及至少兩個(gè)連接底座，所述連接底座分別安裝在調(diào)節(jié)螺桿上且沿調(diào)節(jié)螺桿長(zhǎng)度方向上活動(dòng)設(shè)置，所述角度調(diào)節(jié)裝置安裝在對(duì)應(yīng)連接底座上，所述角度調(diào)節(jié)裝置包括第一角度調(diào)節(jié)裝置和第二角度調(diào)節(jié)裝置，所述第一角度調(diào)節(jié)裝置包括支撐座和連接座，所述支撐座上設(shè)置有第一調(diào)節(jié)滑軌，所述連接座上安裝有第一調(diào)節(jié)螺栓，所述連接座通過(guò)第一調(diào)節(jié)螺栓活動(dòng)安裝在第一調(diào)節(jié)滑軌內(nèi)，當(dāng)通過(guò)螺母上緊第一調(diào)節(jié)螺栓時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)連接座的固定，所述第二角度調(diào)節(jié)裝置包括轉(zhuǎn)向座，所述連接座上設(shè)置有第二調(diào)節(jié)滑軌，所述轉(zhuǎn)向座上安裝有第二調(diào)節(jié)螺栓，所述轉(zhuǎn)向座通過(guò)第二調(diào)節(jié)螺栓活動(dòng)安裝在第二調(diào)節(jié)滑軌內(nèi)，當(dāng)通過(guò)螺母上緊第二調(diào)節(jié)螺栓時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向座的固定，所述換能器安裝在轉(zhuǎn)向座上方。

4、進(jìn)一步的：所述連接座通過(guò)第一調(diào)節(jié)螺栓在支撐座上第一調(diào)節(jié)滑軌中的調(diào)節(jié)角度為30-150度，所述轉(zhuǎn)向座通過(guò)第二調(diào)節(jié)螺栓在連接座上的調(diào)節(jié)角度為30-150度。

5、上述結(jié)構(gòu)中：本發(fā)明提出的一種可多角度調(diào)節(jié)的時(shí)差法測(cè)流安裝裝置，包括角度調(diào)節(jié)裝置、調(diào)節(jié)螺桿以及至少兩個(gè)連接底座，所述連接底座分別安裝在調(diào)節(jié)螺桿上且沿調(diào)節(jié)螺桿長(zhǎng)度方向上活動(dòng)設(shè)置，所述角度調(diào)節(jié)裝置安裝在對(duì)應(yīng)連接底座上，換能器通過(guò)角度調(diào)節(jié)裝置可以實(shí)現(xiàn)角度的調(diào)整，方便其在使用時(shí)進(jìn)行角度的調(diào)整，滿足不同的使用環(huán)境與需求，通過(guò)調(diào)整連接底座在調(diào)節(jié)螺桿上的高度即可實(shí)現(xiàn)角度調(diào)節(jié)裝置的高度調(diào)整，安裝在角度調(diào)節(jié)裝置上的換能器也能夠隨之實(shí)現(xiàn)高度的調(diào)整，其中，角度調(diào)節(jié)裝置包括第一角度調(diào)節(jié)裝置和第二角度調(diào)節(jié)裝置，第一角度調(diào)節(jié)裝置和第二角度調(diào)節(jié)裝置都能夠?qū)崿F(xiàn)換能器的角度調(diào)節(jié)，使其能夠適用不同的使用環(huán)境，滿足換能器測(cè)流探頭的連接線與水流方向保持在30～60°之間，第一角度調(diào)節(jié)裝置包括支撐座和連接座，在支撐座上設(shè)置有第一調(diào)節(jié)滑軌，在連接座上安裝有第一調(diào)節(jié)螺栓，連接座通過(guò)第一調(diào)節(jié)螺栓活動(dòng)安裝在第一調(diào)節(jié)滑軌內(nèi)，第一調(diào)節(jié)滑軌設(shè)置為c型，通過(guò)調(diào)節(jié)第一調(diào)節(jié)螺栓在第一調(diào)節(jié)滑軌中的位置即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器的角度調(diào)節(jié)，當(dāng)通過(guò)螺母上緊第一調(diào)節(jié)螺栓時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)連接座的固定，第二角度調(diào)節(jié)裝置包括轉(zhuǎn)向座，在連接座上設(shè)置有第二調(diào)節(jié)滑軌，第二調(diào)節(jié)滑軌設(shè)置為c型，轉(zhuǎn)向座上安裝有第二調(diào)節(jié)螺栓，轉(zhuǎn)向座通過(guò)第二調(diào)節(jié)螺栓活動(dòng)安裝在第二調(diào)節(jié)滑軌內(nèi)，通過(guò)調(diào)節(jié)第二調(diào)節(jié)螺栓在第二調(diào)節(jié)滑軌中的位置即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器的二次角度調(diào)節(jié)，當(dāng)通過(guò)螺母上緊第二調(diào)節(jié)螺栓時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向座的固定，其中，換能器安裝在轉(zhuǎn)向座上方，連接座通過(guò)第一調(diào)節(jié)螺栓在支撐座上第一調(diào)節(jié)滑軌中的調(diào)節(jié)角度為30-150度，轉(zhuǎn)向座通過(guò)第二調(diào)節(jié)螺栓在連接座上的調(diào)節(jié)角度為30-150度。

6、進(jìn)一步的：還包括鎖緊螺栓，所述連接底座上設(shè)置有安裝座，所述角度調(diào)節(jié)裝置安裝在安裝座上，所述安裝座上設(shè)置有安裝孔，所述安裝座通過(guò)安裝孔活動(dòng)安裝在調(diào)節(jié)螺桿上，所述安裝座側(cè)面設(shè)置有調(diào)節(jié)孔，所述鎖緊螺栓安裝在調(diào)節(jié)孔內(nèi)，當(dāng)安裝座在調(diào)節(jié)螺桿上調(diào)節(jié)到預(yù)設(shè)位置處后，此時(shí)，擰緊鎖緊螺栓，將調(diào)節(jié)螺桿固定在安裝孔內(nèi)。

7、上述結(jié)構(gòu)中：在連接底座上設(shè)置有安裝座，角度調(diào)節(jié)裝置安裝在安裝座上，安裝座上設(shè)置有安裝孔，安裝座通過(guò)安裝孔即可活動(dòng)安裝在調(diào)節(jié)螺桿上，在安裝座側(cè)面設(shè)置有調(diào)節(jié)孔，鎖緊螺栓安裝在調(diào)節(jié)孔內(nèi)，在使用時(shí)，當(dāng)安裝座在調(diào)節(jié)螺桿上調(diào)節(jié)到預(yù)設(shè)位置處后，此時(shí)，擰緊鎖緊螺栓，將調(diào)節(jié)螺桿固定在安裝孔內(nèi)。

8、進(jìn)一步的：所述支撐座包括支撐底板和第一c型板，所述支撐底板的一端面固定在連接底座上，所述第一c型板垂直且相對(duì)固定在支撐底板的另一端面上，所述第一調(diào)節(jié)滑軌分別開設(shè)在第一c型板上。

9、上述結(jié)構(gòu)中：支撐座包括支撐底板和第一c型板，支撐座通過(guò)支撐底板實(shí)現(xiàn)固定在連接底座上，第一c型板垂直且相對(duì)固定在支撐底板的另一端面上，第一調(diào)節(jié)滑軌分別開設(shè)在第一c型板上，方便與第一調(diào)節(jié)螺栓相配合實(shí)現(xiàn)角度調(diào)節(jié)。

10、進(jìn)一步的：所述連接座包括上安裝板、下安裝板以及連接底板，所述上安裝板和下安裝板分別垂直固定在連接底板的上下兩端面上，所述第一調(diào)節(jié)螺栓安裝在下安裝板上，所述第二調(diào)節(jié)螺栓安裝在上安裝板上，所述上安裝板和下安裝板均設(shè)置為c型。

11、上述結(jié)構(gòu)中：連接座包括上安裝板、下安裝板以及連接底板，其中，上安裝板和下安裝板分別垂直固定在連接底板的上下兩端面上實(shí)現(xiàn)安裝與固定，第一調(diào)節(jié)螺栓安裝在下安裝板上，第二調(diào)節(jié)螺栓安裝在上安裝板上，分別方便與第一調(diào)節(jié)滑軌和第二調(diào)節(jié)滑軌配合實(shí)現(xiàn)換能器的第一次角度調(diào)節(jié)和第二次角度調(diào)節(jié)，上安裝板和下安裝板均設(shè)置為c型，方便與第一c型板和第二c型板配合。

12、進(jìn)一步的：所述轉(zhuǎn)向座包括轉(zhuǎn)向底板和第二c型板，所述第二c型板垂直且相對(duì)固定在轉(zhuǎn)向底板的一端面上，另一端面上安裝有換能器，所述第二調(diào)節(jié)滑軌分別開設(shè)在第二c型板上。

13、上述結(jié)構(gòu)中：轉(zhuǎn)向座包括轉(zhuǎn)向底板和第二c型板，其中，第二c型板垂直且相對(duì)固定在轉(zhuǎn)向底板的一端面上，換能器固定在另一端面上實(shí)現(xiàn)安裝與固定，第二調(diào)節(jié)滑軌分別開設(shè)在第二c型板上，方便與第二調(diào)節(jié)螺栓配合實(shí)現(xiàn)換能器的二次角度調(diào)節(jié)。

14、本發(fā)明提供一種可多角度調(diào)節(jié)的時(shí)差法測(cè)流安裝裝置的測(cè)量方法，所述時(shí)差法測(cè)流量計(jì)算步驟如下：

15、步驟1，設(shè)換能器安裝間距為l，水體中實(shí)際聲速為c，水流速度為v。

16、在順流情況下，聲波傳播時(shí)間t1滿足公式：

17、

18、逆流情況下，聲波傳播時(shí)間t2滿足公式：

19、

20、那么，聲波傳播時(shí)間差δt可表示為：

21、

22、通過(guò)對(duì)上述時(shí)間差公式進(jìn)行整理化簡(jiǎn)可得：

23、

24、進(jìn)一步可推導(dǎo)出水流速度v的表達(dá)式為：

25、

26、由于水流速度v相對(duì)于聲速c來(lái)說(shuō)是較小的值，v2相對(duì)c2可忽略不計(jì)，那么水流速度v近似表示為：

27、

28、步驟2，校準(zhǔn)聲速

29、聲速c需要根據(jù)實(shí)際環(huán)境因素進(jìn)行校準(zhǔn)，水溫t對(duì)聲速影響顯著，校準(zhǔn)聲速與水溫的經(jīng)驗(yàn)公式為：

30、c＝1449+4.6t-0.055t2

31、將實(shí)時(shí)測(cè)量的水溫值代入該公式，可得到經(jīng)過(guò)水溫因素校準(zhǔn)后的準(zhǔn)確聲速值c。

32、步驟3，校準(zhǔn)流量公式計(jì)算

33、已知過(guò)水?dāng)嗝婷娣e為a，流量q與流速v及過(guò)水?dāng)嗝婷娣e的關(guān)系為：

34、q＝a·v

35、將前面推導(dǎo)出的經(jīng)過(guò)近似處理后的流速v代入流量公式，可得校正后的流量計(jì)算公式為：

36、

37、其中，a是過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，c是根據(jù)水溫等因素校準(zhǔn)后的聲速，l是換能器間有效傳播距離，δt是實(shí)際測(cè)量得到的聲波傳播時(shí)間差，k3是校正系數(shù)。

38、k3由換能器角度、水體密度變化、水流紊流等因素對(duì)聲速以及整個(gè)流量計(jì)算的影響決定。

39、通過(guò)在不同位置、不同時(shí)間進(jìn)行多次測(cè)量，得到多組測(cè)量數(shù)據(jù)(δt,l,c,a,q)，利用最小二乘法求解得到最優(yōu)的k3值，從而完成流量計(jì)算模型的校正。

40、步驟4，持續(xù)優(yōu)化

41、在后續(xù)測(cè)量過(guò)程中，不斷重復(fù)上述數(shù)據(jù)收集和模型校正步驟，實(shí)時(shí)更新k3等參數(shù)，使流量計(jì)算模型能夠適應(yīng)河道環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，持續(xù)提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

42、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

43、1.本發(fā)明能夠遠(yuǎn)程地進(jìn)行水文流量監(jiān)測(cè)，能夠有效地減少人工參與，且其壽命長(zhǎng)，待機(jī)長(zhǎng)，通過(guò)設(shè)置連接底座和安裝座實(shí)現(xiàn)固定調(diào)節(jié)螺桿，松開安裝座上的鎖緊螺栓可以讓連接底座在調(diào)節(jié)螺桿上移動(dòng)，在檢修的時(shí)候可以將調(diào)節(jié)螺桿向塔身的方向收回，無(wú)需到調(diào)節(jié)螺桿的末端去檢修，提高了檢修的效率，同時(shí)也保證了檢修的安全性，還通過(guò)設(shè)置的第一角度調(diào)節(jié)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)換能器的一次角度調(diào)整，通過(guò)設(shè)置的第二角度調(diào)節(jié)裝置能夠?qū)崿F(xiàn)換能器的二次角度調(diào)整，使其在安裝和使用中更加方便，滿足換能器時(shí)差法測(cè)流探頭的連接線與水流方向保持在30～60°之間，使得測(cè)流效果最佳。

44、2.螺桿設(shè)置使得換能器易于上下調(diào)節(jié)，當(dāng)水位下降時(shí)，可以調(diào)節(jié)換能器高度，使其始終浸沒(méi)在水面以下。此外本安裝裝置適用范圍廣，可安裝于不同深度水域，根據(jù)水面高低調(diào)節(jié)換能器高度即可滿足浸沒(méi)安裝需求。

45、3.當(dāng)安裝好后，水面有障礙物(例如漂浮物、雜草)時(shí)測(cè)流效果不佳，此時(shí)可以利用角度調(diào)節(jié)裝置對(duì)換能器角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，只要滿足換能器時(shí)差法測(cè)流探頭的連接線與水流方向保持在30～60°之間，即可始終保持最佳測(cè)流效果。