一種明渠水流自動(dòng)測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種明渠水流自動(dòng)測(cè)量方法，具體來(lái)講，是一種根據(jù)普朗德一卡門對(duì) 數(shù)模式，利用明渠水流自動(dòng)測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)明渠水流的自動(dòng)測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前大型灌區(qū)明渠渠道測(cè)流大多采用傳統(tǒng)的流速儀斷面測(cè)流法，這種方法工作量 大，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，效率低。如灌區(qū)測(cè)流一點(diǎn)法，即在0.6h水深處測(cè)流速，根據(jù)渠道同一過(guò)水 斷面的流速分布規(guī)律知道：一點(diǎn)法所測(cè)的流速不能完全代表測(cè)得的平均水流速度，因而會(huì) 產(chǎn)生一定的誤差。當(dāng)測(cè)速垂線數(shù)不足時(shí)，誤差將進(jìn)一步加大，對(duì)測(cè)流精度有很大影響。因此 消除測(cè)速垂線上測(cè)速點(diǎn)位置引起誤差的方法是增加測(cè)速垂線測(cè)點(diǎn)數(shù)和斷面水平測(cè)量次數(shù)。
[0003] 從國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)量水儀表雖測(cè)量精度高，但價(jià)格昂貴，在當(dāng)前我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)不 甚發(fā)達(dá)的情況下，難以應(yīng)用。
[0004] 單片機(jī)技術(shù)作為微電子時(shí)代的一種新型技術(shù)手段，因其具有體積小、價(jià)格低、功能 強(qiáng)、運(yùn)行速度快、可靠性高以及使用方便靈活等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，若將其運(yùn)用到水利行業(yè)中，便 能克服傳統(tǒng)測(cè)流方法量水精度低、不能實(shí)時(shí)連續(xù)記錄過(guò)程、勞動(dòng)強(qiáng)度大、資料統(tǒng)計(jì)麻煩等諸 多的局限性，且價(jià)格低廉，便于灌區(qū)推廣應(yīng)用。近年來(lái)，隨著大型灌區(qū)信息化建設(shè)進(jìn)程的加 快，配合各種傳統(tǒng)的量水建筑物，利用單片機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊等先進(jìn)技術(shù)測(cè)量明渠渠道的 流量和水量，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)測(cè)水量水的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在許多地方得到越來(lái)越多的應(yīng)用。因此，研究 并開(kāi)發(fā)測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉的明渠流量測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)盡早建設(shè)數(shù)字渠道、數(shù)字 灌區(qū)，實(shí)現(xiàn)水利信息化具有實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述現(xiàn)有明渠水流測(cè)量方法的不足，本發(fā)明提供一種明渠水流自動(dòng)測(cè)量方 法。
[0006] 實(shí)現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案如下。
[0007] -種明渠水流自動(dòng)測(cè)量方法，其所述方法是采用速度面積法通過(guò)明渠水流自動(dòng)測(cè) 量裝置實(shí)現(xiàn)其明渠水流自動(dòng)測(cè)量方法； 所述明渠水流自動(dòng)測(cè)量方法是：根據(jù)明渠液位高度和明渠道邊界，將明渠水流自動(dòng)測(cè) 量裝置的流速儀通過(guò)第一步進(jìn)電機(jī)和第一步進(jìn)電機(jī)深入到明渠中，并由上位機(jī)將自動(dòng)選取 測(cè)量特征點(diǎn)，通過(guò)水平位移，將明渠流通截面分成若干個(gè)面積相等面，然后通過(guò)流速儀測(cè)得 每個(gè)面的特征點(diǎn)流速，并以該特征點(diǎn)流速代表每一個(gè)面的平均流速，然后在上位機(jī)中根據(jù) 流量公式測(cè)出明渠的流量； 所述明渠水流自動(dòng)測(cè)量裝置是：在支架上部設(shè)置有第一位移絲杠，并由一端固定的第 一步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)支架上設(shè)置的L型滑板作水平位移；在所述L型滑板一側(cè)垂直設(shè)置有第二 位移絲杠，所述第二位移絲杠上設(shè)置有流速儀，并通過(guò)所述第二位移絲杠端頭固定的第二 步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)流速儀上下位移；第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)、流速儀以及太陽(yáng)能電板連接 有上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)明渠水流的自動(dòng)測(cè)量。
[0008] 本發(fā)明上述所提供得一種明渠水流自動(dòng)測(cè)量方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其所具有的 特點(diǎn)是本方法能根據(jù)實(shí)測(cè)渠道水位的高低自動(dòng)的進(jìn)行垂直測(cè)線上3點(diǎn)或5點(diǎn)的流速測(cè)量， 利用相應(yīng)的軟件自動(dòng)計(jì)算出渠道斷面水的平均流速，結(jié)合液位高度和U型渠道的邊界尺 寸，自動(dòng)計(jì)算出水的流量。本裝置結(jié)構(gòu)新穎獨(dú)特，采用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)流速儀的上下垂直運(yùn)動(dòng) 和左右平移運(yùn)動(dòng)，最終完成了測(cè)線上多點(diǎn)流速的準(zhǔn)確檢測(cè)，整個(gè)渠道的水流測(cè)試過(guò)程實(shí)現(xiàn) 了智能化，將儀器置于測(cè)流渠道，只需按下測(cè)試鍵就可以完成流量的智能化檢測(cè)。本方法用 太陽(yáng)能提供能量，從而使它能夠長(zhǎng)期的工作在渠道上，減少了安裝的成本，是現(xiàn)有的明渠測(cè) 量的一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，檢測(cè)精確的智能型裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1是實(shí)現(xiàn)本方法的明渠水流自動(dòng)測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010] 圖中：1 :底板；2 :支架；3 :固定板；4 :第一步進(jìn)電機(jī)；5 :太陽(yáng)能電板；6 :開(kāi)關(guān)； 7 :儀表盤；8 :電源；9 :頂板；10 :第一位移絲杠；11 :第二步進(jìn)電機(jī)；12 :流速儀；13 :第二位 移絲杠；14 :L型滑板。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做出進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明如下。
[0012] 實(shí)施上述本發(fā)明所提供的一種明渠水流自動(dòng)測(cè)量方法，其所述方法是采用速度面 積法通過(guò)明渠水流自動(dòng)測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)其明渠水流自動(dòng)測(cè)量方法； 所述明渠水流自動(dòng)測(cè)量方法是：根據(jù)明渠液位高度和明渠道邊界，將明渠水流自動(dòng)測(cè) 量裝置的流速儀12通過(guò)第一步進(jìn)電機(jī)4和第一步進(jìn)電機(jī)11深入到明渠中，并由上位機(jī)將 自動(dòng)選取測(cè)量特征點(diǎn)，通過(guò)水平位移，將明渠流通截面分成若干個(gè)面積相等面，然后通過(guò)流 速儀12測(cè)得每個(gè)面的特征點(diǎn)流速，并以該特征點(diǎn)流速代表每一個(gè)面的平均流速，然后在上 位機(jī)中根據(jù)流量公式測(cè)出明渠的流量； 所述明渠水流自動(dòng)測(cè)量裝置是：在支架2上部設(shè)置有第一位移絲杠10,并由一端固定 的第一步進(jìn)電機(jī)4帶動(dòng)支架2上設(shè)置的L型滑板14作水平位移；在所述L型滑板14 一側(cè) 垂直設(shè)置有第二位移絲杠13,所述第二位移絲杠13上設(shè)置有流速儀12,并通過(guò)所述第二位 移絲杠13端頭固定的第二步進(jìn)電機(jī)11帶動(dòng)流速儀12上下位移；第一步進(jìn)電機(jī)4、第二步 進(jìn)電機(jī)11、流速儀12以及太陽(yáng)能電板5連接有上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)明渠水流的自動(dòng)測(cè)量。
[0013] 進(jìn)一步地，一種明渠水流自動(dòng)測(cè)量方法，該方法是在開(kāi)關(guān)6中設(shè)置有兩個(gè)按鈕。按 下按鈕1，水平第一步進(jìn)電機(jī)4系統(tǒng)模塊啟動(dòng)，帶動(dòng)堅(jiān)直第二步進(jìn)電機(jī)11系統(tǒng)模塊水平移 動(dòng)，到達(dá)指定點(diǎn)停止；按下按鈕2,堅(jiān)直第二步進(jìn)電機(jī)11系統(tǒng)模塊啟動(dòng)，流速儀12自動(dòng)上下 移動(dòng)，到達(dá)0.2 h，0. 6 h，0. 8 h自動(dòng)測(cè)出流速。接著水平滑塊自動(dòng)移至下一個(gè)特征點(diǎn)，測(cè)量 流速數(shù)據(jù)。第一個(gè)水平特征點(diǎn)測(cè)出0.2 h，0.6 h，0.8 h三個(gè)測(cè)點(diǎn)流速的平均值或加權(quán)平均 值即為垂線平均流速：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種明渠水流自動(dòng)測(cè)量方法，其所述方法是采用速度面積法通過(guò)明渠水流自動(dòng)測(cè)量 裝置實(shí)現(xiàn)其明渠水流自動(dòng)測(cè)量方法； 所述明渠水流自動(dòng)測(cè)量方法是；根據(jù)明渠液位高度和明渠道邊界，將明渠水流自動(dòng)測(cè) 量裝置的流速儀（12)通過(guò)第一步進(jìn)電機(jī)（4)和第一步進(jìn)電機(jī)（11)深入到明渠中，并由上 位機(jī)將自動(dòng)選取測(cè)量特征點(diǎn)，通過(guò)水平位移，將明渠流通截面分成若干個(gè)面積相等面，然后 通過(guò)流速儀（12)測(cè)得每個(gè)面的特征點(diǎn)流速，并W該特征點(diǎn)流速代表每一個(gè)面的平均流速， 然后在上位機(jī)中根據(jù)流量公式測(cè)出明渠的流量； 所述明渠水流自動(dòng)測(cè)量裝置是：在支架（2)上部設(shè)置有第一位移絲杠（10)，并由一端 固定的第一步進(jìn)電機(jī)（4)帶動(dòng)支架（2)上設(shè)置的L型滑板（14)作水平位移；在所述L型 滑板（14) 一側(cè)垂直設(shè)置有第二位移絲桿（13)，所述第二位移絲杠（13)上設(shè)置有流速儀 (12)，并通過(guò)所述第二位移絲杠（13)端頭固定的第二步進(jìn)電機(jī)（11)帶動(dòng)流速儀（12)上下 位移；第一步進(jìn)電機(jī)（4)、第二步進(jìn)電機(jī)（11)、流速儀W及太陽(yáng)能電板妨連接有上位 機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)明渠水流的自動(dòng)測(cè)量。
【專利摘要】一種明渠水流自動(dòng)測(cè)量方法是采用速度面積法通過(guò)明渠水流自動(dòng)測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)其明渠水流自動(dòng)測(cè)量方法。本方法利用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)流速儀的上下垂直位移與左右水平位移，實(shí)現(xiàn)了測(cè)線上多點(diǎn)流速的準(zhǔn)確檢測(cè)，提高了流量的自動(dòng)測(cè)量精度，而且所采用的自動(dòng)測(cè)量裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，智能化程度高，本方法為數(shù)字化渠道、數(shù)字化灌區(qū)，實(shí)現(xiàn)水利信息化建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。
【IPC分類】G01F1-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104535119
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410848291
【發(fā)明人】孫西歡, 王軍, 郭向宏
【申請(qǐng)人】太原理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月29日