超聲明渠流量計(jì)

安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 許漢武 胡業(yè)林 郭立全

超聲明渠流量計(jì)

安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 許漢武 胡業(yè)林 郭立全

本文設(shè)計(jì)了一種明渠流量計(jì)，利用水的浮力使流量計(jì)漂浮在水面上，通過超聲波測(cè)距得到液面到淤泥和液面到明渠擋板的距離，同時(shí)利用超聲波測(cè)速測(cè)出水流的速度，從而進(jìn)一步計(jì)算得出水流量。

明渠流量計(jì)；超聲波測(cè)速；超聲波測(cè)距；水的浮力

0 引言

在日常生活中，明渠各個(gè)參數(shù)的測(cè)量對(duì)于人們了解被測(cè)區(qū)域的積水情況有指導(dǎo)意義。然而由于水中含有泥沙，造成明渠底部會(huì)有淤泥堆積，從而使得流量計(jì)對(duì)流量的測(cè)量產(chǎn)生偏差。目前市場(chǎng)上的明渠流量計(jì)無法在明渠底部有淤泥的情況下，對(duì)明渠流量進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量。

圖1 采集板結(jié)構(gòu)圖

圖2 總體結(jié)構(gòu)示意圖

1 原理及結(jié)構(gòu)

1.1 結(jié)構(gòu)說明

圖2所示是總體結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)構(gòu)包括核心控制板、采集板、導(dǎo)線、明渠擋板，其中圖1為采集板結(jié)構(gòu)圖，包括浮板、固定節(jié)點(diǎn)、兩個(gè)超聲波測(cè)距模塊和一個(gè)超聲多普勒流速測(cè)量模塊。這里固定節(jié)點(diǎn)在三角形浮板的前端，兩個(gè)超聲波測(cè)距模塊分別固定在浮板的左右兩端，方向相對(duì)。超聲多普勒流速測(cè)量模塊的收發(fā)探頭也分別放置在浮板的左右兩端，當(dāng)浮板漂浮在液面上時(shí)，超聲多普勒流速測(cè)量模塊的收發(fā)探頭位于液面下。

1.2 原理說明

當(dāng)核心板通過導(dǎo)線向采集板發(fā)送采集信號(hào)后，漂浮在液面上的采集板開始采集，采集板通過固定在采集板上下側(cè)的超聲測(cè)距探頭分別對(duì)液面到明渠擋板的高度（h1）和液面到淤泥的高度（h2）進(jìn)行測(cè)量，與此同時(shí)，超聲多普勒流速測(cè)量模塊對(duì)明渠水流速度（v）進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量出的參數(shù)通過導(dǎo)線傳輸給核心控制板，核心控制板根據(jù)明渠擋板到明渠底部的距離（h）、液面到淤泥的高度（h2）和液面到明渠擋板的高度（h1），計(jì)算出淤泥的厚度（h-h1-h2），根據(jù)液面到淤泥的高度（h2）、明渠寬度（L）和明渠水流速度（V）計(jì)算出水流量（v*L*h2）。

前期準(zhǔn)備工作，提前測(cè)量出明渠擋板到明渠底部的距離（h）和明渠寬度（L），由于明渠的大小高度等參數(shù)的值固定不變，因此不需要重復(fù)測(cè)量。

2 結(jié)語

本文所提供的明渠流量，由于是漂浮在水面上，因此可以有效的避免由于淤泥堆積而導(dǎo)致探頭被堵，或者淤泥堆積水面抬高導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)的情況，同時(shí)也可以間接測(cè)量出泥位高度。

[1]鄭鵬．基于FPGA的時(shí)差法超聲波流量計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．浙江大學(xué)碩士論文,2006,02．

[2]仲崇慶．小管徑、低流速液壓系統(tǒng)的超聲波流量/壓力測(cè)量研究[D]．中北大學(xué)碩士論文,2016,5．