基于断面分割法的明渠过流断面面积测量装置及测量方法与流程

1.本发明属于断面面积测量技术领域，涉及基于断面分割法的明渠过流断面面积测量装置，进一步的，涉及基于该装置的测量方法。


背景技术：

2.水是人类生存不可替代的资源，是经济和社会可持续发展的基础。灌区的发展离不开对水资源的合理控制以及优化调度，水资源匮乏、输配水工程的老化和防渗率低，田间灌溉水平低，灌溉不合理，造成水资源浪费严重。节水灌溉势在必行，对水量的定量控制也是目前的关键性难题，我国目前拥有一大批水量测定装置，绝大部分装置都是基于流速面积法来对过水断面流量进行测定，基本上都是在断面流速测定上开展的大量研究，也有一些较为成熟的流速仪的诞生，加快了灌区节水灌溉的进程。但由于目前灌区灌溉设施建设标准较低，投入改造、维修资金不足，设施更新维护不及时，部分建筑物老化失修严重，对于渠道过流断面测定未能形成比较精准的装置和方法，使得测得的流量一直存在一定的误差，为进一步提高断面流量的监测准确度，加快节水灌溉有效推动。如何研发出自动化程度高、价格低廉、性能稳定、携带方便的渠道面积测定装置对明渠进行测流至关重要，也是我国实行最严格水资源管理制度的重要基础。
3.传统的测流方法，一方面是在测得水位的情况下，根据三角堰的经验公式来计算出流量，费时费力而且精确度不高。需要将三角堰挡板安装在出水口断面处，测流时根据不同的流量需替换不同规格的三角堰挡板，且必须保证其与渠道的接触面不漏水，安装过程相对复杂。另一方面是在测得流速的情况下，根据标准渠道的面积公式，进一步测定断面流量，但是渠道断面并非标准化，导致测流准确度有待提高。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于断面分割法的明渠过流断面面积测量装置，解决了现有技术中存在的渠道过流断面面积测量过程复杂，测量结果准确度不高的问题。
5.本发明所采用的技术方案是：
6.基于断面分割法的明渠过流断面面积测量装置，包括水平测流主板，水平测流主板的中间固定有可移动的遥控测流小车，遥控测流小车内固定有超声波传感器，水平测流主板的一面上还固定有水平仪，水平测流主板一面与u型测流副板卡接，u型测流副板的两端卡接在水平测流主板上。
7.本发明的特点还在于：
8.水平仪的个数为两个，两个水平仪分别固定在水平测流主板的两端，两个水平仪的方向相互垂直。
9.水平测流主板的两端均开有长槽，u型测流副板的两端分别卡接在长槽内。
10.长槽两侧均固定有导轨，遥控测流小车能够通过驱动电机在导轨上滑动，驱动电机与控制器连接，控制器还与超声波传感器连接，驱动电机与控制器均固定在遥控测流小
车内。
11.控制器还与无线传输模块连接，无线传输模块与外部遥控设备建立传输关系，无线传输模块固定在遥控测流小车内；
12.遥控测流小车内还固定有电源，电源分别为无线传输模块、驱动电机与控制器供电。
13.导轨为齿条，遥控测流小车前后底部均固定有同轴齿轮，每个同轴齿轮的两端齿轮分别与方形长槽两侧的齿条啮合，每个同轴齿轮的齿轮轴中间均固定有驱动电机。
14.本发明的另一技术方案是：基于断面分割法的明渠过流断面面积测量方法，具体步骤为：
15.首先，将u型测流副板底部放置至于渠道断面边缘重合，之后根据两个水平仪，调平调节u型测流副板在方槽内的位置，直至两个水平仪均气泡居中；
16.之后，利用外部遥控设备多次移动遥控测流小车，通过超声波传感器测量不同位置时渠底到水平主测流板底表面的垂直距离以及瞬时过水面到水平主测流板底表面的垂直距离并传送至控制器，控制器经过计算获得过水断面的面积，计算公式如下：
[0017][0018]
其中：a为过水断面面积，h为遥控测流小车居中时其下表面与u型测流副板底端的垂直距离，h
1-1
、h
1-2
、h
1-3
、
˙˙˙h1-n
为渠道无水时，遥控测流小车运动至l1、l2、l3、
˙˙˙
ln时所对应的遥控测流小车下表面与u型测流副板底端的垂直距离，h
2-1
、h
2-2
、h
2-3
、
˙˙˙h1-n
为渠道过水时，遥控测流小车运动至l1、l2、l3、
˙˙˙
ln时所对应的遥控测流小车下表面与u型测流副板底端的垂直距离。
[0019]
本发明的有益效果是：
[0020]
该过水断面测定装置的结构新颖独特，采用移动型小车携带超声波传感器完成了渠道断面一条测线上水位的准确检测；整个渠道的水位检测过程实现了自动化、智能化，只要把装置正确安装到渠道上方，只需接通电源对移动小车进行控制，采集相关数据并实时传输与显示。该装置结构简单，耗电量低，便于携带，安装成本低，能够实现数据的无线传输，对灌区节水灌溉有效实施具有深远的意义。
附图说明
[0021]
图1是本发明基于断面分割法的明渠过流断面面积测量装置的结构图；
[0022]
图2是本发明基于断面分割法的明渠过流断面面积测量装置中遥控测流小车的结构图。
[0023]
图中：1.u型测流副板，2.水位测流主板，3.导轨，4.遥控测流小车，5.外部遥控设备，6.水平仪，7.控制器，8.同轴齿轮，9.驱动电机，10.超声波传感器，11.无线传输模块。
具体实施方式
[0024]
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0025]
基于断面分割法的明渠过流断面面积测量装置，如图1，包括水平测流主板2，水平测流主板2的中间固定有可移动的遥控测流小车4，遥控测流小车4内固定有超声波传感器10，水平测流主板2的一面上还固定有水平仪6，水平测流主板2一面与u型测流副板1卡接，水平测流主板2的两端均开有方槽，u型测流副板1的两端分别卡接在方槽内，方形长槽两侧均固定有导轨3，遥控测流小车4能够通过驱动电机9在导轨3上滑动，驱动电机9与控制器7连接，控制器7还与超声波传感器10连接，驱动电机9与控制器7均固定在遥控测流小车4内，控制器7还与无线传输模块11连接，无线传输模块11还与外部遥控设备5建立传输关系，无线传输模块11固定在遥控测流小车4内；
[0026]
其中导轨3为齿条，遥控测流小车4前后底部均固定有同轴齿轮8，每个同轴齿轮8的两端齿轮分别与方形长槽两侧的齿条啮合，每个同轴齿轮8的齿轮轴中间均固定有驱动电机9。
[0027]
水平仪6的个数为两个，两个水平仪6分别固定在水平测流主板2的两端，两个水平仪6的方向相互垂直。
[0028]
遥控测流小车4内还固定有电源，电源分别为无线传输模块11、驱动电机9与控制器7供电。
[0029]
基于断面分割法的明渠过流断面面积测量方法，具体步骤为：
[0030]
首先，将u型测流副板1底部放置至于渠道断面边缘重合，之后根据两个水平仪6，调平调节u型测流副板1在方槽内的位置，直至两个水平仪6均气泡居中；
[0031]
之后，利用外部遥控设备5多次移动遥控测流小车4，通过超声波传感器10测量不同位置时渠底到水平主测流板底表面的垂直距离以及瞬时过水面到水平主测流板底表面的垂直距离并传送至控制器7，控制器经过计算获得过水断面的面积，计算公式如下：
[0032][0033]
其中：a为过水断面面积，h为遥控测流小车4居中时其下表面与u型测流副板1底端的垂直距离，h
1-1
、h
1-2
、h
1-3
、
˙˙˙h1-n
为渠道无水时，遥控测流小车4运动至l1、l2、l3、
˙˙˙
ln时所对应的遥控测流小车4下表面与u型测流副板1底端的垂直距离，h
2-1
、h
2-2
、h
2-3
、
˙˙˙h1-n
为渠道过水时，遥控测流小车4运动至l1、l2、l3、
˙˙˙
ln时所对应的遥控测流小车4下表面与u型测流副板1底端的垂直距离。