用于测量河流、开放沟渠或地下管道或沟渠中流动的流体的流量的非侵入式方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于计算流体的该流量的非侵入式微波测量装置(01)，该装置(01)包括：

Non intrusive methods and devices for measuring the flow of fluids flowing in rivers, open ditches or underground pipelines or ditches

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量河流、开放沟渠或地下管道或沟渠中流动的流体的流量的非侵入式方法和装置


[0001]本专利技术涉及一种方法和装置，该方法和装置用于测量河流、开放沟渠或在地下管道或沟渠中流动的流体的整个断面上的表面速度，并通过计算形状和水位来计算流量，以便计算过水面积并使用连续性方程Q＝V*A。
[0002]更特别地，本专利技术涉及一种非侵入式方法和具有微波天线的装置，该装置在河流或开放沟渠、或地下管道或沟渠中的流动水上方飞行。

技术介绍

[0003]用于测量河流中的水或开放沟渠或下水道中的流体的流速的非侵入式方法、即其中测量设备与流体之间没有接触的方法正变得越来越流行。在以非侵入方式测量流体速度的技术中，我们可以找到声学方法、光学方法、激光方法和微波方法，最后一种是最流行的。
[0004]用于测量河流或沟渠的流体速度的速度剖面测定法已经使用了很长时间。第一种方法包括附接到涉水杆的速度传感器，涉水杆由操作员移动通过河流或沟渠的断面。当水位和/或水速度太高而不能由操作员安全地进行剖面测定时，速度传感器可以附接到用于河流的、横跨河流或沟渠的缆索起重机系统。这些方法非常耗时且非常昂贵。当使用用于河流的缆索起重机系统时，它是只能在一个特定地点使用的固定应用，并且当河流携带沉重的漂浮碎屑时不能使用。
[0005]最近，ADCP(声学多普勒流动剖面测定仪)已被用来测量河流或开放沟渠的流量。ADPC被放置在小船或浮动装置上，该小船或浮动装置由操作员从桥上系住，或由用于河流的缆索起重机系统系住。这些方法的缺点是它们很耗时，并且当河流或沟渠携载漂浮零件和装置时以及当河流和沟渠泛滥时，不能使用它们。
[0006]为了克服该问题，最近已经使用了非侵入式装置，主要是由操作员携载的微波雷达装置从桥上制作表面速度剖面。此方法具有耗时的缺点，并且所具有的问题是桥墩在上游和下游双向都产生流动扰动，当桥墩汇拢了河流或沟渠所携带的漂浮碎屑时尤其如此。
[0007]也已经用用于河流的缆索起重机系统来携载非接触式装置，但是该方法具有的缺点是用于河流的缆索起重机系统的稳定性不足以进行准确的测量。此外，用于河流的缆索起重机系统依然是非常昂贵且不灵活的。
[0008]水文学家一直试图使用携载非接触式速度测量装置的无人机，但没有收集到完美的结果，因为这些速度测量装置不是专门为无人机携载而构建的。

技术实现思路

[0009]本专利技术旨在提供了一种改善的非侵入式方法和装置，该方法和装置用于测量河流、开放沟渠或地下管道或沟渠中流动的流体的流量，当针对最后一种情况时，操作员触及测量地点是困难的、不可能的或危险的，或者仅是需要避免进入复杂的受限空间。
[0010]特殊的非侵入式流速装置安装在无人机上，该无人机精确地在待测量的流体表面
上方飞行，从而收集速度读数。将速度信息与形状和水位测量值相关联，以计算过水面积并通过使用连续性方程Q＝V*A来计算流量。
[0011]优选的非侵入式速度测量装置是微波雷达装置，但是它也可以是任何其他合适的非侵入式速度测量技术。无人机使用起来很方便，但会在测量中产生信号、噪声和误差。
[0012]微波测量装置(诸如激光或非接触式声学装置)使用多普勒频移来测量水表面的速度。由飞行的无人机引起的振动会引起频率峰值，需要使用(一个或多个)机载振动传感器来检测这些频率峰值以将其消除。可以使用抗振动悬挂装置来减少由飞行的无人机引起的、使整体噪声水平增加并使信噪比降低的整体振动。无人机的俯仰、滚转和偏航也会影响测量，需要使用角度传感器对其进行测量以实现准确的速度测量值。GPS和高度测量可以是有用的，但不是强制性的，因为无人机可以被设置为以高准确度沿精确的路线飞行。风测量装置、优选地非移动件2或3轴测量装置可以用于补偿风的影响，但是那些附加的测量仅在水的速度相对较慢时有用。
[0013]更特别地，本专利技术涉及一种用于计算流体的流量的非侵入式微波测量装置，该装置包括：
[0014]‑
非侵入式微波流体速度测量装置，该非侵入式微波流体速度测量装置使用贴片天线或喇叭天线，以产生以特定仰角α朝向流体表面发射的微波信号并接收来自流体表面的具有多普勒频移的反射微波信号；
[0015]‑
无人机，测量装置经由悬挂系统悬挂到该无人机，所述悬挂系统降低由无人机产生的振动噪声；
[0016]‑
至少一个振动传感器，该至少一个振动传感器识别和消除由无人机引起的下落速度读数；
[0017]‑
至少一个角度传感器，该至少一个角度传感器用于补偿无人机的影响流体表面速度测量值的俯仰、滚转和偏航，并确定从测量装置(03)朝向流体表面(16)的最终角度。
[0018]根据本专利技术的优选实施例，该装置进一步由以下特征中的一个特征或由它们的适当组合来限定：
[0019]‑
非侵入式微波流体速度测量装置包括具有三个马达的3D控制系统，该3D控制系统能够自动重新定位非侵入式微波测量装置，以便补偿无人机的俯仰、滚转和偏航；
[0020]‑
非侵入式微波流体速度测量装置包括GPS和高度计传感器；
[0021]‑
非侵入式微波流体速度测量装置包括接口以从无人机获取GPS和高度计数据；
[0022]‑
相机和灯，该相机和灯用于有助于特别是在地下管道和沟渠中进行引航；
[0023]‑
非侵入式微波流体速度测量装置包括记录装置，该记录装置用于记录由无人机拍摄的图片或视频，并且记录流体速度测量值和/或GPS和高度计数据；
[0024]‑
非侵入式微波流体速度测量装置包括水位或距离测量装置和/或风速和风向测量装置；
[0025]‑
悬挂装置包括通过道路相互连接的至少三个管，该至少三个管将速度测量装置连接到无人机，速度测量装置附接到管的第一端，并且无人机附接到管的第二端。
[0026]‑
至少三个管具有不同的长度，以使测量装置相对于水流体和无人机水平面具有一定角度，该角度由至少一个角度传感器测量。
[0027]‑
弹性绳索设置在管中并用于悬挂测量装置，该弹性绳索的上端连接到悬挂系统，
该悬挂系统附接到无人机，并且弹性绳索的下端附接到测量装置，弹性绳索的下端脱离管并比管稍长。
[0028]‑
弹性绳索的弹性被选择成吸收不期望的振动，测量装置的竖直移动保持不显著。
[0029]‑
悬挂装置包括连接到无人机的刚性上板和连接到非侵入式测量装置的刚性下板，两个板都与静音块型阻尼器连接。
[0030]本专利技术还涉及一种非侵入式方法，该方法用于测量流过管道或沟渠或河流或开放沟渠的流体的速度测量值和分布，该方法使用非侵入式微波流体速度测量装置，该非侵入式微波流体速度测量装置悬挂到无人机并包括至少一个振动传感器，所述方法包括以下步骤：
[0031]‑
通过使用贴片天线或喇叭天线产生微波信号；
[0032]‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于计算流体的流量的非侵入式微波测量装置(01)，该装置(01)包括：
‑
非侵入式微波流体速度测量装置(03)或任何其他非侵入式流体速度测量装置，诸如激光、光学、声学或其他，该非侵入式微波流体速度测量装置包括贴片天线或喇叭天线，以产生以特定仰角α朝向该流体表面(16)发射的微波信号(14)并接收来自该流体表面(16)的具有多普勒频移的该反射微波信号(15)；
‑
无人机(02)，该测量装置(03)经由悬挂系统(04)悬挂到该无人机，所述悬挂系统(04)消除由该无人机(02)产生的振动噪声；
‑
至少一个振动传感器，该至少一个振动传感器识别和消除由该无人机(02)引起的下落速度读数；
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至少一个角度传感器，该至少一个角度传感器用于补偿该无人机(02)的影响流体表面速度测量值的俯仰、滚转和偏航，并确定从该测量装置(03)朝向该流体表面(16)的该最终角度。2.根据权利要求1所述的装置(01)，其特征在于，该非侵入式微波流体速度测量装置(03)包括具有三个马达(19、20和21)的3D控制系统，该3D控制系统能够自动重新定位该非侵入式微波测量装置(03)，以便对该无人机(03)的俯仰、滚转和偏航加以补偿。3.根据前述权利要求中任一项所述的装置(01)，其特征在于，该非侵入式微波流体速度测量装置(03)与包括GPS和高度计传感器的测量装置(07)相关联。4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(01)，其特征在于，该非侵入式微波流体速度测量装置(03)与接口(07)相关联以从该无人机(02)获取GPS和高度计数据。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(01)，其特征在于，该装置包括相机和灯，以有助于特别是在地下管道和沟渠(22)中进行引航。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(01)，其特征在于，该非侵入式微波流体速度测量装置(03)包括记录装置，该记录装置记录图片或视频，并且记录流体速度测量值和/或GPS和高度计数据。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(01)，其特征在于，该非侵入式微波流体速度测量装置(03)包括水位或距离测量装置(05)和/或风速和风向测量装置(06)。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(01)，其特征在于，该悬挂装置(04)包括至少三个管(08)，该至少三个管通过道路(09)相互连接，这些管(08)将该速度测量装置(03)连接到该无人机(02)，该速度测量装置(03)附接到这些管(08)的第一端，并且该无人机(02)附接到这些管(08)的第二端。9.根据权利要求8所述的装置(01)，其特征在于，该至少三个管(08)具有不同的长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：让玛丽，
申请(专利权)人：福洛创尼科股份公司，
类型：发明
国别省市：