一种明渠流量的测量装置制造方法及图纸

本申请公开了一种明渠流量的测量装置，包括用于置于明渠内的明渠流量箱、n层交叉布置的超声换能器组、n组超声波时间信号处理设备和微控制器。每个超声换能器组布置在明渠流量箱的两侧；超声波信号处理器设备分别与对应的超声换能器组连接，用于对超声换能器组的超声波检测信号进行处理，得到第一飞行时间和第二飞行时间；微控制器用于接收n组第一飞行时间和第二飞行时间，并基于配置的动态模型对n组第一飞行时间和第二飞行时间进行计算，得到明渠流量值。从而实现对明渠流量的检测。从而实现对明渠流量的检测。从而实现对明渠流量的检测。

【技术实现步骤摘要】
一种明渠流量的测量装置


[0001]本申请涉及水利设施
，更具体地说，涉及一种明渠流量的测量装置。

技术介绍

[0002]明渠是农业灌溉的重要水利设施，为了指导农业灌溉的合理用水，提升灌溉用水的收益率，需要对明渠流量进行精确测量，但目前尚没有相应方案对明渠流量进行精确测量。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本申请提供一种明渠流量的测量装置，用于对明渠流量进行精确测量。
[0004]为了实现上述目的，现提出的方案如下：
[0005]一种明渠流量的测量装置，所述测量装置包括用于置于明渠内的明渠流量箱、n个分层设置的超声换能器组、n个超声波时间信号处理设备和微控制器，n为大于1的整数，其中：
[0006]每个所述超声换能器组包括两组布置在同一平面上且路径相互交叉的超声波发射器和超声波接收器，所述超声波发射器与所述超声波接收器分别布置在所述明渠流量箱的两侧；
[0007]所述超声波信号处理器设备分别与对应的所述超声换能器组连接，用于对所述超声换能器组的超声波检测信号进行处理，得到第一飞行时间和第二飞行时间，并将所述第一飞行时间和第二飞行时间输出到所述微控制器；
[0008]所述微控制器与每个所述超声波信号处理器连接，用于接收n组所述第一飞行时间和第二飞行时间，并基于配置的动态模型对n组所述第一飞行时间和第二飞行时间进行计算，得到明渠流量值。
[0009]可选的，所述明渠流量箱的截面形状为矩形。
[0010]可选的，n层所述超声换能器组在所述明渠流量箱内等距分布。
[0011]可选的，所述超声波时间信号处理设备包括超声信号收发机和皮秒计时器，其中：
[0012]所述超声信号收发机分别与所述超声波发射器、所述超声波接收器连接，用于控制所述超声波发射器向所述超声波接收器发出超声波，所述超声波接收器检测所述超声波，并向所述超声波信号收发机反馈所述超声波检测信号；
[0013]所述皮秒计时器用于对所述超声波检测信号进行计时处理，得到所述第一飞行时间和所述第二飞行时间。
[0014]可选的，所述动态模型为：
[0015]x(k+1)＝Ax(k)+Bw(k)
[0016]y(k)＝Hx(k)
[0017]z(k)＝Hx(k)+ε(k)
[0018]其中，x(k)为所述测量装置的内部状态变量，y(k)为所述测量装置的输出变量，w
(k)为水流流态和水质的扰动变量，ε(k)为测量装置的噪声变量。
[0019]可选的，所述微处理器配置有测量模块、预测模块和更新模块，其中：
[0020]所述测量模块用于获取所述第一飞行时间和所述第二飞行时间；
[0021]所述预测模块用于利用系统状态方程预测状态，同时计算预测量的协方差；
[0022]所述更新模块用于根据当前所述第一飞行时间、所述第二飞行时间和所述预测模块的输出值对所述明渠流量值进行更新迭代。
[0023]从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种明渠流量的测量装置，包括用于置于明渠内的明渠流量箱、n层交叉布置的超声换能器组、n组超声波时间信号处理设备和微控制器。每个超声换能器组布置在明渠流量箱的两侧；超声波信号处理器设备分别与对应的超声换能器组连接，用于对超声换能器组的超声波检测信号进行处理，得到第一飞行时间和第二飞行时间；微控制器用于接收n组第一飞行时间和第二飞行时间，并基于配置的动态模型对n组第一飞行时间和第二飞行时间进行计算，得到明渠流量值。从而实现对明渠流量的检测。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本申请实施例的一种明渠流量的测量装置的示意图；
[0026]图2为本申请实施例的任意一层的交叉对射流速模型图；
[0027]图3为本申请实施例的超声波流量计的物理模型；
[0028]图4为本申请实施例的超声波流量计的物理模型对应的动态数学模型示意图；
[0029]图5为本申请实施例的卡尔曼滤波器构造的超声波流量计模型；
[0030]图6为本申请实施例的明渠流量的流速计算的示意图；
[0031]图7a为某测试渠道上的第一层超声探头测量出的轴向流速的计算结果；
[0032]图7b为某测试渠道上的第一层超声探头测量出的径向流速的计算结果；
[0033]图7c为某测试渠道上的第一层超声探头测量出的左右声道的超声波速度的计算结果。
具体实施方式
[0034]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0035]实施例
[0036]图1为本申请实施例的一种明渠流量的测量装置的示意图。
[0037]如图1所示，本实施例提供的测量装置用于对明渠中流水的流量值进行检测的，得到明渠流量值。该测量装置包括明渠流量箱10、n个分层设置的超声换能器组、n个超声波时
间信号处理设备20和微控制器30。其中，微控制器与每个超声波时间信号处理设备连接，每个超声波时间信号处理设备则与对应的超声换能器组连接。
[0038]本实施例中的明渠流量箱设置在待测量的明渠中，其截面为正方形。超声换能器组包括多个超声换能器LDi、RUi、RDi和LUi，分别设置在明渠流量箱的两侧内壁上，并在明渠流量箱内形成交叉对射的超声通道，本实施例中的技术方案有8层32个超声换能器，即i＝1、2、
……
、8，从而构成8个超声换能器组，两两超声换能器组之间的垂直距离一般相等。超声换能器成对布置，一个作为超声波发射器、另一个则用作超声波接收器。
[0039]超声换能器采用的水声流量计专用换能器，发射频率为1MHz。微控制器采用低功耗芯片，完成通信、数据采集以及流量计算等功能。超声波时间信号处理设备采用专用的超声信号收发机及计时器配合使用，超声信号收发机可针对多种发射脉冲和频率、增益和信号阈值进行配置。同样，接收路径可编程设定。
[0040]这里的超声波时间信号处理设备包括超声信号收发机和皮秒计时器。超声信号收发机分别与对应的超声波发射器、超声波接收器连接，用于控制超声波发射器向超声波接收器发出超声波，超声波接收器检测超声波，并向超声波信号收发机反馈超声波检测信号；皮秒计时器用于对超声波检测信号进行计时处理，得到第一飞行时间和所述第二飞行时间。
[0041]微控制器用于接收每组超声波时间信号处理设备发送的多组第一飞行时间和第二飞行时间，并基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种明渠流量的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括用于置于明渠内的明渠流量箱、n个分层设置的超声换能器组、n个超声波时间信号处理设备和微控制器，n为大于1的整数，其中：每个所述超声换能器组包括两组布置在同一平面上且路径相互交叉的超声波发射器和超声波接收器，所述超声波发射器与所述超声波接收器分别布置在所述明渠流量箱的两侧；所述超声波信号处理器设备分别与对应的所述超声换能器组连接，用于对所述超声换能器组的超声波检测信号进行处理，得到第一飞行时间和第二飞行时间，并将所述第一飞行时间和第二飞行时间输出到所述微控制器；所述微控制器与每个所述超声波信号处理器连接，用于接收n组所述第一飞行时间和第二飞行时间，并基于配置的动态模型对n组所述第一飞行时间和第二飞行时间进行计算，得到明渠流量值。2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述明渠流量箱的截面形状为矩形。3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，n层所述超声换能器组在所述明渠流量箱内等距分布。4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述超声波时间信号处理设备包括超声信号收发...

【专利技术属性】
技术研发人员：李献，江小峰，付红民，齐景星，赵君虎，李月颖，
申请(专利权)人：北京奥特美克科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：