一种基于超声波传感器的薄层水流滚波测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于超声波传感器的薄层水流滚波测量装置，包括：架设在平坦坡面上的多个超声波传感器，将至少两个超声波传感器编为一组，将多个超声波传感器分为多个组，各组超声波传感器沿水流方向一字型排列；各组中的超声波传感器沿水流方向一字排列，超声波传感器之间的距离大于被测滚波的宽度，小于被测滚波之间的间距。本实用新型专利技术采用在产生薄层水流滚波的位置，如水渠、水坝溢洪道或实验室中的水槽上安装超声波传感器，利用灵敏的超声波传感器检测水流的厚度变化，实现对滚波的观测，以及精确的数据采集，完全排除了人为检测的因素，全自动的完成了各种数据的采集，既精确又快捷，节约了人力、物力，提高了观测效率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于超声波传感器的薄层水流滚波测量装置，是一种实验装置，是一种用于水力学测量的装置，是一种用于测量薄层水流流动过程中水深，滚波的波高、周期、频率与波速，以及滚波动量、动能等参数的自动测量装置。
技术介绍
坡面水流，明渠水流等在一定临界条件下，其表面常常会失稳而发育一系列的波动过程。这些波动可能是周期性的，波速和波形都保持不变，并且波速始终大于水流质点的运动速度；另一方面，波动也可能是非周期性的，波形和波速在传播的过程中不断发生演化，最终发生破碎。这些现象统称为滚波。滚波常见于自然坡面、城市路面、水电站的泄水陡槽和大坝的溢洪道，河流的行洪道，引水渠等。滚波的出现会带来一系列不利的后果，例如水流从恒定流变为非恒定流；增强水流对坡面土壤的侵蚀能力使土壤颗粒发生剥离及输移泥沙的能力；波峰处的水深超过河(渠)道的设计水深，造成溢流；强烈的水流掺气作用，造成雾化现象；同时对河(渠)道上的水工建筑物造成超负荷的压力或者应力等等。因此，研究滚波形成的临界条件及其演化规律，对于土壤侵蚀过程及水土保持措施配置，以及工程实践中如何消除滚波以及相关学科的理论研究，例如动床阻力和水流输沙等都有着重要意义。现有的观测则是利用水文测针直接观测，该方法主要由人工确定测针与滚波的相对位置，由于是人工目视测量，而滚波的变化极快，人眼目测往往不能达到应有的效果，测量难以保证精度，由于人为的测量，其稳定性较差，每次的测量结果均不相同，只能增加测量次数，使用统计的方法近似的获得测量。这种方式使滚波测量变成了一种需要重复多次的繁复体力劳动，随着人的体力下降，其精度也变得越来越差。因此，需要一种精确的系统代替这种繁重的体力测量。
技术实现思路
为了克服现有技术的问题，本技术提出了一种基于超声波传感器的薄层水流滚波测量装置。所述的装置利用超声水位传感器，通过系统集成和自动化方法，实现薄层水流水位等滚波特征参数的实时动态测量，从而有效提高测量的精度和稳定性，提高观测效率。本技术的目的是这样实现的：一种基于超声波传感器的薄层水流滚波测量装置，包括：架设在平坦坡面上的多个超声波传感器，所述的超声波传感器是这样排列的：将至少两个超声波传感器编为一组，将多个超声波传感器分为多个组，各组超声波传感器沿水流方向一字型排列；各组中的超声波传感器沿水流方向一字排列，各超声波传感器之间的距离大于被测滚波的宽度，小于被测滚波之间的间距，所述的各个超声波传感器依次与数据采集控制器、控制电脑连接。进一步的，所述的超声波传感器上设有防雨滴保护罩。进一步的，所述的超声波传感器设置在传感器支架上，所述的传感器支架包括：固定于所述坡面或构成坡面的水槽上的固定架，所述的固定架垂直于坡面，其上设置可调节超声波传感器与水面距离的上下移动架，所述的上下移动架垂直于固定架，其上设置固定两个超声波传感器的前后移动架，所述的前后移动架垂直于上下移动架。进一步的，所述的试验水槽包括：安装所述固定架的两侧槽帮和与所述的槽帮连接的槽底，所述的槽帮和槽底设置在钢结构架上，所述的水槽一端设置进水口，另一端设置出水口，所述的出水口与循环水池管道连接，所述的进水口通过水泵与所述的循环水池管道连接，所述的钢结构架在出水口一侧设置铰链，另一侧设置升降机构。进一步的，所述的坡面是野外坡面，所述的固定架安装在沿坡面倾斜方向即水流方向的长杆上，多个固定架沿水流方向依次安装，所述的长杆通过地脚，固定在野外坡面上。进一步的，所述的坡面是水坝泄洪槽坡面，所述的固定架安装在沿泄洪槽倾斜方向即水流方向的长杆上，多个固定架沿水流方向依次安装，所述的长杆通过地脚，固定在泄洪槽坡面上。进一步的，所述的坡面是水渠坡面，所述的固定架安装在沿水渠倾斜方向即水流方向的长杆上，多个固定架沿水流方向依次安装，所述的长杆通过地脚固定在水渠两侧。本技术产生的有益效果是：本技术采用在产生薄层水流滚波的位置，如水渠、水坝溢洪道或实验室中的水槽上安装超声波传感器，利用灵敏的超声波传感器检测水流的厚度变化，实现对滚波的观测，以及精确的数据采集，完全排除了人为检测的因素，全自动的完成了各种数据的采集，既精确又快捷，节约了人力、物力，提高了观测效率。附图说明下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明。图1是本技术的实施例一所述装置的原理示意图；图2是滚波的宽度和两个滚波之间的距离示意图，是图1中E点的放大图；图3本技术的实施例二所述防雨滴保护罩的结构示意图；图4是本技术的实施例三所述超声波传感器支架的结构示意图；图5是本技术的实施例四所述水槽和超声波传感器支架的结构示意图；图6是本技术的实施例四所述水槽的结构示意图；图7是本技术的实施例五所述的超声波传感器支架的结构示意图。具体实施方式实施例一：本实施例是一种基于超声波传感器的薄层水流滚波测量装置，如图1所示。本实施例包括：架设在平坦坡面1上的多个超声波传感器2，所述的超声波传感器是这样排列的：将至少两个超声波传感器编为一组，将多个超声波传感器分为多个组，各组超声波传感器沿水流方向一字型排列；各组中的超声波传感器沿水流方向一字排列，各超声波传感器之间的距离大于被测滚波的宽度，小于被测滚波之间的间距，所述的各个超声波传感器依次与数据采集控制器4、控制电脑3连接。本实施例所述的薄层水流是指水流的厚度在30厘米以下的水流，这种“薄层水流”的说法是一种业内的习惯称谓，并不相对于“厚层水流”，因为，在业内并没有“厚层水流”这样的称谓。本实施例所述的平坦坡面可以是在实验室中带有一定坡度的模拟渠道底面，也可以是带有一定坡度的真实渠道底面，或者是倾斜的水坝泄洪道的底面，或者是在野外选中一片平坦的坡面。坡面的平坦是相对的，要求两个要点，一个是坡面上没有明显的大小突出物，一个是坡面应当基本上是平面，没有明显的拱起和凹陷，即沿水流方向和垂直水流方向的剖面的坡面线都应当是直线或接近直线。坡面可以是十分平整的平面，如在实验室中利用玻璃、塑料等板材模拟的渠道底面，或者是真实渠道或水坝泄洪道的底面。真实渠道或水坝泄洪道的底面是人工建造的，基本是平坦的，没明显的大小突起物。野外选取的一片坡面则要求没有明显的大小突出物，以及避免坡面的整体曲面拱起和凹陷。当然如果专门研究带有整体拱起或凹陷的坡面的滚波则当别论。本实施例所述的超声波传感器是超声波水位传感器的简称。关于超声波传感器的选用，如果在水槽中或在野外，检测薄层水流（水流深度小于10mm）中产生的滚波，可以选用灵敏度较高的超声波传感器，如可以选用超声波传感器的感应范围为20mm~200mm，分辨率小于0.3mm，声波频率为380kHz，响应时间小于30ms的高灵敏超声波传感器。如果检测水坝泄洪道的滚波，或检测渠道中的滚波，由于滚波的波峰相对较高（一般数厘米高）则可以选用灵敏度较低的超声波传感器。由于超声波传感器的工作原理是利用声波反射，检测水面的高度，因此，应当将超声波传感器安装在水面之上，并将超声波传感器尽可能的正对水面。但是由于检测滚波是一种水面的相对高度检测，也就是波峰和波谷之间的相对高度，因此，即便是超声波传感器对水面有些倾斜，并不影响检测的精度。超声波传感器与水面的安装高度需要根据实验的要求，以及具体实验现场的情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超声波传感器的薄层水流滚波测量装置，其特征在于，包括：架设在平坦坡面上的多个超声波传感器，所述的超声波传感器是这样排列的：将至少两个超声波传感器编为一组，将多个超声波传感器分为多个组，各组超声波传感器沿水流方向一字型排列；各组中的超声波传感器沿水流方向一字排列，超声波传感器之间的距离大于被测滚波的宽度，小于被测滚波之间的间距，所述的各个超声波传感器依次与数据采集控制器、控制电脑连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波传感器的薄层水流滚波测量装置，其特征在于，包括：架设在平坦坡面上的多个超声波传感器，所述的超声波传感器是这样排列的：将至少两个超声波传感器编为一组，将多个超声波传感器分为多个组，各组超声波传感器沿水流方向一字型排列；各组中的超声波传感器沿水流方向一字排列，超声波传感器之间的距离大于被测滚波的宽度，小于被测滚波之间的间距，所述的各个超声波传感器依次与数据采集控制器、控制电脑连接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的超声波传感器上设有防雨滴保护罩。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述的超声波传感器设置在传感器支架上，所述的传感器支架包括：固定于所述坡面或构成所述坡面的水槽上的固定架，所述的固定架垂直于坡面，其上设置可调节超声波传感器与水面距离的上下移动架，所述的上下移动架垂直于固定架，其上设置固定两个超声波传感器的前后移动架，所述的前后移动架垂直于上下移动架。4.根据权利要求3所述的装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建华，范典，赵勇，龚家国，杨苗，何国华，魏立峰，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11