國(guó)產(chǎn)多普勒聲學(xué)流量計(jì)的原理及其安裝方式

自然河道水利防洪關(guān)系人民安危和社會(huì)穩(wěn)定，而流量監(jiān)測(cè)是防汛抗洪的重要組成部分。而中小河流防洪水文監(jiān)測(cè)能夠?qū)崟r(shí)了解河流水量，對(duì)防汛抗洪有重要意義。同時(shí)其涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)區(qū)域小氣候的功能，也使國(guó)家更加重視合理開(kāi)發(fā)利用水資源，因此及時(shí)、準(zhǔn)確、地反映中小河流水量現(xiàn)狀顯得尤為重要。

本案例為某省水文局為監(jiān)測(cè)省內(nèi)主要的中小型河流流量情況，使用固定式安裝方式在若干個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)河段地區(qū)的水文局安裝了AMT-LSX-1多普勒超聲波流量計(jì)實(shí)現(xiàn)24小時(shí)在線流量監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)汛期流量變化情況，掌握河道基本信息數(shù)據(jù)，為防洪排澇提供依據(jù)。

多普勒超聲波流量計(jì)是測(cè)量自然水域的流速和流量?jī)x表，既不需要跟電磁流速流量計(jì)一樣截開(kāi)管道安裝管段式傳感器，也不需要使用截流裝置，更不要安裝固定的堰槽來(lái)控制水流從固定出口流淌。只需要固定在水流方向，當(dāng)水流量大于2cm即可開(kāi)始測(cè)量水流速、流量、水位一體化檢測(cè)。

多普勒超聲波流量計(jì)原理：多普勒超聲波流量計(jì)是采用速度面積法測(cè)流，內(nèi)部包含一個(gè)水位計(jì)和流速傳感器，使用的時(shí)候預(yù)先將渠道的類型和參數(shù)輸入控制器，控制器能夠利用水位自己換算出過(guò)流面積，通過(guò)過(guò)流面積X流速就能計(jì)算出水量。

多普勒超聲波流量計(jì)

產(chǎn)品特點(diǎn)：

寬量程：0.02-5m/s(流速)

分辨率可達(dá)1mm/s（流速）

高響應(yīng)時(shí)間，打破以往需要長(zhǎng)時(shí)間才能得到流速流量的，測(cè)量結(jié)果時(shí)時(shí)刷新。

速度面積法流量測(cè)量，適合滿管及非滿管，可自由設(shè)定斷面水位關(guān)系。

內(nèi)部自帶高精度溫度傳感器可用于水溫測(cè)量和聲速補(bǔ)償。

流體力學(xué)外殼設(shè)計(jì)，對(duì)水體流態(tài)影響小，不影響測(cè)量精度。

防腐蝕外殼設(shè)計(jì)，能夠在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期工作。

可提供瞬時(shí)流量值和累積流量值。

無(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不存在泥沙堵塞或水草、雜物纏繞等問(wèn)題，適用于泥沙懸浮物含量高，水草等漂浮物多的河流中測(cè)量。

測(cè)量線性，出廠已校準(zhǔn)長(zhǎng)期使用也無(wú)需校準(zhǔn)。

配有數(shù)據(jù)接收軟件，可讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和累計(jì)數(shù)據(jù)。

技術(shù)參數(shù)：

流速：

測(cè)量范圍：0.02-5m/s

精度：1.0%±1cm/s

分辨率：1mm/s

水深：

測(cè)量范圍：0m-5m（更高可設(shè)置）

精度：±1cm

分辨率：1mm

溫度：

測(cè)量范圍：-10℃-60℃

精度：±0.5℃，

分辨率：0.1℃

流量：

測(cè)量范圍：0.001m3/h-999999999 m3/h（根據(jù)斷面可以增加）

精度：±2-3%（根據(jù)斷面流態(tài)有所不同）

分辨率：0.0001 m3/s

電源：直流10V-24V

工作電流：12V 小于0.1A

輸出信號(hào)：RS485（Modbus-RTU）

防護(hù)等級(jí)：IP68

工作溫度：0℃-60℃（不結(jié)冰）

存儲(chǔ)溫度：-10℃-70℃

設(shè)備材質(zhì)：灰色PVC

AMT-LSX-1多普勒超聲波流量計(jì)安裝示意圖

多普勒流量計(jì)安裝方式

本案例中的AMT-LSX-1多普勒超聲波流量計(jì)進(jìn)行24小時(shí)在線實(shí)時(shí)測(cè)量，安裝于自然河道水文站流量有代表性的平穩(wěn)地點(diǎn)，除終得到流量數(shù)據(jù)外，還可同時(shí)得到流速和水位數(shù)據(jù)，便于客戶了解河道水量情況和內(nèi)部流態(tài)，一直保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，為客戶監(jiān)測(cè)河道流量情況提供了幫助。

常規(guī)的幾種測(cè)流形式：

1.流速面積法

通過(guò)各種流速傳感器將渠道的平均流速V測(cè)量出來(lái)，然后通過(guò)水位和渠道的形態(tài)換算出過(guò)流面積S，利用平均流速乘以過(guò)流面積即可計(jì)算出相應(yīng)的流量。

2.平均流速公式法

求明渠水流的平均流速的公式有很多，其中典型公式有謝才公式和曼寧公式，流速公式法是通過(guò)測(cè)量水面的坡度，預(yù)估粗糙程度，結(jié)合水流截面的形態(tài)，利用謝才公式和曼寧公式計(jì)算出平均流速，再計(jì)算出流量的。

3.水位流量曲線法

利用水位流量曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)系，測(cè)量水位就可以求出流量。初次使用時(shí)需使用其他設(shè)備對(duì)水位流量進(jìn)行校準(zhǔn)。

4.量水堰槽法

量水堰槽法是利用修建固定的堰槽，利用水位直接換算出流量的，常用的堰槽有三角堰、矩形堰、梯形堰、巴歇爾槽等。

本文主要是針對(duì)說(shuō)明這4種方法中精度的是流速面積法：

因?yàn)樗侵苯訙y(cè)量水流速度的，其他的3種方法均是采用水力學(xué)公式利用水位換算出的流量。流速面積法典型的代表產(chǎn)品是多普勒超聲波流量計(jì)，其利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行流速測(cè)量，內(nèi)部集成水位計(jì)測(cè)量水位并換算過(guò)流面積。

多普勒超聲波流量計(jì)是是利用聲波在流體中傳播的多普勒效應(yīng)，通過(guò)測(cè)定流體中運(yùn)動(dòng)粒子散射聲波的多普勒頻移，即可得到流體的速度，結(jié)合內(nèi)置壓力式水位計(jì)，利用速度面積法，即可測(cè)量液體的流量。適合于明渠、河道及難以建造標(biāo)準(zhǔn)斷面的流速流量測(cè)量以及于各種滿管和非滿管明渠流速流量測(cè)量。

以下是安裝示意圖：

現(xiàn)場(chǎng)案例：

產(chǎn)品特點(diǎn)

符合《SL651-2014 水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通信規(guī)約》，特殊場(chǎng)合可根據(jù)客戶要求進(jìn)行協(xié)議定制。

支持同時(shí)向多個(gè)站點(diǎn)發(fā)送報(bào)文。

支持多種工作模式（包括自報(bào)式、查詢/應(yīng)答式、兼容式等），限度降低功耗。

內(nèi)嵌GPRS/CDMA模塊，實(shí)現(xiàn)采集、控制、無(wú)線傳輸于一體。

支持水位計(jì)，雨量計(jì)，工業(yè)攝像頭，流量計(jì)、水質(zhì)傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器等接口。

超低待機(jī)功耗：1mA@12V。

內(nèi)置大容量存儲(chǔ)空間，支持USB本地?cái)?shù)據(jù)導(dǎo)出功能。

支持遠(yuǎn)程升級(jí)，配置，維護(hù)。

可自由設(shè)置傳感器采集周期。

可同時(shí)支持有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場(chǎng)可通過(guò)手機(jī)無(wú)線連接設(shè)備，調(diào)試人員只需通過(guò)web即可對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置和狀態(tài)查看。

支持短信數(shù)據(jù)上傳，數(shù)據(jù)預(yù)警功能，可根據(jù)用戶需求設(shè)置短信內(nèi)容。

采用高性能的工業(yè)級(jí)32位通信處理器和工業(yè)級(jí)無(wú)線模塊，以嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)，寬溫設(shè)計(jì)，耐高低溫，耐強(qiáng)電磁干擾。適用于各種惡劣的現(xiàn)場(chǎng)。采用完備的系統(tǒng)保護(hù)機(jī)制和防掉線機(jī)制，保證終端永遠(yuǎn)在線。

產(chǎn)品應(yīng)用

可廣泛應(yīng)用于各種水利信息化建設(shè)領(lǐng)域，如水文、水資源、水環(huán)境、水污染、山洪災(zāi)害、水庫(kù)、大壩的遠(yuǎn)程測(cè)控領(lǐng)域

3.云平臺(tái)

灌區(qū)信息化遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能：

各站點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流量數(shù)據(jù)、累積數(shù)據(jù)

站點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)預(yù)覽、每日?qǐng)?bào)表、歷史圖形

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻

預(yù)警記錄

流量、水位異常，自動(dòng)報(bào)警

支持?jǐn)U展現(xiàn)場(chǎng)照片、視頻監(jiān)測(cè)

安裝案例

采集數(shù)據(jù)我們?cè)谇乐兄饕枚嗥绽粘暡髁坑?jì)他是利用聲波在流體中傳播的多普勒效應(yīng)，通過(guò)測(cè)定流體中運(yùn)動(dòng)粒子散射聲波的多普勒頻移，即可得到流體的速度，結(jié)合內(nèi)置壓力式水位計(jì)，利用速度面積法，即可測(cè)量液體的流量。適合于明渠、河道及難以建造標(biāo)準(zhǔn)斷面的流速流量測(cè)量以及于各種滿管和非滿管明渠流速流量測(cè)量。

流量計(jì)通過(guò)RS485接入到遙測(cè)終端機(jī)上，控制器采用太陽(yáng)能供電，RTU通過(guò)GPRS可以將數(shù)據(jù)發(fā)送至相應(yīng)的服務(wù)器，當(dāng)客戶沒(méi)有服務(wù)器時(shí)可以采用花生殼或雙DTU對(duì)傳，數(shù)據(jù)直接接入PC。遙測(cè)終端機(jī)支持標(biāo)準(zhǔn)水文通信規(guī)約或者JSON格式數(shù)據(jù)包。

現(xiàn)場(chǎng)案例：

灌區(qū)智能化監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)集信息采集、業(yè)務(wù)管理為一體。通過(guò)建立灌區(qū)水位、流量、水質(zhì)等水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能化業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，解決了灌區(qū)工作人員在信息采集、量測(cè)水管理、水費(fèi)計(jì)收、配水調(diào)水等方面的管理問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)水資源的合理配置、優(yōu)化調(diào)度、利用的目標(biāo)。