[发明专利]一种河流流量监测装置及河流流量计算方法

权利要求书

1.一种河流流量监测装置，包括流速测量模块、水位测量模块、微处理器模块、存储模块、键盘显示模块、GPRS模块和电源模块，其特征在于：所述流速测量模块、水位测量模块、存储模块、键盘显示模块、GPRS模块和电源模块分别与微处理器模块连接；

所述流速测量模块设置两个超声波换能器，采用超声波速度差法测量河流流速；

所述水位测量模块采用一个超声波换能器测量水位；

所述GPRS模块实现数据的远程传输。

2.根据权利要求1所述的一种河流流量监测装置，其特征在于，所述流速测量模块包括时间测量电路、第一CPLD芯片、第一超声换能驱动电路、第一换能器、第二换能器、第一收发时序控制电路以及第一信号处理电路；第一CPLD芯片分别与第一超声换能驱动电路、时间测量电路、第一收发时序控制电路连接，第一超声换能驱动电路分别与第一换能器、第二换能器连接，第一换能器、第二换能器均与第一收发时序控制电路连接，第一收发时序控制电路与第一信号处理电路连接，第一信号处理电路与第一CPLD芯片连接；时间测量电路和第一CPLD芯片分别与微处理器模块连接。

3.根据权利要求1所述的一种河流流量监测装置，其特征在于，所述水位测量模块包括第二CPLD芯片、第二超声换能驱动电路、第三换能器、第二收发时序控制电路以及第二信号处理电路；第二CPLD芯片与第二超声换能驱动电路、第二收发时序控制电路连接，第二超声换能驱动电路与第三换能器连接，第三换能器与第二收发时序控制电路连接，第二收发时序控制电路与第二信号处理电路连接，第二信号处理电路与第二CPLD芯片连接；第二CPLD芯片与微处理器模块连接。

4.一种基于权利要求1所述河流流量监测装置的河流流量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)：由流速测量模块通过超声波速度差法测量获得河流流速；

步骤(2)：由水位测量模块测量河流水位，分为规则河道形状测量方法和不规则河道形状测量方法；

所述规则河道形状测量方法如下：

超声波换能器发出一束脉冲至返回时间为T，计算出超声波换能器距离被测水面的距离因此，河流水位H＝H₀-H₁，其中，H₀为超声波换能器距离河道底部最低位置的距离，V为声波传播速度；

所述不规则河道形状测量方法如下：

超声波换能器发出一束脉冲至返回时间为T，计算出超声波换能器距离被测水面的距离沿河道截面的底部划分出若干个均匀分布的测量点，将河道截面分为n段，分别测量超声波换能器与这些测量点之间的垂直距离A_i，因此，各测量点处的河流水位为a_i＝A_i-H₁，其中，V为声波传播速度，i为不大于n-1的正整数；

步骤(3)：根据步骤(2)测量得到的水位数据计算河道横截面积S；

步骤(4)，测量河水流量：Q＝S×V。

5.根据权利要求4所述的河流流量计算方法，其特征在于，所述步骤(3)中，河道横截面为抛物形时，河道横截面积S为：其中，ε为最小可积分常数；

河道横截面为梯形时，河道横截面积S为：其中，L为河底宽度，α为河底与河堤夹角；

河道横截面为不规则形时，河道横截面积S为：其中，l为河道截面的底部相邻两个测量点的间距，n为大于1的正整数。

6.根据权利要求4所述的河流流量计算方法，其特征在于，还包括将测量得到的数据存储到存储模块，并且将测量得到的河流流速、河流水位、河流流量数据通过GPRS模块传送到远程无线终端设备的步骤。