[发明专利]具有可适配波束特性的流量计

说明书

实施例提供了一种用于测量河道中的流体流量的流体参数的设备，包括：发射机；至少一个接收机；处理器，操作地耦接到所述至少一个发射机和所述至少一个接收机；存储器设备，存储所述处理器可执行以执行以下操作的指令：使用所述发射机朝向流体河道中的流体的表面发射携带信号的定向能量，以便产生来自所述流体表面的一个或多个反射；通过所述至少一个接收机来检测与如此产生的所述一个或多个反射相关联的一个或多个接收信号；使用所述设备的处理器，基于包括发射信号和接收信号的特性的测量波束，来确定待测的一个或多个流体参数；以及使用所述设备的处理器将所述一个或多个流体参数与河道分段相关联。描述并请求保护其它实施例。

背景技术

估计河流和溪流的体积流量是资源管理和防洪中的重要问题。可以勘测横向河床深度以产生横截面剖面，然后将其划分成多个区段。然后使用潜水式速度探头在多个深度处对每个区段内的水流速度进行采样。以这种方式，河道横截面被划分成较小区域，每个区域与测量的速度相关联。根据该精心收集的数据集，可以计算总体积流量。

对所需的多点数据的收集充其量是一个耗时且成本高昂的过程，并且在诸如洪水之类的条件下非常危险。因此，每天或每小时的估计通常依赖于测量单个参数(例如，河水位(例如，单点水位))，并将该单个参数与通过更严格的随时间的测量而产生的水位流量关系曲线相关联。

通常，人们不能根据单个河流勘测来推断出整个水位流量关系曲线，这是因为曲线的斜率取决于哪些水动力控制管理不同水位下的河流表现。例如，高水位可能使得一些岩石或沙洲被淹没，从而允许流型显著改变。这意味着正确的水位流量关系曲线形状在特定水位(例如，洪水水位)处通常是未知的，并且不依赖于知道水位流量关系曲线的泄流(discharge)估计方法具有价值。

一种方法涉及熵流量建模。该方法提供了对取决于当前最大速度以及取决于先前确定的几乎与河流水位无关的系数的横截面平均速度的估计。根据熵流量建模理论，最大速度和横截面平均速度之间是地点相关成比例的。在宽河道中，最大速度通常发生在水面处，通常靠近河道的中心。

如果先前已经对河床和堤岸形状进行了勘测，那么水高度和横截面流动面积之间的关系也是已知的。因此，可以仅基于水高度和最大速度这两个测量，将泄流计算为平均速度乘以横截面积。此外，水高度和最大表面速度可通过所谓的非接触式传感器在相距一定距离处测量。非接触式测量传感器的示例是用于水位的超声波距离传感器和用于表面速度的多普勒雷达传感器。非接触式水位和速度传感器通常安装在跨越感兴趣的河流或溪流的桥上。这些传感器允许在洪水水位期间以很小的人员风险来估计河流或溪流泄流，这是因为不需要将任何物质放入水中。用于测量水高度的备选方法是浸没式压力传感器，其输出将随其浸没深度而变化。用于测量速度的备选方案是永久安装的超声波电流计，其通常安装在桥架上的水线下方。诸如此类的浸没式传感器需要更频繁的维护，并且在洪水事件期间易受损坏。这就是优选非接触式传感器的原因。

一些超声波水位传感器可用，一些型号专门用于测量河水位。

发明内容

一个实施例提供了一种用于测量在河道中流动的流体的流体参数的设备，包括：发射机；至少一个接收机；处理器，操作地耦接到所述至少一个发射机和所述至少一个接收机；存储器设备，存储所述处理器可执行以执行以下操作的指令：使用所述发射机朝向流体河道中的流体的表面发射携带信号的定向能量，以便产生来自所述流体表面的一个或多个反射；通过所述至少一个接收机来检测与如此产生的所述一个或多个反射相关联的一个或多个接收信号；以及使用所述设备的处理器，基于包括发射信号和接收信号的特性的测量波束，来确定待测的一个或多个流体参数；以及使用所述设备的处理器将所述一个或多个流体参数与河道分段相关联。