CN101922911B - 一种淤沙厚度传感器以及用其测量河道或渠道淤沙厚度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种淤沙厚度传感器以及用其测量河道或渠道淤沙厚度的方法，特别是水利行业测量较宽河道或渠道淤沙厚度的专用传感器及其测量方法。技术方案是淤沙厚度传感器密的封外壳(1)分上下两部分，上部分为充满压力传递介质的液压腔(2)，下部分为放置压力传感器(3)的传感器室(6)，波纹膜(4)设置在密封外壳的上部，波纹膜为液压腔的顶壁，波纹膜受压传递压力至液压腔内的压力传递介质，压力传感器将压力信号转变为电信号输出。将淤沙厚度传感器设置在河道或渠道底部的多个点上，利用淤沙和水的不同比重，通过液压传递压力，测出沙、水重量，用压力传感器将压力变为电信号，结合水面水位信号，利用渠水和含水淤沙的比重计算出淤沙厚度。

Description

一种淤沙厚度传感器以及用其测量河道或渠道淤沙厚度的方法

技术领域：

本发明涉及一种淤沙厚度传感器以及用其测量河道或渠道淤沙厚度的方法，特别是水利行业测量河道或渠道淤沙厚度的专用传感器及其测量方法。

背景技术：

我国中西部地区及黄河灌溉区水中含沙量较大，渠道容易产生淤沙，普通的传感器这样条件下不能准确地完成实际水位测量；有的河道含沙量较大、河面较宽，河道容易产生淤积，且因较宽河道在同一断面上淤沙厚度存在不均匀现象，难以测量出准确的河道输水截面积，普通的传感器这样条件下不能准确地完成的淤沙厚度测量，也难以在线测量出准确的河道输水截面积，根据流速-面积法或水位-公式法测量的流量存在较大的误差。

发明内容：

本发明目的是提供一种淤沙厚度传感器以及用其测量河道或渠道淤沙厚度的方法，利用淤沙和水的比重不同，可准确测量淤沙厚度，解决背景技术存在的上述问题。

本发明目的是通过下面的技术方案实现的：

一种淤沙厚度传感器，包含密封外壳、压力传感器、压力传递膜，密封外壳内为放置压力传感器的传感器室，压力传递膜设置在密封外壳的上部，压力传递膜为密封外壳的顶壁，压力传递膜将感受到的重力传递给压力传感器，压力传感器输出电信号，利用淤沙和水的比重不同，测量河道或渠道淤沙厚度。

为提高测量精度和准确性，淤沙厚度传感器密封外壳分为上下两部分，上部分为充满压力传递介质的液压腔，下部分为放置压力传感器的传感器室，压力传递膜设置在密封外壳的上部，压力传递膜为液压腔的顶壁，压力传递膜将感受到的重力传递给液压腔内的压力传递介质，压力传递介质再将压力传递给压力传感器，压力传感器输出电信号。

本发明还设有连接压力传感器的通气电缆，用于将传感器电信号传递给采集仪表，同时通气导管用于平衡大气压力。

所说的压力传递膜是波纹膜，压力传递介质为液压油。

密封外壳的材质可以是金属、塑料等材料制成，压力传感器用于将压力信号转变为电信号，是公知的技术内容。波纹膜用于将淤沙和渠水产生的压力传递给压力传递介质。

本发明还提供一种用淤沙厚度传感器测量渠道或河道淤沙厚度的方法：

将淤沙厚度传感器设置在河道或渠道底部，淤沙厚度传感器利用淤沙和水的比重不同，测量河道或渠道淤沙厚度，用压力传递膜隔开沙、水和压力传递介质，通过压力传递介质传递压力，测出沙、水重量，用压力传感器将压力变为电信号，通过智能仪表和配套水位计采集水面水位信号、利用已知的渠水和含水淤沙的比重计算出淤沙厚度。

所说的压力传递膜是波纹膜，压力传递介质为液压油。

如果测量较宽的河道或渠道淤沙厚度，将多个淤沙厚度传感器设置在同一断面河道或渠道底部的多个点上，利用淤沙和水的不同比重，通过液压传递压力，测出各点沙、水重量，用压力传感器将压力变为电信号，结合水面水位信号，利用渠水和含水淤沙的比重计算出淤沙厚度。

利用渠水和含水淤沙的比重计算出淤沙厚度是公知的内容。采集多点淤沙厚度传感器的淤沙厚度测量值，并计算出平均沙厚，利用得出的平均淤沙厚度得到有效水位，从而准确的计算出有效输水截面积，再根据测得的输水流速，利用流速-面积法计算可得到河道的瞬时流量和计算累计流量。

为更好地实现本发明，先在河道或渠道底部设置一个矩形输水断面，为测量断面，矩形输水断面底部多点安装的多个淤沙厚度传感器连成的直线平行于矩形输水断面，也就是垂直于河道或渠道。

矩形输水断面由混凝土、钢或不锈钢、玻璃钢构成，用于建立测量断面。

为了测量流速，将流速仪也设置在矩形输水断面内，流速仪、水位计、多个淤沙厚度传感器都与淤沙宽河道流量计连接，淤沙宽河道流量计的中央处理器CPU对输入的信号进行自动处理，自动计算出淤沙的平均厚度和流量。

流速仪是公知的设备，用于测量河道输水流速，流速仪的类型为管段式超声波流速仪或ADCP多普勒流速仪；水位计是公知的设备，用于测量水面水位，水位计的类型为超声波水位计或浮子水位计。

淤沙宽河道流量计组成包含中央处理器CPU、4-20mA或0-10V信号接口电路、格雷码信号接口电路、键盘显示电路、电池电量采集电路、GPRS通讯模块控制电路的设备。

采用本发明，淤沙宽河道流量计通过采集同一输水截面上各点的淤沙厚度，计算后得出平均沙厚，通过采集水面水位信号、平均淤沙厚度计算出有效水位，利用矩形输水断面从而计算出准确的输水截面积，根据测得的输水流速，利用流速-面积法计算得到河道的瞬时流量并同时计算累计流量。

通过通讯方式上位机可随时采集淤沙宽河道流速流量计的各种数据以实现水资源管理。

本发明的优点及使用效果：

①可准确方便的测量出淤沙厚度；

②通过各点淤沙厚度的测量可得出平均淤沙厚度；

③利用得出的淤沙厚度和有效水位，准确的计算出输水截面积；根据测得的输水流速，利用流速-面积法计算可得到河道的瞬时流量和计算累计流量；

④由混凝土、钢或不锈钢、玻璃钢构成的矩形输水断面可用于建立测量断面和底部安装多点淤沙厚度传感器。

附图说明：

图1为本发明淤沙厚度传感器实施例一示意图。

图2为本发明淤沙厚度传感器实施例二示意图。

图3是图2的侧视图。

图中：密封外壳1、液压腔2、压力传感器3、波纹膜4、通气电缆5、传感器室6。

图4是本发明实施例三结构示意图。

图5是本发明实施例四中矩形输水断面结构示意图。

图6是本发明实施例四结构示意图。

图中：淤沙渠道流量计7、淤沙厚度传感器8、流速仪9、水位计10、矩形输水断面11、淤沙宽河道流量计12。

以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。

淤沙厚度传感器实施例一，参照附图1。

淤沙厚度传感器包含密封外壳1、压力传感器3、压力传递膜4，密封外壳内为放置压力传感器的传感器室6，压力传递膜设置在密封外壳的上部，压力传递膜为液压腔的顶壁。还设有连接压力传感器的通气电缆5，用于将传感器电信号传递给采集仪表，同时通气导管用于平衡大气压力。密封外壳的材质是金属材料制成，压力传感器用于将压力信号转变为电信号，压力传递膜用于将淤沙和渠水产生的压力传递给压力传感器。

淤沙厚度传感器实施例二，参照附图2、3。

在实施例中，淤沙厚度传感器包含密封外壳1、液压腔2、压力传感器3、压力传递膜4，密封外壳分上下两部分，上部分为充满压力传递介质的液压腔，下部分为放置压力传感器的传感器室6，压力传递膜设置在密封外壳的上部，压力传递膜为液压腔的顶壁。还设有连接压力传感器的通气电缆5，用于将传感器电信号传递给采集仪表，同时通气导管用于平衡大气压力。密封外壳的材质是金属材料制成，液压腔内部充满的压力传递介质是液压油；压力传感器用于将压力信号转变为电信号，压力传递膜用于将淤沙和渠水产生的压力传递给压力传递介质。采用本发明，淤沙厚度传感器利用淤沙和水的比重不同，测量河道或渠道淤沙厚度，通过液压方式，测出沙、水重量，通过智能仪表和配套水位计采集水面水位信号、利用已知的渠水和含水淤沙的比重计算出淤沙厚度。

实施例三，参照附图4，用于测量一般的河道或渠道淤沙厚度，将淤沙厚度传感器8设置在河道或渠道底部，利用淤沙和水的不同比重，通过液压传递压力，测出沙、水重量，用压力传感器将压力变为电信号，结合水位计10测得的水面水位信号，通过淤沙渠道流量计7，利用渠水和含水淤沙的比重计算出淤沙厚度。

实施例四，参照附图5、6，用于测量较宽河道或渠道淤沙厚度，淤沙宽河道流量计12、多个淤沙厚度传感器2、流速仪3、水位计4、矩形输水断面5，多个淤沙厚度传感器8分布在矩形输水断面11底部的多个点上，流速仪9也设置在矩形输水断面内部，水位计安装在水面上方，多个淤沙厚度传感器、流速仪、水位计均与淤沙宽河道流量计12连接。矩形输水断面11底部多点安装的多个淤沙厚度传感器连成的直线平行于矩形输水断面，也就是垂直于河道或渠道。

Claims (8)

1.一种淤沙厚度传感器，其特征在于包含密封外壳(1)、压力传感器(3)、压力传递膜(4)，密封外壳内为放置压力传感器的传感器室(6)，压力传递膜设置在密封外壳的上部，压力传递膜为密封外壳的顶壁，压力传递膜将感受到的重力传递给压力传感器，压力传感器输出电信号，利用淤沙和水的比重不同，测量河道或渠道淤沙厚度；密封外壳分上下两部分，上部分为充满压力传递介质的液压腔(2)，下部分为放置压力传感器的传感器室(6)，压力传递膜为液压腔的顶壁，压力传递膜将感受到的重力传递给液压腔内的压力传递介质，压力传递介质再将压力传递给压力传感器，压力传感器输出电信号。

2.根据权利要求1所述之淤沙厚度传感器，其特征在于设有连接压力传感器(3)的通气电缆(5)。

3.根据权利要求1所述之淤沙厚度传感器，其特征在于所说的压力传递膜是波纹膜，压力传递介质为液压油。

4.一种用权利要求1限定的淤沙厚度传感器测量河道或渠道淤沙厚度的方法，其特征在于将权利要求1所限定的淤沙厚度传感器设置在河道或渠道底部，淤沙厚度传感器利用淤沙和水的比重不同，测量河道或渠道淤沙厚度，用压力传递膜隔开沙、水和压力传递介质，通过压力传递介质传递压力，测出沙、水重量，用压力传感器将压力变为电信号，通过智能仪表和配套水位计采集水面水位信号、利用渠水和含水淤沙的比重计算出淤沙厚度。

5.根据权利要求4所述之测量河道或渠道淤沙厚度的方法，其特征在于在测量较宽的河道或渠道淤沙厚度时，将多个淤沙厚度传感器设置在河道或渠道底部的多个点上。

6.根据权利要求5所述之测量河道或渠道淤沙厚度的方法，其特征在于先在河道或渠道底部设置一个矩形输水断面，为测量断面，矩形输水断面底部多点安装的多个淤沙厚度传感器连成的直线平行于矩形输水断面，也就是垂直于河道或渠道。

7.根据权利要求6所述之测量河道或渠道淤沙厚度的方法，其特征在于将流速仪也设置在矩形输水断面内部，水位计设置在水面上方，流速仪、水位计、多个淤沙厚度传感器都与淤沙宽河道流量计连接，淤沙宽河道流量计的中央处理器CPU对输入的信号进行自动处理，自动计算出淤沙的厚度。

8.根据权利要求5所述之测量河道或渠道淤沙厚度的方法，其特征在于采集多点淤沙厚度传感器的淤沙厚度测量值，并计算出平均沙厚，利用得出的淤沙厚度和有效水位，准确的计算出输水截面积，再根据测得的输水流速，利用流速-面积法计算可得到河道的瞬时流量和累计流量。

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