CN208672667U - 一种分布式声学多普勒流量监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种分布式声学多普勒流量监测装置，包括：至少一个声学多普勒流速传感器，其通过安装支架布设在管道上；在管道的顶部设置与管道连接的第一延伸部；在所述第一延伸部中设置有液位传感器；以及数据采集处理单元；安装支架的底座、球阀、密封卡套以及声学多普勒流速传感器依次连接，声学多普勒流速传感器通过线缆连接到所述数据采集处理单元，所述液位传感器将数据传输到所述数据采集处理单元。本实用新型通过测量管道声学多普勒流速传感器布设点水深范围内分层流速，加密单位空间采集点数，提高分辨率，从而达到更好的测量效果；通过将声学多普勒流速传感器分布式管道均匀布设，实现管道流体流量的测量。

Description

一种分布式声学多普勒流量监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种液体流量监测装置，特别是涉及一种用于管道的分布式声学多普勒流量监测装置。

背景技术

声学多普勒流量计可无流动阻抗测量，无压力损失；可测量导电性液体；可用于测量各种流体流量；安装方便快捷，可不停产安装、维护、维修；高流速测量，最大可测10m/s流速的流体。鉴于声学多普勒法流量计测量原理，需要水中有悬浮的颗粒物，所以适应于污水或含颗粒或是气泡的水体。特别是对城市排污、工业废水、矿浆、原油、泥浆、油水混合物等含气泡、杂质、颗粒的液体有较好的适应性。

声学多普勒流量计是一种完全独立的流量计,可以同时记录管道中流体的瞬时流量、累计流量、平均流速、以及水温、水位等多种参数，其测量原理是以物理学中的声学多普勒效应为基础，根据声学多普勒效应，当声源和观察者之间有相对运动时，观察者所感受到的声频率将不同于声源所发出的频率。这个因相对运动而产生的频率变化与两物体的相对速度成正比，在声学多普勒超声波流量测量方法中，超声波发射器为一固定声源，随流体一起运动的固体颗粒起了与声源有相对运动的”观察者”的作用，固体颗粒把入射到其表面上的超声波反射回接收器,发射声波与接收声波之间的频率差.就是由于流体中固体颗粒运动而产生的声波声学多普勒频移.由于这个频率差正比于流体流速，所以测量频差可以求得流速,进而可以得到流体的流量Q。

在实际的流量计安装过程中，需要在管道中为非工作状态，也就是管道中没有流体时，在管道中进行打孔，设置安装支架以进行声学多普勒流量计的安装，然而，很多现实情况下，需要在管道工作时，进行声学多普勒流量计的安装，现有的在管道内部设置安装组件进行安装的方式是无法实现的，因此，需要研发能够适用于在管道中存在正常流速的流体情况下，能实现快速、方便安装以及对流体的流速进行准确测量的声学多普勒流量监测装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种分布式声学多普勒流量监测装置，能够在管道正常工作时，进行声学多普勒流速传感器的安装，从而分布式声学多普勒流速传感器能够方便、快速、便捷的适用于城市污水排放、地铁地下水(降水)排放、季节性雨水排放、泵站供水管道的流量监测。

本实用新型提供一种分布式声学多普勒流量监测装置，包括一个或一个以上的声学多普勒流速传感器、液位传感器及安装支架、数据采集处理单元(含流量计算模型)及供电单元；声学多普勒流速传感器分布式布设在管道侧边；液位传感器安装在管道顶部(法兰式安装)；数据处理单元及供电单元安装在管道附近地面(立杆或者防水箱安装)或墙体安装(背板膨胀螺栓安装)；数据采集处理单元根据声学多普勒流速传感器传回的流速数据、液位传感器传回的水位数据，通过内置流量计算模型软件，计算管道中流体的瞬时流量、累计流量、平均流速、水位、水温等水文数据。

本发明提供一种分布式声学多普勒流量监测装置，包括：至少一个声学多普勒流速传感器，其通过安装支架分布式布设在管道上；在管道的顶部设置与管道连接的第一延伸部；在所述第一延伸部中设置有液位传感器；以及数据采集处理单元，其中，安装支架的底座、球阀、密封卡套以及声学多普勒流速传感器依次连接，声学多普勒流速传感器通过线缆连接到所述数据采集处理单元，所述液位传感器将水位数据传输到所述数据采集处理单元。

其中，所述声学多普勒流量流速传感器实时测量管道内流体流速；所述液位传感器实时监测管道内流体液位；所述数据采集处理单元根据实时传回的流速、水位数据，计算管道内流体的平均流速、瞬时流量、累计流量。

其中，所述声学多普勒流速传感器收发一体式，所述声学多普勒流速传感器为上下均匀布置或前后布置。

其中，所述声学多普勒流速传感器收发分体式，所述多普流量流速传感器要求排布在管道两侧，接收端与发射端相对。

其中，所述安装支架为圆管打孔式，用于圆形管道声学多普勒流速传感器的分布式安装。

本实用新型提出的技术方案的有益效果是：声学多普勒流速传感器分布式布设方案，具有结构简单、易于安装、维护检修方便、流量检测范围宽、测量精度高的特点，可在正常工作状态下施工，避免停产、停业并可避免泄露，对城市排污、地铁地下水排水、工业废水、矿浆、原油、泥浆、油水混合物等含气泡、杂质、颗粒的液体也有较好的适应性，是城市供排水监测相对较优的选择，而且它本身具有体积小、易安装和节能的优点，可长时间在恶劣的环境下稳定运行，适合城市供排水水量计量。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步说明，其只是为了便于理解本实用新型，并不作为具体保护范围的限定：

图1是本实用新型的收发一体式声学多普勒流速传感器分布式管道安装示意图；

图2是本实用新型的圆形管道声学多普勒流速传感器安装支架示意图；

图3是本实用新型的收发分体式声学多普勒流速传感器分布式管道安装示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图对本实用新型的实施例进行说明，本领域技术人员应当理解，下述的说明只是为了便于对实用新型进行解释，而不作为对其范围的具体限定。

如图1所示为本实用新型的收发一体式声学多普勒流速传感器分布式管道安装示意图。所述声学多普勒流量监测装置，包括一个或一个以上的声学声学多普勒流速传感器1、对于收发一体式声学声学多普勒流速传感器可布置在同侧根据常态水位布置，如呈上下均匀布置，也可前后布置。

所述声学多普勒流速传感器1通过安装支架3分布式布设在管道上，在管道的顶部设置与管道连接的第一延伸部，在所述第一延伸部中设置有液位传感器4；所述数据采集处理单元5，以及供电单元；数据处理单元5和供电单元安装在管道附近位置，可通过立杆或者防水箱安装或墙体安装，当采用墙体安装时，可在墙体的背板设置膨胀螺栓对数据处理单元5进行安装，所述供电单元可以是市电或太阳能供电的蓄电能源，所述供电单元用于对数据处理单元5进行能量供应，其安装位置可与数据处理单元相邻，也可以远离；所述声学多普勒流速传感器1通过线缆2连接到所述数据采集处理单元5，所述液位传感器也可通过数据线或无线方式将数据传输到所述数据采集处理单元5；所述数据采集处理单元5根据声学多普勒流速传感器1传回的流速数据、液位传感器4传回的水位数据，通过内置流量计算模型软件或控制芯片，计算管道中流体的瞬时流量、累计流量、平均流速等水文数据。

所述声学多普勒流速传感器1为收发一体式时，其在一个传感器中同时包括发射元件和接收元件，所述声学多普勒传感器1为1个、2个、3个或更多个。作为优选可根据现场情况安装在同侧，如图1所示，三个声学多普勒流速传感器1安装在管道中液体流动方向(图中箭头所示方向)的右侧，作为进一步的选择，所述声学多普勒流速传感器也可以安装在管道中液体流动方向(图中箭头所示方向)的左侧，当然可以理解，声学多普勒流速传感器的数量不局限于三个，也不局限于位于同一侧，也可以将声学多普勒流流速传感器同时设置在管道中液体流动方向(图中箭头所示方向)的两侧，两侧设置的声学多普勒流速传感器的数量可相同也可以不同。

根据管道的直径可以选择施加在管道外侧的声学多普勒流速传感器的数量，优选对于管道直径小于等于0.3米，采用一声道，即设置一个声学多普勒流速传感器；而对于管道直径大于0.3米小于等于1米时，采用三个声学多普勒流速传感器的三声道，对于管道直径大于1米采用五个声学多普勒流速传感器的五声道；对于更大尺寸的管道，可以根据需要设置更多数量的声学多普勒流速传感器，形成多声道高精度测量配置方案。

对于收发一体的声学多普勒流速传感器来说，其对安装位置要求较小，对于不同直径的管道，可采用相同的支架进行安装，通常来说，管道的直径是明显大于安装支架的尺寸的，当然两者之间的比例并不作为限制，只要安装支架的尺寸，保证声学多普勒流速传感器能够安装在管道上即可。

如图2所示，本实用新型采用的声学多普勒流速传感器安装支架包括底座6，球阀7及密封卡套8，该结构可在管道流体正常工作下安装，可避免停工停产。结合图1和图2所示，所述安装支架3为打孔式安装支架，声学多普勒流流速传感器1在安装时，由于管道需进行打孔所以为保证在管道存有液体情况下施工，需先将底座6与管道进行连接，优选采用焊接的方式或其他合适的方式，在所述底座6上安装球阀7，之后紧固密封卡套8；所述底座6、球阀7、密封卡套8以及声学多普勒流速传感器1依次连接，从而实现将声学多普勒流速传感器1安装在管道上，所述液位传感器4安装在管道顶部；数据处理单元5安装在管道附近，可通立杆式安装或者防护箱安装、或采用安装板及膨胀螺栓的方式安装在附近墙面。

如图3所示，本实用新型所述的收发分体式声学多普勒流速传感器分布式管道安装示意图。结合图2和图3所示，声学多普勒流速传感器安装在管道两侧，并且保证安装位置及角度的准确性。对于收发一体式声学多普勒流速传感器可布置在同侧根据常态水位布置，如呈上下均匀布置，也可前后布置。收发分体式声学多普流速传感器要求排布在管道两侧，接收端与发射端相对，保证安装高度与安装角度，同样可根据常态水位布置，如呈上下均匀布置，也可前后布置。

虽然管道直径不同但是支架相同，只是底座稍微有些差异；所述安装支架3为打孔式安装支架，声学多普勒流速传感器1在安装时，由于管道需进行打孔所以为保证在管道存有液体情况下施工，需先将底座6与管道进行连接，优选采用焊接的方式或其他合适的方式，在所述底座6上安装球阀7，之后紧固密封卡套8；圆管打孔式安装支架3，用于圆形管道声学多普勒流速传感器的分布式安装，由于管道需进行打孔所以为保证在管道存有液体情况下施工，需先焊接底座6，安装球阀7及紧固密封卡套8，以保证开孔时液体不外泄，此方法适用于不同直径大小的圆形管道安装环境。

所述底座6、球阀7、密封卡套8以及声学多普勒流速传感器1依次连接，从而实现将声学多普勒流速传感器1安装在管道上，所述液位传感器4安装在管道顶部；数据处理单元5安装在管道附近，可通立杆式安装或者防护箱安装、或采用安装板及膨胀螺栓的方式安装在附近墙面。一对发射声学多普勒流速传感器和接收声学多普勒流速传感器分别通过线缆2连接到所述数据采集处理单元5，所述发射声学多普勒流速传感器和所述接收声学多普勒流速传感器相对，从所述发射声学多普勒流速传感器发射的声学信号被所述接收声学多普勒流速传感器接收，所述液位传感器也可通过数据线或无线方式将数据传输到所述数据采集处理单元5；所述数据采集处理单元5根据声学多普勒流速传感器1传回的流速数据、液位传感器4传回的水位数据，通过内置流量计算模型软件，计算管道中流体的瞬时流量、累计流量、流速等水文数据。

通过声学多普勒流流速传感器、液位传感器实时采集的流速、水位数据，数据采集处理单元接收到流速、液位数据，计算出管道内流体瞬时流量，记为Qs；累计流量，记为Q；作为示范，其流量可按下式计算：

Qs＝AV

式中A为管道过水面积；V为断面平均流速。

Q＝QsT

式中Qs为瞬时流量；T为累计时长(单位h)。

式中V为管道内流体平均流速，各声道流速分别为V1、V2、V3、V4、V5……Vn

V＝f(V1，V2，V3，V4，V5……V_n)，(f为对应函数关系，在此不做赘述)。

本实用新型为分布式声学多普勒流量在线监测装置，其中，提供分布式声学多普勒流速传感器，通过测量管道声学多普勒流速传感器布设点水深范围内分层流速，加密单位空间采集点数，提高分辨率，从而达到更好的测量效果；通过将声学多普勒流流速传感器分布式管道均匀布设，实现管道内流体流量的分布式测量。

可以理解的是，虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本实用新型。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种分布式声学多普勒流量监测装置，包括：至少一个声学多普勒流速传感器，其通过安装支架布设在管道上；在管道的顶部设置与管道连接的第一延伸部；在所述第一延伸部中设置有液位传感器；以及数据采集处理单元；其特征在于：安装支架的底座、球阀、密封卡套以及声学多普勒流速传感器依次连接，声学多普勒流速传感器通过线缆连接到所述数据采集处理单元，所述液位传感器将数据传输到所述数据采集处理单元。

2.根据权利要求1所述的分布式声学多普勒流量监测装置，其特征在于：所述声学多普勒流速传感器仪实时测量管道水体流速；所述液位传感器实时监测管道水位；所述数据采集处理单元根据实时传回的流速、水位数据，计算管道内流体的平均流速、瞬时流量、累计流量。

3.根据权利要求1所述的分布式声学多普勒流量监测装置，其特征在于：所述声学多普勒流速传感器为收发一体式，所述声学多普勒流速传感器为上下均匀布置或前后布置。

4.根据权利要求1所述的分布式声学多普勒流量监测装置，其特征在于：所述声学多普勒流速传感器为收发分体式，所述声学多普勒流速传感器排布在管道两侧，接收端与发射端相对。

5.根据权利要求1所述的分布式声学多普勒流量监测装置，其特征在于：所述安装支架为圆管打孔式，用于圆形管道声学多普勒流速传感器的分布式安装。