超声波多普勒流速仪

测量原理   

     超声波多普勒流速仪，运用原理是将超声波传感器放在被测渠道、河道内，传感器向水中发射超声波，根据反射的超声信号强度和其他参数可以计算出水的流速，这些数据通过内置的硬件和软件传输给用户。广泛用于管道、渠道或者河流内测量水的流速的设备。
      主要适用的环境如下：

       ·洪涝灾害监测

       ·污水排放

       ·天然的河溪

       ·市政给排水

      ·水量流失/渗入监测

       ·灌溉流程监测

       ·河口和潮汐的研究

       ·渔业/水利

       ·海岸侵蚀研究

       ·暗渠流程监测

       ·道路排水监测

       ·运河流程研究

       ·江河流程监测

      可以根据需要提供电池供电系统，以便在供电不方便的地区提供电源。

       可以根据需要提供GPRS无线传输套件，以便在后台服务器上查看现场检测到的数据。

         产品特点      

       一、产品和技术参数

       1.1测量流速原理：采用多普勒频移物理原理来测量水流速度。

      什么是多普勒效应（多普勒频移）：

       超声波发出的声波被另一个接收体接收并反射，如果该声源相对于接收体是移动的，接收体接收到的声波频率将会与声源的发射频率有差异。

      如果两个物体之间的相对距离是减少的，接收的频率会增加。

       如果两个物体之间的相对距离是增加的，接收的频率就减小。

      这样的多普勒效应在日常生活中经常会发生，比如：当你听到迎面开来的一列火车气笛声或者一辆警车的警报声（一个声源），声音会显得频率较高；而当火车或者警车离你远去时，则听到的声音会变成较低的声音。

      通过发射超声波的频率和接收超声波频率的不同，从而推算出具体的流速是多少。

        技术参数   

      结构：分体式；

      测量种类：流速、水深、(水温测量是选配功能)

      用途：在线式测量

      流速测量范围(传感器以上水深：10cm)：

      正流速是+0.03m/s～+5.00m/s；

      负流速是-1.00m/s～-0.03m/s(选配项)；

      可以订做其他流速范围。

      流速测量分辨率：1mm/s；

      流速测量精度：测量流速的±2～3% ；

      水深测量范围：0.02～3.00m，0.02～10.00m(订货前要确认最大水深)；

      水深测量分辨率：1mm

      水深测量精度：0.5%；

      温度范围：0～60oC；分辨率：0.1oC；

      流量范围：无流量测量功能

      工作电压：常规12～13VDC，最低工作电压是10.3VDC，最高是14VDC。

      输出信号：RS485 MODBUS协议；

      无线传输(选配件)：GPRS型RTU无线传输器

      传感器配套电缆长度：10米；

      被测水道类型：管道，渠道，天然的溪流、河流；

      液体酸碱度要求：PH值在6～8之间。

      液体温度要求：0～60℃,非凝固

      液体压力要求：自然环境状态下，1个标准大气压

      提示：1.水凝固或者接近凝固状态下无法测量流速。

      2.默认最大水深不能超过10米，如果要超过10米需要订货前明确告诉厂家。

      1.4测量状态和接线

      通电后60秒钟以后计算出数据，之后每10～15秒钟计算出一次测量数据。(这里的数据不是主动上传的，是被动上传的，需要上位机发送查询命令才能够得到测量出来的数据。)

      超声波多普勒流速仪传感器常规工作供电是12～13VDC，供电电流120mA。

      连续最大工作功耗：14V×120ma=14V×0.12A=1.68W。

      电缆是四芯屏蔽线，电源两根线，485信号两根线。

      电源线红色正，白色负，蓝色是485A，黄色是485B。

    产品结构图

产品实物图

超声波多普勒流速仪传感器有一个不锈钢的安装底座，底座上的四个孔是用于跟地面固定，侧面的开口用于抱箍固定传感器用。

传感器安装底座说明图

二、产品安装

2.1 安装地点的选择

      选择水流平稳处测量。

水流不平稳的地方，多数情况下是紊流，紊流条件下测量到的流速是跳动的，不稳定，误差会很大。

图2.1.1 选择流速平稳的渠道段安装

2.2 对上游和下游渠道的要求

理想条件下，流量计安装地点的上游有渠道宽度10倍的直渠道，下游有3倍的直渠道。

图2.2.1 上游直渠道和下游直渠道的要求

上游直渠道的长度越长越好，越长水流就越平稳，流速测量就越接近实际流速。并且这一段不能有任何阻挡物，比如：闸门、堰槽等，保证传感器前端水流流态平稳无紊流。

        图2.2.2 上游直渠道的长度越长越好

如果达不到上游10倍直渠道，最少要有渠道宽度5倍，不能低于5倍。

举例：一条矩形渠道的宽度是2米，那么传感器安装地点的上游和下游的直渠道分别要有多少米长度呢？

         图2.2.3 宽度2米渠道的上游和下游直渠道要求

举例：一条梯形渠道的上底边宽度是5米，下底边宽度是2米，高度是2米，那么渠道宽度应该怎么算？

         图2.2.4 梯形渠道宽度如何确定

照汛期最高水位的宽度作为渠道的宽度，如果汛期水位超过梯形渠道最高处，那么以梯形渠道的上底边宽度为标准。

如果汛期最高水位宽度是4米，在安装地点上游要有20-40米的直渠道，下游要有12米的直渠道

         

         图2.2.5 梯形渠道上游和下游直渠道长度计算

         2.3 在闸门下游安装的要求

         如果安装在闸门下游，特别要注意观察水面情况，是否平稳。

         

         图2.3.1 闸门下游

如果传感器安装地点离开闸门的距离已经有10倍的渠道宽度，但是水面还是不平稳，那就需要加大传感器距离闸门的距离，只到水流平稳为止。

因为闸门往下一定距离内，一般都有钢筋混凝土做的渠道，比较规整，很多现场为了安装方便，就选择离闸门下游比较近的距离来安装，这种地方一般水流湍急，都是乱流，测量出来的数据跟实际流速相差很大。

这种位置，不适合安装。

         图2.3.2 错误的安装点-在闸门出口处安装

         2.4 安装高度的选择

首先要确定枯水期水位高度，传感器要比最低水位再低10厘米。

传感器应尽量安装于靠近渠底，如果渠底有很多沉淀物、淤泥、水草或者有石头会滚动，可以抬高安装位置，避免被沉积物与水草覆盖探头，或者被石头冲击探头。

探头距渠底的理想高度为100mm—250mm，具体要根据渠道的最低水位确定。

         图2.4.1 传感器要比最低水位再低10厘米

         当渠道水位比较高，同时最低水位也比较高，为了安装方便可以将探头安装于最低水位以下0.5倍处即可。

举例：最低水位是1.00米，那么可以安装在从渠道底部往上0.50米处。

         图2.4.2 传感器安装在最低水位一半的位置

         2.5 水平安装位置的选择

         20米以下宽度的渠道，如果是矩形渠道，是安装在整个渠道宽度的15-20%处。

         为什么安装在这个位置呢？

         因为安装在这个位置，最接近整个渠道水平方向上的平均流速。

         

         图2.5.1 传感器安装在整个渠道宽度的15～20%

对于梯形渠道，传感器安装在斜坡和底边交界处，又叫做“坡脚”处。

         

         图2.5.2 传感器安装在梯形渠道的“坡脚”

传感器要正对着水流方向，左右偏差不能超过±3°。

         图2.5.3 传感器要正对着水流过来的方向

         传感器跟水面要平行。

         图2.5.4 传感器要跟水面平行

       2.6 圆形渠道内传感器安装

图2.6.1   圆形管道

在圆形管道内，如果有沉积物，把传感器安装在沉积物以上避免沉积物覆盖在传感器上，对测量造成影响。

         

    图2.6.2   有沉积物管道的安装位置

有沉积物的管道内安装，可以直接安装在渠道底部。为了防止水流冲击变动传感器的安装位置，传感器底部有一个基座，专门用来固定在管道上。同时，传感器要装在靠近管道的出口，这样既便于安装，又利于维修和更换。

图2.6.3   无沉积物管道的安装位置

        2.7 矩形渠道内传感器安装

矩形渠道内安装，如果可以断水，让渠道底部露出来，可以在渠道底部做个水泥台，水泥台上固定好4根螺栓，流速仪的安装底座可以用螺母直接固定在螺栓上。

这样安装的优点是：不容易被盗取。

缺点：一旦要维护，要人下渠道去操作。       

         图2.7.1   在水库出水口的矩形渠道内安装

         在有泥沙淤积的渠道内安装，要抬高安装位置，减少泥沙淤积对于测量造成的影响。

     

          图2.7.2   在矩形的农田灌溉渠道内安装-有泥沙淤泥，有水草

对于不可以断水的渠道，可以使用以下的侧面支架安装。当传感器被淤泥覆盖，或者有大量垃圾覆盖，只要把整个支架跟岸边的固定支架的螺丝拧开，就可以把传感器提出水面清理。

图2.7.3   矩形渠道传感器支架法安装

也可以在矩形渠道上架设测量用的小桥，把流速仪用支架固定在小桥上测

图2.7.4 永泰县白云水库安装在测桥上

         2.8 梯形渠道内传感器安装

如果可以断水，就可以像2.7.1图中一样安装。如果不可以断水，一般在岸边制作支架，从支架上向下伸出2根悬空杆子，杆子在安装传感器的部位交界，然后把传感器固定在交界处的平台上。

2根悬空的杆子跟立杆之间是通过转轴连接，保证可以上下转动，需要的时候可以把传感器拉出水面来进行维护和处理。

         

2.8.1 梯形渠道内安装示意图-悬空支架

图2.8.2   福州市内河-悬空支架法安装

图2.8.3 福州市内河-悬空支架法安装

如果斜坡比较长，用悬空支架法安装，可能不太稳固，可以采用“有轨滑梯”法安装，从梯形渠道顶部铺设有轨滑梯到渠道底部，移动平台通过滑轨跟有轨滑梯固定，并且可以上下移动。传感器就固定在滑梯上。

这种方式特别方便平时的检查和维护。

2.8.4 梯形渠道内安装示意图-有轨滑梯

三、产品使用注意事项

1.   传感器和其他设备之间的通过电缆连接，应沿着渠道底部或者渠道内壁由传感器下游方向引出水面。

2.   电缆必须套管保护(PVC、PR、镀锌管等)，不能让水流直接冲击电缆，套管要跟支架或者渠道壁固定。

3.   传感器所自带的一段通信电缆线内有通气导管，因此注意不得将其弯折。当通信电缆线引出水面后，可接普通的电缆线，此时应使通气导管开口方向朝下，防止水及异物进入通气管，或者堵塞通气管。

    连接传感器上的485或者12VDC电源的电缆，必须使用0.5平方毫米以上的屏蔽电缆。

4.   在灌溉渠道内使用无线传输器，天线必须引出仪表箱外，同时要做好避雷措施，以免让天线变成雷电击打的目标。

5.   不要人为拉扯、甩动电缆，也不要撞击传感器壳体。

6.   不要把连接电缆作为承重线，用连接电缆来悬挂重物。电缆必须是固定在渠道的水泥壁上，不能晃动。

         7. 供电只能用电池供电，或者太阳能供电。如果使用220VAC等市电供电，要用线性电源来转化为12VDC直流电，不能使用开关电源。

        8. 对于流速＞1.0米/秒的现场，安装支架强度要加强到现有支架的2倍以上，保证激流不会冲走或者冲坏支架。