流體漲落速率測量裝置及其使用方法
【專利摘要】本發明一種流體漲落速率測量裝置及其使用方法涉及一種流體預警裝置。其目的是為了提供一種結構簡單、使用安全，能夠準確測量出流體漲落速率的測量裝置，為提前預警奠定了基礎。本發明一種流體漲落速率測量裝置，包括：引水管、第一換能器、第二換能器和控制器；所述第一換能器、第二換能器分別設置于所述引水管的不同高度處，且所述第一換能器與第二換能器相向對正設置；所述第一換能器和所述第二換能器分別與所述控制器相連。
【專利說明】
流體漲落速率測量裝置及其使用方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種流體預警裝置，尤其設計一種用于測量流體漲落速率的裝置。
【背景技術】
[0002] 水位大小以及長時間內水位的變化情況是研究地下水滲流、堤壩滲流安全、管流 以及防洪的重要參數，因此，水位的測量以及監測具有重要的理論意義與實際意義。
[0003] 在目前的研究與應用中，有人提出了一種利用水具有導電性，待測水體導電性能 的強弱可通過水體電導值反應，通過電導值的大小換算出對應的水位的測量裝置。其技術 原理是:水體電導值的大小與水體的電導率和電導電極的電極系數有關，電極系數的大小 與電極的間距成反比，與電極間的導電面積成正比，即：
[0004] G=X · J=X · S/L (1)
[0005] 式中G為電導;X為水體的電導率;J為電極系數;S為導電面積;L為電極間距;S/L。
[0006] 其具體實施技術方案是:在一絕緣性材料的長直管（測量管）中，沿管長設置兩根 等間距的金屬絲，金屬絲相當于兩個電極。由于兩金屬絲間距恒定，即L為常數。當測量管內 有水時，因此導電面積與水位的高度呈正比，根據式(1)，電導值與水位將呈線性關系。水位 變化時，電導值也會對應地改變。在水體的溫度和水體中電解質含量（電導率)保持不變的 情況下，該技術方案可及時、準確地反映水位值。
[0007] 在實現本發明過程中，發明人發現上述現有技術中至少存在如下問題：
[0008] 1.由于水的導電性能較弱，所以為了能夠捕獲所需參數，需要較高的電壓，而高電 壓很容易導致安全事故的發生；
[0009] 2.上述方案僅對液位高度進行測量，提供現時預警，無法測量液體的漲落速率，從 而也無法做到提前預警。
[0010]上述有關液位預警的弊端在其它流體(如氣流)預警領域同樣存在。
【發明內容】
[0011] 本發明要解決的技術問題是提供一種結構簡單、使用安全，能夠準確測量出流體 漲落速率的測量裝置，為提前預警奠定了基礎。
[0012] 本發明一種流體漲落速率測量裝置，包括：引水管、第一換能器、第二換能器和控 制器；
[0013] 所述第一換能器、第二換能器分別設置于所述引水管的不同高度處，且所述第一 換能器與第二換能器相向對正設置；
[0014] 所述第一換能器和所述第二換能器分別與所述控制器相連。
[0015] 本發明一種流體漲落速率測量裝置，其中所述第一換能器和第二換能器的連線與 引水管軸線的夾角為Θ，其中0°<θ<90。
[0016] 本發明一種流體漲落速率測量裝置，其中于所述引水管的不同高度處開有探測 孔，所述第一換能器和第二換能器分別設置于對應探測孔處，并將對應探測孔密封。
[0017] 本發明一種流體漲落速率測量裝置，其中所述第一換能器、第二換能器分別設置 于所述引水管的內壁上。
[0018] 本發明一種流體漲落速率測量裝置，其中所述換能器為超聲波換能器。
[0019] 本發明一種流體漲落速率測量裝置，其中所述控制器包括計時模塊和數據處理模 塊；
[0020] 所述計時模塊，用于分別記錄聲波從第一換能器到第二換能器的時間T12，以及記 錄聲波從第二換能器到第一換能器的時間T 21;
[0021 ]所述數據處理模塊，用于計算流體在引流管內的漲落速率：
[0022]
[0023]其中，L表示第一換能器與第二換能器之間的直線距離；
[0024] Θ表示第一換能器和第二換能器的連線與引水管軸線的夾角。
[0025] 使用上述測速裝置對流體漲落速率進行測量的方法，包括如下步驟：
[0026] S01:控制器控制第一換能器向第二換能器發出聲波，待第二換能器接收到聲波 時，計時模塊記錄從第一換能器發出聲波至第二換能器接收到聲波的時間間隔T12;
[0027] S02:控制器控制第二換能器向第一換能器發出聲波，待第一換能器接收到聲波 時，計時模塊記錄從第二換能器發出聲波至第一換能器接收到聲波的時間間隔T 21;
[0028] S03:數據處理模塊將上述兩個時間參數依次代入如下公式，求取流體漲落速率V;
[0029]
[0030]其中，L表示第一換能器與第二換能器之間的直線距離；
[0031 ] Θ表示第一換能器和第二換能器的連線與引水管軸線的夾角。
[0032]本發明一種流體漲落速率測量裝置與現有技術不同之處在于使用了兩個存在高 度差的換能器，由于聲波在兩個換能器之間的傳播時間存在差異，進而由控制器通過上述 時間差異以及兩個換能器之間的距離，進而計算出液體漲落速率，為提前預警奠定了基礎。 本發明中僅使用聲波在液體內傳播，沒有高壓接入電壓，從而保障了操作的安全性。
[0033]下面結合附圖對本發明一種流體漲落速率測量裝置作進一步說明。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發明一種流體漲落速率測量裝置中各零部件之間的連接關系圖。
【具體實施方式】 [0035] 實施例一
[0036] 如圖1所示，本發明一種流體漲落速率測量裝置，包括：引水管1、第一換能器2、第 二換能器3和控制器4;其中第一換能器2和第二換能器3為配對換能器，分別用于接受對方 傳送的聲波，二者類型相同（如均為超聲波換能器）。
[0037] 于引水管1的不同高度處開有探測孔，第一換能器2和第二換能器3分別設置于對 應探測孔處，并將對應探測孔密封。此時第一換能器2與第二換能器3相向對正設置，第一換 能器2與第二換能器3的連線與引水管軸線的夾角為Θ，其中0°<θ<90,優選為45°。
[0038]第一換能器2和第二換能器3分別與控制器4相連;更具體的，控制器4包括計時模 塊42和數據處理模塊41;
[0039]計時模塊42,用于分別記錄聲波從第一換能器2到第二換能器3的時間T12，以及記 錄聲波從第二換能器3到第一換能器2的時間T21;
[0040] 數據處理模塊，用于計算流體在引流管1內的漲落速率：
[0041]
[0042]其中，L表示第一換能器與第二換能器之間的直線距離；
[0043] Θ表示第一換能器和第二換能器的連線與引水管軸線的夾角。
[0044] 實施例二
[0045] 本實施例與實施例一的區別在于換能器相對引水管的安裝方式不同，更具體的本 實施例換能器的安裝方式為:第一換能器、第二換能器分別設置于引水管的內壁上。如此設 計的好處在于，將換能器設置于引水管內壁上，避免了在引水管側壁上開孔，從而消除了引 水管從側壁孔泄露流體情況的發生，保障了對流體漲落速率測試的準確性。
[0046] 使用本發明對流體漲落速率測試的方法包括如下步驟：
[0047] 首先控制器控制第一換能器向第二換能器發出聲波，待第二換能器接收到聲波 時，計時模塊記錄從第一換能器發出聲波至第二換能器接收到聲波的時間間隔T 12;
[0048] 然后控制器控制第二換能器向第一換能器發出聲波，待第一換能器接收到聲波 時，計時模塊記錄從第二換能器發出聲波至第一換能器接收到聲波的時間間隔T 21;
[0049] 最后數據處理模塊將上述兩個時間參數依次代入公式
[0050]
[0051]其中，L表示第一換能器與第二換能器之間的直線距離；
[0052] Θ表示第一換能器和第二換能器的連線與引水管軸線的夾角；
[0053] 分別求取流體漲落速率V和聲波在流體內的傳播速度C;其中流體漲落速率V可以 用于預期流體何時能達到危險警戒位，為提前預警奠定了基礎;聲波在流體內的傳播速度C 可以用于統計聲波在該流體內的傳播速度，為后期對相同流體預警時換能器的選用提供技 術參考。
[0054] 以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范 圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方 案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1. 一種流體漲落速率測量裝置，包括：引水管、第一換能器、第二換能器和控制器； 所述第一換能器、第二換能器分別設置于所述引水管的不同高度處，且所述第一換能 器與第二換能器相向對正設置； 所述第一換能器和所述第二換能器分別與所述控制器相連。2. 根據權利要求1所述的一種流體漲落速率測量裝置，其特征在于:所述第一換能器和 第二換能器的連線與引水管軸線的夾角為Θ，其中0°<θ<90°。3. 根據權利要求1所述的一種流體漲落速率測量裝置，其特征在于:于所述引水管的不 同高度處開有探測孔，所述第一換能器和第二換能器分別設置于對應探測孔處，并將對應 探測孔密封。4. 根據權利要求1所述的一種流體漲落速率測量裝置，其特征在于:所述第一換能器、 第二換能器分別設置于所述引水管的內壁上。5. 根據權利要求1所述的一種流體漲落速率測量裝置，其特征在于:所述第一換能器、 第二換能器均為超聲波換能器。6. 根據權利要求1所述的一種流體漲落速率測量裝置，其特征在于:所述控制器包括計 時模塊和數據處理模塊； 所述計時模塊，用于分別記錄聲波從第一換能器到第二換能器的時間T12，以及記錄聲 波從第二換能器到第一換能器的時間T21; 所述數據處理模塊，用于計算流體在引流管內的漲落速率：其中，L表示第一換能器與第二換能器之間的直線距離； Θ表示第一換能器和第二換能器的連線與引水管軸線的夾角。7. 使用權利要求6所述測速裝置對流體漲落速率進行測量的方法，包括如下步驟： SOI:控制器控制第一換能器向第二換能器發出聲波，待第二換能器接收到聲波時，計 時模塊記錄從第一換能器發出聲波至第二換能器接收到聲波的時間間隔!^; S02:控制器控制第二換能器向第一換能器發出聲波，待第一換能器接收到聲波時，計 時模塊記錄從第二換能器發出聲波至第一換能器接收到聲波的時間間隔T21; S03:數據處理模塊將上述兩個時間參數依次代入如下公式，求取流體漲落速率V;其中，L表示第一換能器與第二換能器之間的直線距離； Θ表示第一換能器和第二換能器的連線與引水管軸線的夾角。
【文檔編號】G01F23/296GK105890711SQ201610476205
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】嚴建華
【申請人】北京國信華源科技有限公司