一种基于巴歇尔量槽的水量检测装置及方法

技术领域

本发明涉及水量检测装置领域，尤其涉及一种基于巴歇尔量槽的水量检测装置及方法。

背景技术

工程施工场景中用水量的统计是工程准确结算的前提，一些施工场景中，由于使用多种规格软管甚至使用渠道进行供水/排水，导致常用于固定规格硬管的流量计量传感器无法应用，实施时常用堰槽、文丘里槽和巴歇尔量槽进行流量的测量，并进一步的统计水量。

其中巴歇尔量槽因水头损失小、测量精度相对高、测量范围大水路中坡度对测量影响小以及不容易沉积固态杂志而应用较广。现有的巴歇尔量槽一般包括槽体和设置于槽体的收缩段的液面传感器，通过收缩段的液面来计算流量，然而，施工现场供水/排水的速度并非恒定，使得巴歇尔量槽会工作在不同淹没度状态下，而淹没度超过设定阈值和淹没度低于设定阈值的水流量计算方式不同，虽然短时间的超阈值可以以未超阈值的计算量代替，但时间一长必然带来较大的误差，影响测量的精度。另外设置在收缩段的单液面传感器的冗余性差，故障则无法测量。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供一种基于巴歇尔量槽的水量检测装置及方法。

第一方面，本发明提供一种基于巴歇尔量槽的水量检测装置，包括：巴歇尔量槽本体，所述巴歇尔量槽本体包括收缩槽、喉道和扩散槽，其中，所述收缩槽的底面水平，所述收缩槽过水断面宽度逐渐减小至喉道宽度；所述喉道位于所述收缩槽的下游，所述喉道的过水断面宽度不变，所述喉道的底面呈设定下降坡度；所述扩散槽衔接于所述喉道下游，所述扩散槽的过水断面宽度逐渐增加，所述扩散槽的底面呈设定上升坡度；

所述喉道处设置转动座，所述转动座上设置T型的转动架，T型的所述转动架两条横臂上分别设置超声波液位传感器，所述转动座上设置用于确定所述转动架方位的定位开关，所述定位开关电连接处理器单元，所述超声波液位传感器通过总线电连接所述处理器单元。

更进一步地，所述处理器单元电连接复位电路和晶振电路，其中，所述复位电路电连接于所述处理器单元的电源，所述复位电路的输出电连接所述处理器单元的复位引脚。

更进一步地，所述处理器单元电连接无线通信单元，所述无线通信单元无线组网连接施工现场的监测主机，所述监测主机经4G通信模块接入4G转以太网设备，后台服务器经以太网连接所述监测主机。

更进一步地，所述处理器单元电连接实时时钟电路和外部存储单元；所述实时时钟电路包括DS1302实时时钟芯片，所述DS1302实时时钟芯片连接3.3V电源和备用电池，所述DS1302实时时钟芯片连接晶振；所述外部存储单元包括SD卡驱动电路，所述SD卡驱动电路连接SD卡，所述SD卡驱动电路通过SPI总线连接所述处理器单元。

更进一步地，包括供电电源，所述供电电源包括蓄电池，所述蓄电池电连接太阳能发电板，所述蓄电池电连接将12V转成5V的第一降压稳压器，所述第一降压稳压器电连接将5V转成3.3V的第二降压稳压器。

更进一步地，所述转动座上设置舵机或步进电机，所述舵机或步进电机电连接电机驱动电路，所述电机驱动电路电连接所述处理器单元。

更进一步地，所述收缩槽和所述扩散槽的侧壁上连通设置竖直的测量井，T型的转动架上的所述超声波液位传感器对准且朝向所述测量井。

第二方面，本发明提供一种基于巴歇尔量槽的水量检测方法，应用于所述的基于巴歇尔量槽的水量检测装置，包括：

处理器单元检测两个超声波液位传感器正常时，所述处理器单元控制转动座处于预设的姿态使两个超声波液位传感器同步采集收缩槽和扩散槽的液面高度，扩散槽的液面高度比上收缩槽液面高度得到巴歇尔量槽的淹没度，淹没度小于设定阈值时，采用第一流量公式计算流量，淹没度大于等于设定阈值时，采用第二公式计算流量；

处理器单元检测一个超声波液位传感器正常另一超声波液位传感器异常时，所述处理器单元控制转动座转动使正常超声波液位传感器异步采集收缩槽和扩散槽的液面高度，拟合收缩槽和扩散槽的液面高度曲线，利用拟合曲线获得同一时刻扩散槽的液面高度和收缩槽液面高度，进而计算得到巴歇尔量槽的淹没度，淹没度小于设定阈值时，采用第一流量公式计算流量，淹没度大于等于设定阈值时，采用第二公式计算流量。

更进一步地，淹没度小于设定阈值时，第一公式：

其中，h

淹没度大于等于设定阈值时，第二公式：

其中，h

h

更进一步地，处理器单元检测一个超声波液位传感器正常另一超声波液位传感器异常时，发出第一告警信息，处理器单元检测两个个超声波液位传感器异常时，发出第二告警信息。

本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本发明中，在所述巴歇尔量槽的喉道处设置转动座，所述转动座上设置T型的转动架，T型的所述转动架两条横臂上分别设置超声波液位传感器，所述转动座上设置用于确定所述转动架方位的定位开关，所述定位开关电连接处理器单元，所述超声波液位传感器通过总线电连接所述处理器单元。两个所述超声波液位传感器既能测量巴歇尔量槽收缩槽的液面高度，又能测量扩散槽的液面高度，从而确定巴歇尔量槽的淹没度情况，保证采用合适的计算方法来计量流量以提高精度。由于超声波液位传感器设置在可以转动的T型的转动架上两个超声波液位传感器可以互为冗余，可靠性更高，且能通过异步的测量收缩槽和扩散槽的液面高度，实现一个超声波液位传感器损坏时计算精度的保证。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种基于巴歇尔量槽的水量检测装置的示意图；

图2为本发明提供的一种基于巴歇尔量槽的水量检测装置的电路架构图；

图3为本发明提供的处理器单元的示意图；

图4为本发明提供的复位电路的示意图；

图5为本发明提供的实时时钟电路的示意图；

图6为本发明提供的外部存储单元的示意图；

图7为本发明提供的一种基于巴歇尔量槽的水量检测装置的组网示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

参阅图1和图2所示，本发明实施例提供一种基于巴歇尔量槽的水量检测装置，包括：

巴歇尔量槽本体，所述巴歇尔量槽本体包括收缩槽、喉道和扩散槽，其中，所述收缩槽的底面水平，所述收缩槽过水断面宽度逐渐减小至喉道宽度；所述喉道位于所述收缩槽的下游，所述喉道的过水断面宽度不变，所述喉道的底面呈设定下降坡度；所述扩散槽衔接于所述喉道下游，所述扩散槽的过水断面宽度逐渐增加，所述扩散槽的底面呈设定上升坡度。在巴歇尔量槽的喉道附近形成临界流，使得流量和收缩槽水位形成单一的相关关系，只要测量出收缩槽水位，就可以计算出相应的流量。

所述喉道处设置转动座，所述转动座上设置T型的转动架，T型的所述转动架两条横臂上分别设置超声波液位传感器，所述转动座上设置用于确定所述转动架方位的定位开关，所述定位开关电连接处理器单元，所述超声波液位传感器通过总线电连接所述处理器单元。进一步的，所述转动座上设置舵机或步进电机，所述舵机或步进电机电连接电机驱动电路，所述电机驱动电路电连接所述处理器单元。

所述收缩槽和所述扩散槽的侧壁上连通设置竖直的测量井，T型的转动架上的所述超声波液位传感器对准且朝向所述测量井。

参阅图3所示，所述处理器单元电连接复位电路和晶振电路，形成最基本是控制电路。其中，所述复位电路电连接于所述处理器单元的电源，所述复位电路的输出电连接所述处理器单元的复位引脚。具体实施过程中，如图4所示，所述复位电路包括MAX809芯片，所述MAX809芯片连接所述处理器单元的电源，所述MAX809芯片连接所述处理器单元的复位引脚。处理器单元的电源电压降低到阀值时，MAX809芯片输出一个复位信号。晶振电路为系统正常工作提供时钟信号。

两个所述超声波液位传感器通过I2C总线电连接处理器单元：所述处理器单元负责控制一种基于巴歇尔量槽的水量检测装置的正常工作运行，所述处理器单元接收两个超声波液位传感器采集的收缩槽和扩散槽液位数据，根据并将液位数据判断淹没度的状态，根据淹没度状态将收缩槽液位处理成为流量数据。所述处理器单元采集所述超声波液位传感器状态，若一个超声波液位传感器异常，所述处理器单元控制步进电机或舵机驱动所述转动架转动以异步的测量收缩槽和扩散槽的液面高度，实现一个超声波液位传感器损坏时计算精度的保证。

所述处理器单元电连接实时时钟电路和外部存储单元；参阅图5所示，所述实时时钟电路利用DS1302来实现时间的记录，该芯片性能良好，具有涓流充电功能，工作电压范围2.5V到5.5V，功耗也非常低，具有两个电源接口，VCC2连接主电源，VCC1连接备用电池，当VCC2>VCC1+0.2V时，主电源给DS1302供电，当VCC2

所述一种基于巴歇尔量槽的水量检测装置由供电电源供电，所述供电电源包括蓄电池，所述蓄电池电连接太阳能发电板，所述蓄电池电连接将12V转成5V的第一降压稳压器，所述第一降压稳压器电连接将5V转成3.3V的第二降压稳压器。蓄电池输出电压为12V，超声波液位传感器工作电压为5V，处理器单元、外部存储单元、实时时钟电路工作电压为3.3V，所以需要通过电压转换将12V电压转换为5V，将5V转成3.3V。

具体实施过程中，参阅图7所示，所述处理器单元电连接无线通信单元，所述无线通信单元无线组网连接施工现场的监测主机，所述监测主机经4G通信模块接入4G转以太网设备，后台服务器经以太网连接所述监测主机。输变电工程一个现场具有多个供排点，且现场施工工序多，人员较多，不方便在现场进行施工布线。因此，本申请采用局域无线的方式，通过局域无线LoRa网络，将现场多个终端的流量检测数据汇总至现场的监测主机，现场的监测主机将多终端检测数据传输至4G通信模块，通过4G网络输至后台服务器，方便现场就地采集多降水流量检测终端采集数据。

本发明中，在所述巴歇尔量槽的喉道处设置转动座，所述转动座上设置T型的转动架，T型的所述转动架两条横臂上分别设置超声波液位传感器，所述转动座上设置用于确定所述转动架方位的定位开关，所述定位开关电连接处理器单元，所述超声波液位传感器通过总线电连接所述处理器单元。两个所述超声波液位传感器既能测量巴歇尔量槽收缩槽的液面高度，又能测量扩散槽的液面高度，从而确定巴歇尔量槽的淹没度情况，保证采用合适的计算方法来计量流量以提高精度。由于超声波液位传感器设置在可以转动的T型的转动架上两个超声波液位传感器可以互为冗余，可靠性更高，且能通过异步的测量收缩槽和扩散槽的液面高度，实现一个超声波液位传感器损坏时计算精度的保证。

本发明还提供一种基于巴歇尔量槽的水量检测方法，应用于所述的基于巴歇尔量槽的水量检测装置，包括：

处理器单元检测两个超声波液位传感器正常时，所述处理器单元控制转动座处于预设的姿态使两个超声波液位传感器同步采集收缩槽和扩散槽的液面高度，扩散槽的液面高度比上收缩槽液面高度得到巴歇尔量槽的淹没度，淹没度小于设定阈值时，采用第一流量公式计算流量，淹没度大于等于设定阈值时，采用第二公式计算流量；

具体的，淹没度小于设定阈值时，第一公式：

其中，h

淹没度大于等于设定阈值时，第二公式：

其中，h

h

处理器单元检测一个超声波液位传感器正常另一超声波液位传感器异常时，所述处理器单元发出第一告警信息，所述第一告警信息指示发生错误的超声波液位传感器，所述处理器单元控制转动座转动使正常超声波液位传感器异步采集收缩槽和扩散槽的液面高度，拟合收缩槽和扩散槽的液面高度曲线，利用拟合曲线获得同一时刻扩散槽的液面高度和收缩槽液面高度，进而计算得到巴歇尔量槽的淹没度，淹没度小于设定阈值时，采用第一流量公式计算流量，淹没度大于等于设定阈值时，采用第二公式计算流量。

具体的，具体的，淹没度小于设定阈值时，第一公式：

其中，h

淹没度大于等于设定阈值时，第二公式：

其中，h

h

所述处理器单元数据处理能力不足时，数据处理的过程提交监测主机或后台服务器进行。

处理器单元检测两个个超声波液位传感器异常时，发出第二告警信息，第二告警信息提示不能正常工作的一种基于巴歇尔量槽的水量检测装置，并联动关闭相应水源提供设备。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述电路的描述划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合，可以是电性，机械或其它的形式。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。