動量，質(zhì)量乘以波速的1 /2次方就是滾波的動能。
[0051 ]計算公式為： 滾波動量:P=A4v，其中為水的密度，A為滾波橫斷面的面積，用CAD軟件求得，V是滾 波的波速。
[0052] 滾波動其中P為水的密度，A為滾波橫斷面的面積，用CAD軟件求 得，v是滾波的波速。
[0053] 所述方法的具體步驟如下： 設定采集頻率的步驟：用于通過電腦設定壓力滾波傳感器的采樣頻率。采樣頻率是數(shù) 據(jù)采集器將傳感器測定信號采集到電腦中的頻率，采樣頻率可以根據(jù)目測滾波頻率進行調(diào) 節(jié)，一般應為目測滾波頻率的10倍以上。
[0054] 采集的步驟：用于帶有滾波的水流來臨時，所有壓力滾波傳感器同步采集水位數(shù) 據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)導入電腦中，對數(shù)據(jù)進行分析處理直接計算滾波周期、頻率、波高、沿程 波速與平均水深。壓力滾波傳感器所采集的是水面的高度變化量，因此，需要根據(jù)水面的高 度判斷滾波的出現(xiàn)以及滾波的各種參數(shù)。由于采用兩個一組的壓力滾波傳感器，可以在滾 波出現(xiàn)的兩個位置同時進行采集，根據(jù)采集的時間、兩個傳感器之間的距離，以及采集到的 水位高度進行比較，得出周期、頻率、波高、沿程波速與平均水深等各種參數(shù)。
[0055] 計算滾波動能的步驟：用于利用滾波水深、時間間隔和沿程波速數(shù)據(jù)估算滾波動 能。通過上一步驟得到的各種滾波參數(shù)，計算滾波的動能。滾波動能是衡量水流對下墊面作 用強度和水流挾沙能力等的重要指標。
[0056] 實施例九： 本實施例是實施例八的改，是實施例八關(guān)于滾波平均水深、波高、波速、周期與頻率的 計算的細化。本實施例所述的滾波平均水深、波高、波速、周期與頻率的計算方法如下： 平均水深的計算：當坡面有水流流過時，壓力滾波傳感器測量水面的高度lu，經(jīng)過η次 采集，對η個水深進行平均，得到斷面的平均水深/1。在水流實驗中，壓力滾波傳感器緊貼在 水槽底部，在沒有水流經(jīng)過的時候，壓力滾波傳感器即為水槽底部的位置h Q，hQ=0。水流經(jīng)過 是采集到的數(shù)據(jù)進行換算得到壓力滾波傳感器與水面的高度h1(3則水深為hiho-lu，經(jīng)過η次 采集，對η個水深進行平均，得到斷面的平均水深瓦。為了找到精確的平均水深，檢測的次數(shù) η通常要達到數(shù)千次，或者數(shù)萬次。
[0057] 滾波的判定及波高的計算:將采集到的每一個水位值與平均水位值作比較，連續(xù)3 次監(jiān)測水位值大于平均水位值即為滾波，記錄該期間的最大水位值，最大水位值h max與平均 水位值&的差值即為波高。
[0058]滾波波速計算:每組壓力滾波傳感器之間的間距1除以每組壓力滾波傳感器出現(xiàn) 最大水位值的時間差t即為滾波波速V。即F = 其中v是滾波波速，1是一組傳感器的間 距，t是各組傳感器出現(xiàn)最大水位值的時間差。
[0059] 滾波周期和頻率:單個傳感器出現(xiàn)兩次滾波的時間差就是滾波的周期T，周期的倒 數(shù)則是滾波的頻率f。即、3i，其中：f為頻率，T為周期。 Ψ
[0060] 實施例十： 本實施例是實施例八的改進，是實施例八關(guān)于滾波動能的細化。本實施例所述的滾波 動能的計算步驟如下： 以滾波波速與壓力滾波傳感器連續(xù)兩次記錄之間的時長之積為橫坐標，以連續(xù)記錄且 大于平均水位的水位值與平均水位值之差為縱坐標作圖，描繪出滾波的橫斷面； 計算滾波的橫斷面的面積?？梢允褂肅AD之類的作圖軟件，進行滾波的橫斷面的面積計 算，也可以直接使用手繪計算。
[0061 ]用滾波的橫斷面的面積乘以水的密度得到滾波的單寬質(zhì)量。
[0062] 將單寬質(zhì)量乘以波速得到滾波的動量，即:P=A4V，其中0為水的密度，A為滾波橫 斷面的面積，V是滾波的波速。
[0063] 將單寬質(zhì)量乘以波速的1/2次方得到滾波的動能，即感#。 ；ji-：'
[0064] 最后應說明的是，以上僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳布 置方案對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù) 方案（比如壓力滾波傳感器的固定方式、滾波采集方式、步驟的先后順序等)進行修改或者 等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于壓力傳感器的薄層水流滾波測量系統(tǒng)，其特征在于，包括:設置在平坦的坡 面上的多個壓力滾波傳感器，所述的壓力滾波傳感器是運樣排列的：將多個壓力滾波傳感 器分為多個組，每組兩個壓力滾波傳感器，各組壓力滾波傳感器沿水流方向一字型排列，各 組壓力滾波傳感器之間的距離小于被測滾波的間距，大于被測滾波的寬度;各組中的兩個 壓力滾波傳感器沿水流方向一字排列，兩個壓力滾波傳感器之間的距離大于被測滾波的波 峰和波谷之間的距離，所述的各個壓力滾波傳感器依次與數(shù)據(jù)采集控制器、控制電腦連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的壓力滾波傳感器是：金屬電阻應變 片或半導體應變片。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的坡面是實驗水槽的槽底，所述的 試驗水槽包括:兩側(cè)槽幫和與所述的槽幫連接的槽底，所述的槽幫和槽底設置在鋼結(jié)構(gòu)架 上，所述的水槽一端設置進水口，另一端設置出水口，所述的出水口與循環(huán)水池管道連接， 所述的進水口通過水累與所述的循環(huán)水池管道連接，所述的鋼結(jié)構(gòu)架出水口一側(cè)設置較 鏈，另一側(cè)設置升降機構(gòu)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的坡面是野外坡面，所述的壓力滾 波傳感器貼在野外坡面上。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的坡面是水巧泄洪槽坡面，所述的 壓力滾波傳感器貼在水巧泄洪槽坡面上。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的坡面是水渠坡面，所述的壓力滾 波傳感器貼在水渠坡面上。7. -種使用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)進行基于壓力傳感器的薄層水流滾波測量方法，其特 征在，所述方法的步驟如下： 設定采集頻率的步驟:用于通過電腦設定壓力滾波傳感器的采樣頻率； 采集的步驟:用于在帶有滾波的水流來臨時，所有傳感器同步采集水位數(shù)據(jù)，并將采集 的數(shù)據(jù)導入電腦中，對數(shù)據(jù)進行分析處理直接計算滾波周期、頻率、波高、沿程波速與平均 水深； 計算滾波動能的步驟:用于利用滾波水深、時間間隔和沿程波速數(shù)據(jù)估算滾波動能。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的滾波平均水深、波高、波速、周期與 頻率的計算方法如下； 平均水深的計算：當坡面有水流流過時，壓力滾波傳感器測量水面的高度hi，經(jīng)過η次采 集，對η個水深進行平均，得到斷面的平均水深'奮； 滾波的判定及波高的計算:將采集到的每一個水位值與平均水位值作比較，連續(xù)3次監(jiān) 測水位值大于平均水位值即為滾波，記錄該期間的最大水位值，最大水位值hmax與平均水位 值' 奮的差值即為波高； 滾波波速計算:每組壓力滾波傳感器之間的間距1除W每組壓力滾波傳感器出現(xiàn)最大 水位值的時間差t即為滾波波速V ; 滾波周期和頻率:單個傳感器出現(xiàn)兩次滾波的時間差就是滾波的周期T，周期的倒數(shù)則 是滾波的頻率f。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的滾波動能的計算步驟如下： w滾波波速與壓力滾波傳感器連續(xù)兩次記錄之間的時長之積為橫坐標，w連續(xù)記錄且 大于平均水位的水位值與平均水位值之差為縱坐標作圖，描繪出滾波的橫斷面； 計算滾波的橫斷面的面積； 用滾波的橫斷面的面積乘W水的密度得到滾波的單寬質(zhì)量； 將單寬質(zhì)量乘W波速得到滾波的動量； 將單寬質(zhì)量乘^波速的1/^2次方得到滾波的動能。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于壓力傳感器的薄層水流滾波測量系統(tǒng)與方法，包括：設置在平坦的坡面上的多個壓力滾波傳感器，多個壓力滾波傳感器分為多個組，每組兩個壓力滾波傳感器，各組壓力滾波傳感器沿水流方向一字型排列，各組壓力滾波傳感器之間的距離小于被測滾波的間距，大于被測滾波的寬度；各個壓力滾波傳感器依次與數(shù)據(jù)采集控制器、控制電腦連接。本發(fā)明采用在產(chǎn)生薄層水流滾波的位置，如水渠、水壩溢洪道或?qū)嶒炇抑械乃凵习惭b壓力滾波傳感器，利用靈敏的壓力滾波傳感器檢測水流的厚度變化，實現(xiàn)對滾波的觀測，以及精確的數(shù)據(jù)采集，完全排除了人為檢測的因素，全自動的完成了各種數(shù)據(jù)的采集，既精確又快捷，節(jié)約了人力、物力，提高了觀測效率。
【IPC分類】G01M10/00
【公開號】CN105547638
【申請?zhí)枴緾N201511009975
【發(fā)明人】趙勇, 王建華, 劉揚, 龔家國, 范典, 楊苗, 顧金普
【申請人】中國水利水電科學研究院
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月30日