《超声波时差法流量测量》

1本文件描述了超声波时差法测流站的建立和运行，用于连续测量河流、明渠或封闭管道中的流下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注）（））2EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up0(_),v)EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up0(_),v)）；），34）；）；56.2.1概述声音是对其传播介质的一种机械扰动，涵盖了很宽的频率范围。可听声范围约为20Hz~200006.2.2水中声速水中声速与其频率无关，而是取决于温度、盐度及压力。对明渠来说，压力的影响可以忽略不温度(℃)0c=1402.4+5.01T-0.0551T2+0.00022T3+1.33S+0.00013TS2-0.013TS+0.0001T2S+0.016d#(4)）；T——水温，单位为摄氏度(℃);）；6.2.3传播损失6.2.3.1声波在水中的传播过程66.2.3.1.3衰减损失是由于介质对声能传输的阻力而引起的声强衰减，这类似于电线中电能的损耗体浓度导致信号每通过一米水就损失一半能6.2.3.2混响6.2.3.3折射6.2.3.4反射76.2.4信号路径弯曲6.2.4.1如果声波传播所经过的水介质在温度或盐度上变化显著，声脉冲所经过的路径会弯曲（折c1、c2——分别对应深度d1和d2处的声速，单位为米每秒（m/s）。[86.2.5反射dmin——是声道与水面之间所需的最小水深距，也是声道与河底之间的最小水深距，单位为米）；6.2.5.2对于不同的换能器频率和声道长度，声道与上下界面之间所需的最小水深距见表3（第31113397.2.2单声道测量系统还需依赖于相对稳定的流速剖面，该剖面基本不受水位与流量关系变化的影），），7.4.3若水流方向与河岸不平行（通常称为“偏流”），则河道断面内的流向无法保持恒定。实际站配置成一组或多组成对安装的传输声道来实现测站的自我校正功能，声道呈对称十字形交叉布局过小，将导致测流断面延长，且该断面内流向可能无法保持恒定，从而削弱交叉声道布局的补偿效7.4.6在测量工作中，交叉声道中的每条线流速应分别计算。若交叉声道的两条线路计算流速相近），交叉声道所测流速差异可以达到20%（关于该系统组件固有的基础测量不确定度，详见第14章说v=L2×tAB__tBA/2L′×tAB×tBA#(8)v=L2×tAD__tDA/2L′×tAD×tDA#(9)7.6.3在该配置中，声路径长度不大于传统双岸系统，因此可避免反射体系统中遇到的问题。（见a）在深水区采用单声道系统时（如受经济成本限制），倾斜布设的声道可通过获取“水层区Q=CvA(11)8.1.6对于许多声道数量有限的装置来说，由于在大多数河道中，仪器无法对整个过水断面进行采=fnvi#(12)=fnvi,ℎ#(13)）；b）在尽可能宽的流量和水位范围内进行系列测流作业。所需的测验次数取决于现场的物理特8.2.1概述8.2.1.3在多声道系统中，有时会因障碍物、换能器物理损坏或仪器其他部件故障导致个别声道失均断面法。河道流量则取这两个结果的简单平均值。若所有有效声道均正常工作，两种结果将无差8.2.2中断面法），确确定该值。最低测流层的平均流速为最低声道的实测流速乘以一个通常介于0.4至0.8之间的系数。该系数因现场而异且可能随水位变化，可通过经验确定，最好通过流速仪测量或建模（见ISO）；8.2.3平均断面法），于最高测流层，其平均流速通过对顶部两条有效声道的流速进行有限外推计算得出。对于最低测流8.2.3.2测流层平均宽度由存储在流量计算机中的现场测量数据计算得出，不一定由换能器位置确）；）；），有限声道系统，校准主要针对流速的垂向分布。多声道系统的测量结果本身已包含流速垂向分布信9.3即使是流速分布本身已得到充分采样的多声道系统，通常也需要采用其他测流方法进行比测验），），）；），12.5.2水文测量人员对平均河底高程的估算方法各不相同。可采用以下任一方法计算平均河底高），13.2.1.1换能器以脉冲形式运行。通过短暂的高压脉冲进行电激励，随后开始发射信号。采用机械b）达到最小水深距要求（见6.2.5.2节）。特征频率越低，声道上方和下方所需的水深就越13.2.1.2换能器直径与声脉冲的投射锥宽度直接相关：直径越大，声锥越窄，因此声脉冲的能量密c）信号电缆不会轻易被漂浮杂物、石块或其他坠落物体、拖锚船只通行、冰体、啮齿动物损13.3.3角型反射体（图12和图13）适合具有倾斜河岸的河道，可用于温度或盐度梯度较小的地声信号波长的±0.05倍。反射材料的厚度至少为（2000/f）mm（其中f为声频率，单位为赫兹）；否于水流湍流的影响，传播时间会随机变化，而水流速度是通过大量测量值的平均值计算得出的。因13.5.2.1电磁干扰能器集成一体，或者用平衡馈线连接换能器。如何选择取决于现场勘测结果以及仪器设备的整体设13.5.2.2电子滤波），13.5.4.1一般规定），13.5.4.2时间门控13.5.4.3波形分析以及因维护拔出电路板导致的数据丢失。这些数据的数量取决于系统设计适用的配置范围和河道尺）；），炸性气体）的相关信息，以及发生人为破坏或动物造成损坏的可能性。对于精用电池；对于仅有少数几条测量声道的小型系统，也可使用电池组，借助高容量电池和太阳能电池t22注1：河底高程测定误差，会对多声道系统中包含13.14.2典型超声波测流仪（包括换能器和电子设备）的平均无故障工作时间（MTBF）可能超过一注1：这些应与当前水温下的预期值进行比较化问题。理想情况下此类检查应安排在水位、流量处于极端状态或水草大量生长的时期。水位较高）；解河道的水力特性，并接受过超声波测流仪制造商或供应商提供的正规运维培训。技术人员职责包括：修复故障、对未纠正的设备性能退化问题提出警示，以及对超声波测流仪进行重新调试[见所有物理量的测量均存在不确定度。不确定度可能源于校准和测量所用设备的系统误差（偏），确定性。不确定度定量地表示为“与测量结果相关联的参数，用于表征合理赋予被测量之值的分散一个标准差约相当于68%的置信水平。两个标准差对应的不确定度是标准不确定度的两倍。因）；）；），），一些时差法超声波装置（尤其是交叉声道）可能存在多条实际上处于同一高程或相对靠近的声vlv=L∆t/2t2cosθ#(17)）；）；14.3.5.1例1低于1m。四条声道在垂直方向上均匀分布，且其位置可确保顶部和底部声道始终有足够的覆盖水Up——由于四条声道应始终正常工作且沿垂直方向均匀分布，有效声道数（p）为4。根据ISOUL——若假定在68%置信水平（一个标准差）下，声道长度的测量UT——对于大多数现代系统，该不确定度可忽略不计；若无法获得供应商提供的信息，可取14.3.5.2例2UT——对于大多数现代系统，该不确定度可忽略不计，若无法获得供应商提供的信息，可取Ulv=0.62+0.12+4×0.1±2mm，对于1.615m的水深，其相对不确定度分别为±1.2%和±0.1%，合并后的不确定度为测量或分析结果不可能是完全精确的。真实值（未知）与测量值之间存在的差异，即为测量误对于某些测量结果，通常会采用更高的置信水平来表示不确定度，以涵盖更多的测量值，例如定度，需采用一个能涵盖95%观测值的包含因子。不过因此，GUM并未对随机不确定度和系统不确定度的处理方式加以区分。通常，在测定单次流量），）；̅1x=nx1+x2+⋯+xn#(̅1通过对大量测量值（n次）取平均值，平均值的不确定度u相较于单次测量的不确定度会减小至n12345∞A.6.1总则这种概率分布通常适用于测量仪器的分辨率限制（即显示的分辨率或内部模数转换器的分辨正如b、h和经合成后可确定Q值一样，各不确定度分量也需经合成后确定合成标准不确定度uc ̅#A.10在不确定度分析中，值，，，和对应于无量纲的标准不确定度，用符号表示为uEQ\*jc3\*hps14