流量計(jì)組件、閘門組件和流動測量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供用于管路或開口通道的聲學(xué)流量計(jì)組件，所述組件包括具有預(yù)定幾何形狀的框架。該框架具有至少一個(gè)使用者可接近端口，其適合于容放可互換的拾音筒盒，該拾音筒盒包含至少一個(gè)聲學(xué)變換器，以測量通過所述框架的流速。本發(fā)明還涉及在測量流速中使用的豎直升降或傾斜升降的閘門組件、利用延遲電路為特征的測量管路或開口通道中流速的方法、利用變換器冗余對為特征的流速表以及開口通道的流動測量設(shè)備中兩個(gè)變換器同步的方法。
【專利說明】流量計(jì)組件、閘門組件和流動測量方法
[0001]本申請是發(fā)明名稱為“流量計(jì)組件、閘門組件和流動測量方法”、申請日為2010年8月18日、申請?zhí)枮?01080046936.8、 申請人:為魯比康研究有限公司的發(fā)明專利申請的分案申請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及管路或開口通道的聲學(xué)流量計(jì)組件，并且盡管不是專有的，特別涉及檢測水流的聲學(xué)流量計(jì)組件。本發(fā)明還涉及與聲學(xué)流量計(jì)組件可一起使用的下伸門葉組件(undershot gate leaf assembly)。

【背景技術(shù)】
[0003]流量計(jì)通常用于測量埋設(shè)管路和開口通道或涵洞內(nèi)的流體的流速。傳輸時(shí)間聲學(xué)流量計(jì)是已制定的測量技術(shù)。當(dāng)流量計(jì)安裝在地下的管路中時(shí)，維修要求意味著這些流量計(jì)傳統(tǒng)上安裝在埋設(shè)的儀表井內(nèi)，典型地為混凝土箱體結(jié)構(gòu)。該井典型地易于接近，從而技術(shù)人員可接近流量計(jì)的部件。這些維修井的結(jié)構(gòu)和安裝通常占總流量計(jì)安裝成本的很高比例。
[0004]當(dāng)超聲波(傳輸時(shí)間)流量計(jì)安裝在開口通道和管路中時(shí)，它們典型地安裝為必須安裝的分部件的聚集，然后校準(zhǔn)它們的安裝。這些儀表系統(tǒng)的試運(yùn)行要求精確地測量每個(gè)變換器之間的通道長度、測量通道相對于裝置流動方向的角度以及水位變換器數(shù)據(jù)和其它儀表構(gòu)造參數(shù)。市場上可用的其它聲學(xué)流量計(jì)產(chǎn)品通過捆綁聲學(xué)變換器在通過流動的管路的內(nèi)外徑周圍而安裝在場地。在開口管道應(yīng)用中，變換器連接到管道的相對側(cè)壁上。變換器通過信號電纜連接到處理器電子裝置。組件必須在野外精確安裝且校準(zhǔn)。為了變換器安裝在管路內(nèi)徑中的安裝，管路必須具有足夠的直徑，從而為了安裝的目的人可安全地接近它。為了變換器安裝在管路外徑的安裝，管路必須在底面上，或者大的混凝土井必須構(gòu)造在管路周圍，以為了裝配和維修傳感器的目的允許人安全地接近該外直徑。
[0005]在開口通道流量計(jì)應(yīng)用中，流量計(jì)的精度受流量計(jì)環(huán)境的影響。流量計(jì)上游和下游的通道幾何形狀可影響通過流量計(jì)的流體的速度分布。該速度分布在除了表面外的流量計(jì)內(nèi)的所有點(diǎn)上可測量。流量計(jì)的地板/側(cè)壁上的流體的速度為零。流量計(jì)內(nèi)設(shè)定高程上的速度是可測量的，并且這些測量之間的高程上的速度從測量的高程速度內(nèi)插。然而，表面流速通常不測量，從而上位流動中的速度分布以潛在的高度不確定性推斷。為了最小化表面流動速度中的不確定性，應(yīng)最小化表面速度習(xí)性上的變化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目標(biāo)是降低流量計(jì)安裝的基礎(chǔ)構(gòu)造的成本，從而允許安裝更多的流量計(jì)，這些流量計(jì)提供了更多待收集的數(shù)據(jù)來查找分布系統(tǒng)損耗。
[0007]本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)是提供完全限定其自身幾何形狀的流量計(jì)，該流量計(jì)對其安裝或周圍環(huán)境不要求校準(zhǔn)。
[0008]在本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)中，提供一種下伸式流動閘門，其影響流動形狀，以產(chǎn)生穩(wěn)流的、流線型的和可重復(fù)的流動狀況。
[0009]本發(fā)明的再一個(gè)目標(biāo)是提供密閉流道中使用的流量計(jì)，其包括閥門或等同物，但是沒有被稱之為構(gòu)成傳統(tǒng)閥門的整合部件的那種類型的〃閥帽(bonnet)"。
[0010]考慮到這些目標(biāo)，本發(fā)明提供用于管路或開口通道的聲學(xué)流量計(jì)組件，所述組件包括具有預(yù)定幾何形狀的框架，所述框架包括至少一個(gè)使用者可接近的端口，所述至少一個(gè)使用者可接近端口適合于容納可互換的拾音筒盒，其包含至少一個(gè)聲學(xué)變換器以測量通過所述框架的流體速度。
[0011]優(yōu)選地，聲學(xué)流量計(jì)組件還包括多個(gè)具有相關(guān)拾音筒盒的使用者可接近端口。該使用者可接近端口可設(shè)置在由所述框架形成的矩形或正方形定向的拐角中。優(yōu)選地，一對拾音筒盒彼此相對地對角設(shè)置。
[0012]在優(yōu)選實(shí)施例中，每個(gè)拾音筒盒包括多個(gè)聲學(xué)變換器，用于測量預(yù)定深度上的流動。聲學(xué)流量計(jì)組件還可包括中空管，中空管用于連接在管線的任何一端，以決定通過所述管線的速度。在實(shí)際的實(shí)施例中，每個(gè)變換器設(shè)置在各聲音傳輸管的一端，而另一端開口于所述中空管。每個(gè)聲音傳輸管可與各拾音筒盒相關(guān)聯(lián)，并且朝著相關(guān)聯(lián)的面對的聲音傳輸管呈角度。每個(gè)聲音傳輸管可包含來自所述中空管的流體。每個(gè)聲音傳輸管可包含靜止的流體，并且不在流體流動的通道中。
[0013]在進(jìn)一步實(shí)施例中，每個(gè)聲音傳輸管填充有聲學(xué)傳輸材料。該聲學(xué)流量計(jì)組件還可包括所述聲音傳輸管中的流體和流動流體之間的邊界界面，所述邊界界面由適當(dāng)聲學(xué)特性的材料形成，以使聲學(xué)信號的迅速傳輸。傳聲管中的流體也可包含在密封井中，以使該流體將變換器連接到聲音傳輸管的內(nèi)表面。
[0014]本發(fā)明還可提供傾斜升降閘門組件，包括閘門構(gòu)件和至少一個(gè)延伸件，該閘門構(gòu)件可從豎直關(guān)閉位置直到基本上水平設(shè)置升起和降落，所述閘門構(gòu)件在其頂端可樞轉(zhuǎn)地安裝到用于從豎直關(guān)閉位置到基本上水平設(shè)置向內(nèi)拉所述閘門構(gòu)件的機(jī)構(gòu)，該至少一個(gè)延伸件從所述閘門構(gòu)件突出，其樞轉(zhuǎn)點(diǎn)設(shè)在所述至少一個(gè)延伸件的端部，所述樞轉(zhuǎn)點(diǎn)與向下傾斜引導(dǎo)裝置配合，從而所述閘門構(gòu)件不越過所述向下傾斜引導(dǎo)裝置。
[0015]優(yōu)選的，一對延伸件設(shè)置在與各向下傾斜引導(dǎo)裝置配合的所述閘門構(gòu)件的每一偵U。傾斜升降閘門組件可設(shè)置在開口流體通道中，所述至少一個(gè)延伸件基本上設(shè)置在流體深度的三分之二處。
[0016]本發(fā)明還可提供一種開口通道流速系統(tǒng)，用于測量流過所述系統(tǒng)的流體的流速，所述系統(tǒng)包括包含所述流動流體的開口通道、如前所述的聲學(xué)流量計(jì)組件以及所述聲學(xué)流量計(jì)組件下游如前所述的傾斜升降閘門組件，其中所述閘門構(gòu)件可預(yù)見地影響所述流動流體的表面速度。
[0017]本發(fā)明還可提供一種開口通道流速系統(tǒng)，用于測量流過所述系統(tǒng)的流體的流速，所述系統(tǒng)包括包含所述流動流體的開口通道、如前所述的聲學(xué)流量計(jì)組件以及所述聲學(xué)流量計(jì)組件下游的下伸閘門，其中所述閘門允許所述閘門前方的液位回落從而提供通過所述聲學(xué)流量計(jì)組件的流體的一致深度。
[0018]本發(fā)明還可提供測量管路或開口通道中流速的方法，所述方法包括如下步驟:提供定時(shí)電路，其包括具有至少一個(gè)上游聲學(xué)變換器的第一電路和具有至少一個(gè)下游側(cè)聲學(xué)變換器的第二電路；從所述第一電路測量從所述至少一個(gè)上游聲學(xué)變換器至所述至少一個(gè)下游聲學(xué)變換器檢測聲學(xué)信號上的時(shí)間延遲；從所述第二電路測量從所述至少一個(gè)下游聲學(xué)變換器至所述至少一個(gè)上游聲學(xué)變換器在檢測聲學(xué)信號上的時(shí)間延遲；當(dāng)所述至少一個(gè)上游聲學(xué)變換器旁通在所述第一電路中時(shí)，測量所述第一電路中的時(shí)間延遲；當(dāng)所述至少一個(gè)下游聲學(xué)變換器旁通在所述第二電路中時(shí)，測量所述第二電路中的時(shí)間延遲；以及采用所述測量計(jì)算流速。
[0019]在本發(fā)明的進(jìn)一步方面中，可提供一種用于管路的聲學(xué)流量計(jì)組件，所述組件包括至少三對聲學(xué)變換器，所述聲學(xué)變換器的每一對設(shè)置在所述管路的相對側(cè)，并且沿著所述管路縱向偏移，以提供上游和下游變換器，每對聲學(xué)變換器在使用中具有它們的在沿著所述管路軸線的點(diǎn)上相交的聲學(xué)通道，從而在如果所述聲學(xué)變換器之一失效的情況下，在測量通過所述管路的流動中提供冗余。
[0020]本發(fā)明還提供一種升降閘門組件，包括閘門構(gòu)件，閘門構(gòu)件與框架相關(guān)聯(lián)，并且可在各自的關(guān)閉和開啟構(gòu)造之間上升和/或下降，所述框架具有與其相關(guān)聯(lián)且在其上游的用于測量流體傳輸轉(zhuǎn)換的設(shè)備，所述設(shè)備為管道形式，具有與其相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)相對成對的聲學(xué)變換器或等同物。
[0021]在另一個(gè)方面中，提供一種在開口通道或河流中測量聲學(xué)傳輸時(shí)間的方法，所述方法包括如下步驟:在所述開口通道或河流其中一側(cè)上提供具有至少一個(gè)上游聲學(xué)變換器的第一電路和在所述開口通道或河流的相對側(cè)上提供具有至少一個(gè)下游聲學(xué)變換器的第二電路，所述第一和第二電路包括彼此不同步的各自的定時(shí)電路，所述定時(shí)電路的每一個(gè)測量它們各自的信號傳輸和接收情況，所述第一或第二電路的至少一個(gè)包括RF或激光，以在所述第一和第二電路之間提供同步信號，在所述第一和第二電路之間在從所述聲學(xué)變換器其中之一傳輸聲學(xué)信號之前，RF或激光同步信號傳輸在第一和第二電路之間，從而所述RF或激光同步信號允許在所述聲學(xué)信號的所述第一和第二電路的各自的定時(shí)電路之間同止/J/ O

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]為了本發(fā)明可更加容易理解且產(chǎn)生實(shí)際效果，現(xiàn)在介紹附圖，其中:
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的管路聲學(xué)流量計(jì)組件；
[0024]圖2是圖1所示聲學(xué)流量計(jì)組件在其地下埋設(shè)位置的示意性截面圖；
[0025]圖3是圖1所示聲學(xué)流量計(jì)組件的前側(cè)視圖；
[0026]圖4是圖1所示聲學(xué)流量計(jì)組件的平面圖；
[0027]圖5a是示出水流的圖1所示的聲學(xué)流量計(jì)組件沿著且在的箭頭5_5方向的縱向截面圖；
[0028]圖5b是填充有傳聲管的與圖5a類似的示意圖；
[0029]圖6a是示出速度曲線的水流縱向圖；
[0030]圖6b是沿著圖6a的A-A箭頭且在其方向上的橫向截面圖；
[0031]圖7是在開口通道環(huán)境下使用的聲學(xué)流量計(jì)組件的第二實(shí)施例的透視圖；
[0032]圖8是圖7的平面圖；
[0033]圖9是沿著圖8中的箭頭A-A方向剖取的截面圖；
[0034]圖10與圖6A類似，示出了圖7所示的聲學(xué)流量計(jì)組件的實(shí)施例，用于與可豎直升起的下伸門葉組合，以控制水流；
[0035]圖11與圖19相類似，具有可旋轉(zhuǎn)的下伸門葉；
[0036]圖12是圖8所示的可旋轉(zhuǎn)下伸門葉組件的結(jié)構(gòu)實(shí)施例在關(guān)閉位置上的透視圖；
[0037]圖13是圖12的類似視圖，其門葉被升高；
[0038]圖14是圖13的類似視圖，其門葉在完全升高位置；
[0039]圖15是圖12的縱向截面圖；
[0040]圖16是圖13的縱向截面圖；
[0041]圖17是圖14的縱向截面圖；
[0042]圖18是示出水流的類似于圖15的示意圖；
[0043]圖19是示出水流的類似于圖16的示意圖；
[0044]圖20是使用在圖1至19所示的聲學(xué)流量計(jì)組件的實(shí)施例中典型地控制聲學(xué)變換器的流程示意圖，以測量變換器之間的聲音傳遞時(shí)間；
[0045]圖21是在第一方向上測量流量的圖20所示流程示意圖的局部視圖；
[0046]圖22是與圖21所示相反的第二方向上測量流量的圖20所示流程示意圖的局部視圖；
[0047]圖23是與圖20所示的流程示意圖結(jié)合使用的校驗(yàn)電路的流程示意圖，以從圖20的示意圖消除電路延遲；
[0048]圖24是圖23所示的流程示意圖的局部視圖，以校驗(yàn)圖21所示的第一方向上測量流量的延遲；
[0049]圖25是圖23所示的流程示意圖的局部視圖，以校驗(yàn)在與圖21所示相反的第二方向上測量流量的延遲；
[0050]圖26是示出本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的管子的側(cè)視圖，用于測量管子中的流速；
[0051]圖27是圖26的端面圖；
[0052]圖28是流動閘門的俯視圖，包括根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)變時(shí)間測量設(shè)備；
[0053]圖29是類似于圖28的示意圖，作為流動閘門和轉(zhuǎn)變時(shí)間測量設(shè)備的選擇性方案;
[0054]圖30是圖28的設(shè)置方案的前視圖；
[0055]圖31是閘門關(guān)閉狀態(tài)下沿著圖30中的A-A線剖取的截面圖；
[0056]圖32是閘門開啟狀態(tài)下沿著圖30中的A-A線剖取的截面圖；
[0057]圖33是沿著圖30中的B-B剖取的截面圖；
[0058]圖34是圖33中E部分的詳圖；
[0059]圖35是圖32中D部分的詳圖；
[0060]圖36是圖31中B部分的詳圖；
[0061]圖37是類似于圖28的簡化圖，測量設(shè)備中具有分配器；
[0062]圖38是類似于圖37的示意圖，測量設(shè)備中具有分配器；
[0063]圖39是類似于圖29的簡化圖，測量設(shè)備中具有分配器；
[0064]圖40是類似于圖39的示意圖，測量設(shè)備中具有2個(gè)分配器；
[0065]圖41是類似于圖28具有傾斜控制閘門的流動閘門的頂部透視圖；
[0066]圖42是類似于圖41的簡化圖，測量設(shè)備中具有分配器；
[0067]圖43是類似于圖42的示意圖，測量設(shè)備中具有2個(gè)分配器；
[0068]圖44是進(jìn)一步實(shí)施例的平面圖，以采用無線電發(fā)射機(jī)在變換器之間測量聲音傳播時(shí)間；
[0069]圖45是類似于圖44所示實(shí)施例的平面圖，以采用激光在變換器之間測量聲音傳播時(shí)間；
[0070]圖46是圖44所示實(shí)施例的豎直截面圖；以及
[0071]圖47是密封拾音筒盒的透視圖，其包含圖44至46所示實(shí)施例的電子裝置。

【具體實(shí)施方式】
[0072]遍及該說明書，在可適用的地方采用相同的參考標(biāo)號，以避免重復(fù)和所有實(shí)施例的重復(fù)描述。結(jié)構(gòu)和操作的描述均可適用。
[0073]在附圖的圖1至6中，示出了聲學(xué)流量計(jì)組件20，其適合于配合在流體通過其流動的管路(未示出)之間，該流體優(yōu)選為液體。在該實(shí)施例中，流體是水，但是，本發(fā)明不限于這樣的環(huán)境。優(yōu)選實(shí)施例對于在國際灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)域的灌溉通道中測量灌溉水消耗和在國際城市水網(wǎng)中測量城市水供應(yīng)是特別有用的。聲學(xué)流量計(jì)20埋設(shè)在大地22中(圖2)，并且包括支撐管路部分26的框架24。管路部分26適合于連接到管線的任何一端，通過該端的流速待確定。框架24在該實(shí)施例中基本上為正方形，并且具有兩個(gè)端部構(gòu)件28、30和兩個(gè)側(cè)部構(gòu)件32、34。框架24的形狀和構(gòu)造可變化為適合于特定流量計(jì)組件的要求。四個(gè)中空支架36、38、40和42形成框架24的一部分，并且可滑動地容放可插入其中的拾音筒盒(cartridge) 44.拾音筒盒44的數(shù)量和定位可根據(jù)其中流速待確定的環(huán)境而變化。在該實(shí)施例中，每個(gè)拾音筒盒包括四個(gè)聲學(xué)變換器46。聲學(xué)變換器46的數(shù)量和定位也可變化。聲學(xué)變換器46可集成在拾音筒盒44和框架24中所包括的電路(未示出)中。包括聲學(xué)變換器46和處理電子裝置的輔助部件全部包含在可互換的密封的拾音筒盒44內(nèi)。典型地，拾音筒盒44可通過有線或無線的裝置將它們的測量結(jié)果提供到外部的計(jì)算裝置。
[0074]管路部分26具有很多水平設(shè)置的傳聲管48，由圖2和3清楚可見。傳聲管48典型地為圓柱形狀，并且由聲學(xué)傳輸材料制作，其將排列的聲學(xué)變換器46連接到管路部分26的內(nèi)孔。傳聲管48設(shè)置為以相對于流體流動的方向50成角度Θ與管路部分26相交(圖5a)。優(yōu)選的相交角度Θ為45度，然而，也可以以O(shè)至90度之間的相交角度Θ進(jìn)行其它的實(shí)施方案，以適應(yīng)各種應(yīng)用的幾何形狀要求。傳聲管48為流量計(jì)拾音筒盒44內(nèi)設(shè)置的聲學(xué)變換器46提供聲道。在圖5a中，傳聲管48是中空的,從而它們包含管路部分26內(nèi)的流體，并且聲音僅通過該流體傳播。傳聲管48包含靜止的水，且不會在水流的通道中。
[0075]作為選擇，如圖5b所示，傳聲管48可用適當(dāng)聲學(xué)特性的固體材料填充或塞緊從而使管路部分26完全密封并且管路在正壓力或負(fù)壓力下運(yùn)行時(shí)，拾音筒盒44可取回不需要抵抗該壓力密封接近端口 52。傳聲管48也可填充水，具有傳聲管48中的靜止水和流動水之間的邊界界面(未示出)。該界面可由適當(dāng)聲學(xué)特性的材料制作，以使聲學(xué)信號迅速傳輸。具有密閉傳聲管48的該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，管路部分26的內(nèi)孔是光滑的，而不可能在管路部分26或傳聲管48中具有碎片的堵塞或撞擊。在該設(shè)置方案中，良好的聲學(xué)連接可通過米用接近端口 52內(nèi)的凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在拾音筒盒44內(nèi)所包含的聲學(xué)變換器46和傳聲管48的端面之間，接近端口 52內(nèi)的凸輪機(jī)構(gòu)將可靠地結(jié)合抵靠傳聲管48的表面的聲學(xué)變換器46。
[0076]作為選擇，較簡單的連接機(jī)構(gòu)可通過用水或類似的流體填充接近端口 52實(shí)現(xiàn)，其聲學(xué)連接拾音筒盒44內(nèi)所包含的變換器46到傳聲管48的端面。在該實(shí)施方案中,接近端口 52是密封井，其包含連接變換器46到傳聲管48的內(nèi)面的流體。接近端口 52典型地豎直排列，并且通過密封蓋子54在地水準(zhǔn)平面是可接近的。在某些應(yīng)用中，接近端口 52可水平排列，并且通過側(cè)壁安裝的蓋子是可接近的。接近端口可根據(jù)安裝需要以任何其它角度安裝。
[0077]在聲學(xué)流量計(jì)組件20的水平面內(nèi)，具有四個(gè)聲學(xué)變換器46，它們設(shè)置為在每個(gè)水平面內(nèi)提供兩個(gè)聲道58、60(圖5a和5b)。由于在每個(gè)拾音筒盒44中具有四個(gè)聲學(xué)變換器，所以具有四個(gè)水平面62、64、66和68 (圖6a和6b)。這些聲道彼此成直角，并且該布置方案消除了橫向流動的錯(cuò)誤，正如在通過聲學(xué)速度計(jì)系統(tǒng)用于開口通道流動測量的標(biāo)準(zhǔn)測試方法ASTM D5389-93(2007)的章節(jié)13.1.3所描述的那樣。
[0078]聲學(xué)變換器46傳輸通過管路部分26的高頻(在千赫茲至兆赫茲的范圍內(nèi))聲音脈沖。聲學(xué)信號的傳播時(shí)間在流動方向50的上游方向和流動方向50的下游方向上測量，如圖5a和5b所不。流動速度產(chǎn)生上游方向和下游方向上的聲波傳播時(shí)間上的差別。該傳播時(shí)間差被記錄且用于決定流體沿著聲音路徑線路的平均速度。四個(gè)測量通道提供流體在四個(gè)不同平面62-68上的平均速度，如圖6a所示。管路部分26內(nèi)的速度分布于是采用校準(zhǔn)數(shù)學(xué)關(guān)系通過在四個(gè)平面62-68的每一個(gè)處的速度計(jì)算。
[0079]水位傳感器，優(yōu)選的是聲學(xué)水位傳感器45，將與每個(gè)拾音筒盒44相關(guān)聯(lián)。在圖1至10的優(yōu)選實(shí)施例中，例如，每個(gè)拾音筒盒44包括通常指定的端口 47，用于容放且可釋放地保持聲學(xué)水位傳感器45。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，實(shí)質(zhì)上水位傳感器不必物理地集成在相關(guān)的拾音筒盒45中或與其集成在一起，只要水位傳感器設(shè)置在每個(gè)拾音筒盒44上或其附近。
[0080]水位傳感器45用于提供在整體流量計(jì)組件處或其附近的水表面的形狀的精確測量。因?yàn)闇y量是以水流動的平均速度進(jìn)行的，所以為了能夠精確計(jì)算測定體積的流速，還需要在流量計(jì)組件位置處的流動橫截面的精確測量。
[0081]具有與四個(gè)拾音筒盒44的每一個(gè)相關(guān)聯(lián)的聲學(xué)水位傳感器45的如所不和所描述的優(yōu)選設(shè)置方案保證了水的測定體積流動的精確確定，即使是在水的表面受到擾亂或不平的情形/環(huán)境下，例如紊流的情況，或作為選擇，在傾斜表面梯度上。
[0082]其它實(shí)施例可根據(jù)需要包括任何數(shù)量的聲學(xué)變換器46及其組合，以實(shí)現(xiàn)其它的信號通道構(gòu)造。也可采用在每個(gè)測量平面中以信號反射器替代某些變換器的方案。不是必須具有四個(gè)平面62-68通過聲學(xué)流量計(jì)組件20?？刹捎萌魏螖?shù)量的平面，例如，一個(gè)或多個(gè)平面。該平面不需要如本實(shí)施例所示的那樣是水平的。
[0083]圖7至9示出了開口通道環(huán)境中使用的聲學(xué)流量計(jì)組件20，典型地用于水灌溉。具有底部72和側(cè)壁74、76的U型通道70用于控制灌溉水的流動?？刹捎萌鐖D1所示的聲學(xué)流量計(jì)組件20，但是不需要接近端口 52，因?yàn)檠b置不是埋設(shè)在地下，管路部分26是不需要的。該實(shí)施例在構(gòu)造上類似于前面的實(shí)施例，其中提供四個(gè)可取回的拾音筒盒44。然而，該系統(tǒng)也可設(shè)計(jì)為具有一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或更多個(gè)可取回的拾音筒盒44，與前面的實(shí)施例類似。聲學(xué)流量計(jì)組件20在高公差等級下制造，并且完全限定被測流體通過的幾何形狀。該組件20保證流體總是通過相同的幾何形狀，其通過聲學(xué)流量計(jì)組件20的本體，與安裝在其中的通道70的幾何形狀無關(guān)。拾音筒盒44可滑動地去除和更換，而不改變聲學(xué)流量計(jì)組件20的幾何形狀。拾音筒盒44的每一個(gè)分別以四個(gè)中空支架36、38、40和42內(nèi)的它們的安裝點(diǎn)為基準(zhǔn)校準(zhǔn)。這允許拾音筒盒44互換而不影響聲學(xué)流量計(jì)組件20的校準(zhǔn)。聲學(xué)變換器的特性和幾何形狀要求與前述實(shí)施例所述的相同。
[0084]在圖10中，圖7至9的聲學(xué)流量計(jì)組件20包括下游控制閘門80。在該實(shí)施例中，控制閘門80是簡單的鍘刀式閘門，其豎直升降，且在密封件82上關(guān)閉。控制閘門80可如所示的那樣與聲學(xué)流量計(jì)組件20分開，或者可集成為組合的組件?？刂崎l門80形成下伸閘門，其影響流過聲學(xué)流量計(jì)組件20的流體84的表面速度，并且降低周圍環(huán)境對流過聲學(xué)流量計(jì)組件20的流動分布的影響。如前所述，速度由聲學(xué)變換器46在多個(gè)豎直高程上測量，然后在這些高程的每一個(gè)上的速度適合這樣的關(guān)系，即該關(guān)系用于內(nèi)插在采樣高程之間的在各高度上的速度。
[0085]通常不測量流體84的表面速度，因?yàn)槠浔砻娴母叱淘谶\(yùn)行期間變化，從而通常不能在流體的表面86設(shè)置聲學(xué)變換器平面。底面速度總為零，并且頂部變換器平面62以下的所有高程上的速度可從所觀注的高程之上和之下的各平面中所獲得的測量值內(nèi)插得出。未知的表面速度是指頂部變換器平面62上面的各高程處的速度必須是根據(jù)速度曲線圖的形狀的假設(shè)而推斷出來的。該流動的頂部典型是在速度曲線圖上發(fā)生最大不確定性之處，這是因?yàn)樵谒霰砻嫣帥]有任何關(guān)于速度的信息。在最壞的情形下，該速度可以是非常高的，或者由于諸如風(fēng)的表面影響在與流動相反的方向上是平穩(wěn)的。通過設(shè)置控制閘門80在聲學(xué)流量計(jì)組件20的下游并且保證控制閘門80的下末端88總是淹沒的，控制閘門80保持免于紊流的層流和流線型流動形狀。流體的速度在控制閘門80的前面為零。該流動外形是可重復(fù)的，并且可由流動模型表現(xiàn)其特性，流動模型采用閘門的位置和聲學(xué)變換器系統(tǒng)測量的流體速度計(jì)算流速。通過控制閘門80下的流動外形的再現(xiàn)性與傳感器平面高程62、64、66和68的每一個(gè)上測量的流速結(jié)合，并且用于降低估算通過聲學(xué)流量計(jì)組件20本體的流體表面速度的不確定性。
[0086]下伸控制閘門80的影響降低了通過聲學(xué)流量計(jì)組件20的流動圖案上的潛在變化。
[0087]在圖11中，圖10的鍘刀式控制閘門80被傾斜升降式閘門90取代?？刂崎l門90可如圖所示與聲學(xué)流量計(jì)組件20分開，或者可集成為組合式組件。閘門90允許閘門在密封件82上關(guān)閉時(shí)為豎直設(shè)置，并且在開啟位置時(shí)為傾斜或水平設(shè)置。閘門90保持在框架92之間，框架92包括水平軌道94和豎直軌道96。銷子或輥?zhàn)?8、100設(shè)置在閘門90的拐角上，并且保持被束縛在軌道94、96中。銷子或輥?zhàn)?8、100沿著它們各自的軌道運(yùn)動，以允許開啟和關(guān)閉閘門90。閘門90的運(yùn)動由連接到閘門90的頂部102的受驅(qū)動的電動機(jī)或液壓臂(未示出)控制。通過拉動或推動閘門90的頂部102，閘門將上升或下降以用作下伸閘門。
[0088]傾斜升降閘門90允許給定閘門位置的可重復(fù)的流線型以及保持表面流體速度到最小。上面的這兩點(diǎn)保證了在計(jì)算水表面84和頂部傳感器平面高程62中傳感器48之間區(qū)段流動上的最小錯(cuò)誤。在下游側(cè)設(shè)置的下伸閘門90產(chǎn)生通過聲學(xué)流量計(jì)組件20儀表的本體的表面速度分布，這比下伸閘門90不存在的情況相比是更可重復(fù)的和可預(yù)測的。閘門90迫使流動是非紊流和層流的。閘門90允許流動計(jì)算算法的產(chǎn)生，其是閘門位置和由聲學(xué)變換器46所測量到的速度的函數(shù)。
[0089]聲學(xué)流量計(jì)組件20的開口通道和封閉管道實(shí)施方案提供為單一組件，其完全限定其自身的幾何形狀，從而不需要儀表幾何形狀的現(xiàn)場調(diào)整。
[0090]圖12至17示出了圖11所示的傾斜升降閘門90的進(jìn)一步變化。在該實(shí)施例中，閘門120沒有圖11中的閘門90兩端上的銷子或輥?zhàn)?8、100。控制閘門120可與聲學(xué)流量計(jì)組件20分開，或可集成在組合的組件之中，如圖所示?？刂崎l門120和聲學(xué)流量計(jì)組件20的集成允許已經(jīng)校準(zhǔn)的結(jié)果中的下降。閘門120的頂部122由支架124和軸126可樞轉(zhuǎn)地安裝。軸126在引導(dǎo)軌道128中運(yùn)轉(zhuǎn)。水平安裝的臂構(gòu)件130可樞轉(zhuǎn)地安裝到軸126并且允許閘門120從關(guān)閉位置到開啟位置運(yùn)動，反之亦然。臂構(gòu)件130可根據(jù)需要由電動機(jī)或液壓裝置運(yùn)動。在該實(shí)施例中，臂構(gòu)件130是由連接到電動機(jī)134的卷軸132驅(qū)動的線纜。齒輪箱136驅(qū)動卷軸132。來自卷軸132的線纜連接到臂構(gòu)件130或軸126。
[0091]閘門120的定位由連接到閘門120的下側(cè)140的延伸臂138控制。延伸臂138具有在其自由端的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)142。樞轉(zhuǎn)點(diǎn)142所處位置將導(dǎo)致用最小的力(致動力)開啟閘門120。這將導(dǎo)致低成本致動以及驅(qū)動傳輸系統(tǒng)132-136。優(yōu)選的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)位置是閘門在關(guān)閉位置時(shí)凈合成力的作用線的位置，典型地為水表面下水深的2/3。這一點(diǎn)表示軸線之上的凈力等于軸線之下的凈力的中性軸。閘門120上的力是由水壓引起，并且等于:
[0092]P *g*h，在水表面下的給定深度h處
[0093]其中
[0094]P是流體的比重；
[0095]g是由于重力弓丨起的加速度
[0096]樞轉(zhuǎn)點(diǎn)從閘門120的下側(cè)垂直偏離。樞轉(zhuǎn)點(diǎn)142受限于沿著軌道或狹槽144運(yùn)動，軌道或狹槽144以向下角度面向閘門120。這種偏離有助于在從其完全開啟基本上水平位置關(guān)閉閘門時(shí)提供向下的力。偏離還保證閘門側(cè)面密封件(未示出)不越過軌道或狹槽144，以避免在側(cè)面密封件周圍的泄漏。當(dāng)從其完全開啟基本上水平位置關(guān)閉閘門120時(shí)，軌道或狹槽144的角度也有助于該向下的力。
[0097]為了最小化泄漏，密封件146設(shè)置在閘門120的自由端邊緣和側(cè)面。密封件為球形密封件的形式，其在閘門120處于豎直位置(即關(guān)閉位置)時(shí)配合在U型通道70的底部72和側(cè)部74、76上的略微凸出的面148上。密封件146在與U型通道70接觸時(shí)承受最小的壓縮。
[0098]圖18示出了下游閘門120在與圖19所示沒有下游障礙物的相同流動和水深的情況下通過聲學(xué)流量計(jì)本體返回水位84的情形?？梢钥吹降氖情l門120用于保持通過測量儀本體的較深的流動，從而所有的變換器浸沒在水表面以下。在圖19中，水表面隨著通過聲學(xué)流量計(jì)本體的流速的增加而下降，從而幾個(gè)變換器48沒有浸沒在水表面以下。通過流體動力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)，這一主要優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致水在沒有下游尾水的情況下返回在其前面。該深度剖面線的問題在于，因?yàn)楹芏鄠鞲衅魍ǖ涝谒?，從而不能在測量中使用。在儀表下游設(shè)置的局部開啟閘門使水向上返回，從而它以基本上不變的深度流過儀表本體，從而可利用更多的測量通道。這允許流量計(jì)在液壓條件下使用，否則該液壓條件與采用該方法的測量不兼容。
[0099]可對實(shí)施例進(jìn)行變化，以適應(yīng)各種環(huán)境或設(shè)計(jì)需要。傳感器對48的角度位置不限于水平平面，優(yōu)選相對于中心線呈45度。傳感器對48可以角度定位。
[0100]傳感器48不限于具有匹配成對的傳送和接收裝置。很多傳感器可從一個(gè)傳輸傳感器接收信號。
[0101]在圖1至6中，本發(fā)明可在原位置結(jié)合在現(xiàn)有的管路中。傳聲管48可螺紋連接且可焊接在現(xiàn)有的管路上，而不是提供插入管路中的單獨(dú)的聲學(xué)流量計(jì)組件20。組件可包括在改進(jìn)框架24中的拾音筒盒44。
[0102]在圖1至19中，已經(jīng)描述了聲學(xué)變換器46及其操作。聲學(xué)變換器46優(yōu)選以相對的一對運(yùn)行。如圖5a和5b可見，聲學(xué)流量計(jì)組件20測量流動方向50的上游58B、60B方向上的以及流動方向50的下游58A、60A方向上的聲學(xué)信號的傳輸時(shí)間。流速在上游方向和下游方向上產(chǎn)生聲波傳播時(shí)間上的差別。該傳播時(shí)間差記錄且用于決定水沿著聲道路線的平均速度。
[0103]所述時(shí)間差采用變換器和電路記錄，它們共同具有固有的時(shí)間延遲，其加到聲學(xué)信號的實(shí)際傳輸時(shí)間。這些變換器46和電路時(shí)間延遲必須從所記錄的聲學(xué)信號傳輸時(shí)間減去，從可決定聲學(xué)信號的實(shí)際傳輸時(shí)間。
[0104]變換器46和電路時(shí)間延遲典型地在聲學(xué)流量計(jì)組件20的校準(zhǔn)中測量，并且表現(xiàn)為數(shù)字常數(shù)，其從測量的聲學(xué)信號傳輸時(shí)間中被減去，以計(jì)算實(shí)際聲學(xué)信號傳輸時(shí)間的最佳估值。
[0105]通過在上游和下游兩個(gè)方向上校準(zhǔn)聲學(xué)信號傳輸時(shí)間的測量值可決定兩個(gè)常數(shù)。然而，這是不必要的，因?yàn)樯嫌畏较蛏系穆晫W(xué)信號傳輸時(shí)間從下游方向上的聲學(xué)信號傳輸時(shí)間中減去，單一的校準(zhǔn)時(shí)間延遲常數(shù)足以校準(zhǔn)所需的系統(tǒng)測量。在零流動的情況下，上游信號傳輸時(shí)間恰好等于下游信號傳輸時(shí)間。然而，由于上游方向和下游方向上用于測量傳輸時(shí)間的電路中不同的電路和變換器時(shí)間延遲特性，所測量的傳輸時(shí)間不是一樣的。測量傳輸時(shí)間上的差值反映了用于測量上游傳輸時(shí)間和下游傳輸時(shí)間的電路中的不同時(shí)間延遲特性，并且可通過校準(zhǔn)靜止水零流動條件下的測量系統(tǒng)被確定為在時(shí)間上的某一瞬時(shí)的單一數(shù)值。
[0106]然而，令人不悅的是，由變換器46以及上游和下游測量電路貢獻(xiàn)的時(shí)間延遲不是常數(shù)，而是諸如溫度和壓力的環(huán)境影響以及諸如運(yùn)行電壓和溫度的電子電路狀態(tài)的函數(shù)。這些時(shí)間延遲上的變化來自于溫度、壓力、運(yùn)行電壓和其它環(huán)境干擾上的變化。這些變化導(dǎo)致流量測量系統(tǒng)20校準(zhǔn)上的變化，該變化導(dǎo)致在聲學(xué)信號傳輸時(shí)間上測量精確差異上的錯(cuò)誤。這導(dǎo)致流速測量上的錯(cuò)誤，其對低流速的測量是特別顯著的。
[0107]為了在上游和下游測量電路內(nèi)補(bǔ)償時(shí)間延遲上的變化，提供一種自校準(zhǔn)測量系統(tǒng)，其能夠依據(jù)每個(gè)流速測量上的參照標(biāo)準(zhǔn)自身校準(zhǔn)，從而防止在聲學(xué)信號傳輸時(shí)間測量上的錯(cuò)誤。盡管將參考灌溉系統(tǒng)的運(yùn)行描述實(shí)施例，但是本發(fā)明的應(yīng)用不限于該目的。
[0108]參見圖20至25，測量系統(tǒng)200表示為具有開始輸入204和停止輸入206的定時(shí)器202與通過其傳輸電信息的幾個(gè)信號通道在一起。附圖僅示出了兩個(gè)變換器，其呈現(xiàn)在該測量系統(tǒng)200中，即從圖5a和5b簡化而來的變換器46A和變換器46B。圖1至20的所有成對的變換器46以相同的方式連接。
[0109]如圖20所示,在測量系統(tǒng)200中具有電子系統(tǒng)時(shí)間延遲。這些表示為:
[0110]δ TA是輸入到定時(shí)器202的開始信號208和變換器46Α接收的對應(yīng)電信號之間的延遲。
[0111]δ RB是變換器46Β接收的聲學(xué)信號和輸入到定時(shí)器202的停止輸入206的對應(yīng)電信號之間的延遲。
[0112]δ TB是輸入到定時(shí)器202的開始信號208和變換器46Β接收的對應(yīng)電信號之間的延遲。
[0113]δ RA是變換器46Α接收的聲學(xué)信號和輸入到定時(shí)器202的停止輸入206的對應(yīng)電信號之間的延遲。
[0114]沿著通道58Α從變換器46Α到變換器46Β的聲學(xué)信號傳輸時(shí)間表不為Tfotjwh,并且沿著通道58Β從變換器46Β到變換器46Α的聲學(xué)信號傳輸時(shí)間表不為TFU)W—Β —Α。
[0115]圖21僅不出了測量從變換器46Α到變換器46Β的聲學(xué)信號傳輸時(shí)間時(shí)的信號通道。該信號傳輸時(shí)間通過發(fā)送傳輸信號208到變換器46Α而決定。該傳輸信號208具有初始的信號特征，其限定了傳輸信號的開始。該信號特征輸入到定時(shí)器202，并且限定時(shí)間測量的開始。傳輸信號208傳輸?shù)阶儞Q器46Α,其通過傳輸聲學(xué)信號到變換器46Β進(jìn)行響應(yīng)。變換器46Β轉(zhuǎn)換該聲學(xué)信號為輸入到定時(shí)器202的電信號，并且限定時(shí)間測量的結(jié)束。從變換器46Α到變換器46Β傳輸聲學(xué)信號時(shí)的測量時(shí)間為
[0116]Tab = [ ( δ TA+Tflow a — B+ δ RB)]
[0117]然后，該程序在如圖22所示的相反信號方向上重復(fù)。從變換器46Β到變換器46Α的聲學(xué)信號傳輸時(shí)間通過發(fā)送傳輸信號208到變換器46Β而決定。該傳輸信號208具有初始信號特征，其限定了傳輸信號的開始。該信號特征輸入到定時(shí)器202，并且限定時(shí)間測量的開始。傳輸信號208傳輸?shù)阶儞Q器46Β,其通過傳輸聲學(xué)信號到變換器46Α進(jìn)行響應(yīng)。變換器46Α轉(zhuǎn)換該聲學(xué)信號為輸入到定時(shí)器202的電信號，并且限定時(shí)間測量的結(jié)束。從變換器46Β到變換器46Α傳輸聲學(xué)信號時(shí)的測量時(shí)間為
[0118]Tba = [ ( δ TB+TFL0W—B — a+ 3 RA)]
[0119]然后，上游和下游方向上的聲波傳播方向之差測量為
[0120]AT = Tab-Tba
[0121 ] = [ ( δ TA+Tflow a — β+ δ RB) ] - [ ( δ ΤΒ+Τ_ Β — Α+ δ RA)]
[0122]= (Tflow a — B-Tfloo — Α) + (( δ TA+ δ RB) - ( δ TB+ δ RA))
[0123]— (Tflow a — b_TFLow_b - a) +Χ
[0124]其中X是校準(zhǔn)常數(shù)。
[0125]為了計(jì)算校準(zhǔn)常數(shù)，本發(fā)明提供另外的測量，而不采用變換器46Α、46Β。該方面如圖23所示。本發(fā)明在旁通傳聲波變換器46Α、46Β的可選擇信號通道上轉(zhuǎn)換，以允許測量電路時(shí)間延遲。如果變換器46Α、46Β從電路中轉(zhuǎn)換出去，而延遲通道SC轉(zhuǎn)入，則當(dāng)變換器46Α構(gòu)造為傳輸變換器時(shí)，下面的等式成立:
[0126]Vcalibrat1n = [ ( δ TA+ δ C+ δ RB)]
[0127]該系統(tǒng)構(gòu)造如圖24所示。
[0128]類似地，如果變換器46a、46B被轉(zhuǎn)出電路，并且延遲通道δ C轉(zhuǎn)入，則在變換器46Β構(gòu)造為傳輸變換器時(shí)，下面的等式也成立:
[0129]TBA calibrat1n = [ ( δ TB+ δ C+ δ RA)]
[0130]該系統(tǒng)構(gòu)造如圖25所示。
[0131]于是，這些校準(zhǔn)測量可用于與聲學(xué)信號傳輸時(shí)間測量結(jié)合，以從聲學(xué)信號傳輸時(shí)間的估算中消除電路延遲S TA、δΤΒ、5RA, δ RB，從而可精確地決定這些傳輸時(shí)間。
[0132]測量過程如下:
[0133]1.測量系統(tǒng)200首先構(gòu)造為如圖21，以測量Tfot Α — Β。
[0134]2.測量系統(tǒng)200然后構(gòu)造為如圖22，以測量Τ_ Β —Α。
[0135]3.測量系統(tǒng)200然后構(gòu)造為如圖24，以測量





ΤβΑ—Cal i brat 1n°
[0136]4.測量系統(tǒng)200然后構(gòu)造為如圖25，以測量





Tab—Cal ibrat i on。
[0137]于是，結(jié)合四個(gè)系統(tǒng)測量來決定結(jié)果(T_ A —B_T_ B —A)。
[0138]如果校準(zhǔn)時(shí)間從流動測量時(shí)間減去，則結(jié)果為
[0139]Tab-VCalibratim = [ ( δ ΤΑ+Τ_—Α — Β+ δ RB) - ( δ TA+ δ C+ δ RB) ] = [Tflow a — Β_ δ C]
[0140]TBA-VCalibrat1n = [ ( δ TB+Tfloo — Α+ δ RA) - ( δ TB+ δ C+ δ RA) ] = [Tfloo — Α_ δ C]
[0141]傳輸時(shí)間上的差值然后決定為
[0142](Tab_Tab—Calibrat1n) - (TBA-TBA—Calibrat1n) — [TFL0W—Α — Β_ δ C]_ [TFL0W—β — Α-δ C] — [TFL0W—
A — B-Tfl0WB — A]
[0143]在上面的公式中可見，電子電路延遲時(shí)間已經(jīng)從時(shí)間聲學(xué)信號傳輸時(shí)間測量中去除，并且精確確定了信號傳輸時(shí)間測量上的差值。采用高速計(jì)算機(jī)技術(shù)，校準(zhǔn)可實(shí)時(shí)發(fā)生，或者可以預(yù)定的間隔監(jiān)測校準(zhǔn)。
[0144] 本發(fā)明在另一個(gè)方面中提供管路中流動的流體速度的進(jìn)一步測量方法。在聲學(xué)傳輸時(shí)間技術(shù)測量管路中流速的傳統(tǒng)應(yīng)用中，通常采用單一通道技術(shù)或交叉通道技術(shù)。這些應(yīng)用完全依賴于管子或壓力。單一通道技術(shù)假設(shè)在管子中心線周圍的對稱速度分布，具有彼此相對且偏置的頂部和底部聲學(xué)變換器。交叉通道技術(shù)用于速度分布在管子中心線周圍不是對稱的情況。在該交叉通道技術(shù)中，采用兩對彼此面對且偏置的頂部和底部聲學(xué)變換器，并且它們的聲道與管子中心線相交。很多流量計(jì)應(yīng)用不僅要求檢測流量計(jì)實(shí)時(shí)失效的能力，而且要求記錄流動測量的能力，而不損壞數(shù)據(jù)的連續(xù)性。這是對稅收應(yīng)用儀表的特定要求，具有很強(qiáng)的質(zhì)量要求。它也應(yīng)用于遠(yuǎn)程設(shè)置的并且需要花時(shí)間以開始工作的儀表。因此，聲學(xué)變換器在非對稱速度分布中的失效會導(dǎo)致不正確的讀數(shù)，這是因?yàn)樗纬傻膯我煌ǖ兰夹g(shù)僅在對稱速度分布中提供正確讀數(shù)。
[0145]在圖26和27中，示出了管子250，流體在方向251上流過其間。四對聲學(xué)變換器252,254 ;256、258 ;260、262 ;和264,266等間隔的布置在管子250周圍。聲學(xué)變換器的定位不限于等間隔的布置，而是可替代為根據(jù)適當(dāng)?shù)囊蠖ㄎ弧Ｂ晫W(xué)變換器的對數(shù)可變化，但是必須至少提供三對。上游和下游聲道270-276都通過沿著管子250的中心軸線280的中心點(diǎn)278。因此，沿著四個(gè)通道270-276進(jìn)行的測量可增加精度。如果聲學(xué)變換器252-266之一失效，則測量仍可用其余的聲學(xué)變換器執(zhí)行。該失效可被檢測到，并且該失效的聲學(xué)變換器在方便的時(shí)候可以進(jìn)行更換。
[0146]本發(fā)明的該方面提供至少三個(gè)設(shè)置在管子250的中心線280周圍的單一或相交通道。該方法提供至少三個(gè)獨(dú)立的流量計(jì)，其通過管子250上的聲學(xué)變換器的協(xié)同運(yùn)行對形成。結(jié)果是允許對獨(dú)立流量計(jì)的任何一個(gè)失效的實(shí)時(shí)檢測，而且能夠保持流量測量直到糾正錯(cuò)誤。為了采用其它的測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)該效果，例如，磁流量計(jì)可要求沿著管子的截面串聯(lián)安裝的三個(gè)儀表。
[0147]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的是，圖26和27所示的實(shí)施例可容易地結(jié)合在圖1至26所示的實(shí)施例中。
[0148]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選的方面，并且為此引用包括在附圖中的圖28至35，在下文稱為飛行時(shí)間或傳輸時(shí)間的測量設(shè)備設(shè)置在恰好為控制閘門500或側(cè)面的上游?？刂崎l門500可為本 申請人:的澳大利亞專利No，2001283691所指出的類型，正如本說明書中前面所指出和所描述的那樣。
[0149]如圖28和29所示，優(yōu)選測量設(shè)備采用任意橫截面的管道600的形式，但更優(yōu)選的是圓形，如圖29所示，或者是平行六面體形狀，如圖28所示，管道600的橫截面與固定的或可移動的控制閘門500或流動的框架相關(guān)聯(lián)。
[0150]在圖28至36中，示出了控制閘門500，其設(shè)置在管道內(nèi)，例如為灌溉通道(未示出)，控制閘門的功能是允許水流受控通過通道。控制閘門500包括門葉501，其滑動在框架502內(nèi)?？蚣?02具有外部框架構(gòu)件，外部框架構(gòu)件可永久地固定到灌溉渠或管道的底板和側(cè)面，并且具有內(nèi)部框架構(gòu)件，內(nèi)部框架構(gòu)件滑動在外部框架構(gòu)件內(nèi)。內(nèi)部框架構(gòu)件可連接到外部框架構(gòu)件，并且可與其分開，對在灌溉通道的底板和側(cè)面進(jìn)行土建工作沒有要求。該類型的內(nèi)部/外部框架機(jī)構(gòu)在本 申請人:的國際(PCT)專利申請N0.PCT/AU2001/001036中進(jìn)行了進(jìn)一步詳述，其內(nèi)容通過引用包括在此。門葉501可由任何已知類型的升降機(jī)構(gòu)503升起或降落，例如本 申請人:的國際專利申請N0.PCT/AU2010/000115中所示和所述的那樣。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于僅用于這樣的流動或控制閘門。
[0151]典型的安裝涉及具有相關(guān)測量設(shè)備600的控制或流動閘門(任何給定的類型)，相關(guān)測量設(shè)備600以任何已知的方式且采用任何已知的方法連接到管道或管子的上游進(jìn)口，例如，位于溝渠或水庫等水道。在可選擇的安裝中，可在整個(gè)流量計(jì)組件的上游和下游端二者或側(cè)部提供管道連接裝置，如該說明書中前面所述的那樣。
[0152]管道500具有與其相關(guān)聯(lián)的聲學(xué)變換器46,用于聲學(xué)束的產(chǎn)生,該聲學(xué)束橫過通過管道500的流動。
[0153]應(yīng)當(dāng)理解的是，常規(guī)的或傳統(tǒng)的傳輸時(shí)間流動測量設(shè)備為了它們的運(yùn)行已經(jīng)規(guī)定了測量裝置上游和下游二者的條件，以便保證對所述流動有最小的干擾。這些規(guī)定條件例如詳細(xì)地規(guī)定在澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS747中。
[0154]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)置方案為了其運(yùn)行依賴于通過管道的流動和橫過流體的聲學(xué)束的傳輸時(shí)間測量之間的衍生關(guān)系。該衍生關(guān)系還依賴于水位(由高程傳感器決定)和閘門位置的測量輸入。關(guān)于這一點(diǎn)，引用本 申請人:的國際專利申請N0.PCT/AU2002/000230。
[0155]實(shí)際上，橫過流動的聲學(xué)束的數(shù)量可為單數(shù)或很多，并且可展現(xiàn)為不同的方位。然而，如圖所示的優(yōu)選的設(shè)置方案包括用于圖28的平行六面體管道600的三(3)對聲學(xué)變換器46和用于圖29的圓形管道600的一(I)對聲學(xué)變換器46。
[0156]流動與傳輸時(shí)間、閘門開啟和水位之間的關(guān)系可采用流動試驗(yàn)數(shù)據(jù)推出，如本 申請人:的標(biāo)題為〃流動管理〃的國際(PCT)申請N0.PCT/AU2002/000230中所詳細(xì)說明的那樣。
[0157]該設(shè)置方案使管道600基本上固定在通道內(nèi)，同時(shí)，控制門葉501可在通道內(nèi)基本上豎直移動，從而允許通過管道600的流動變化。該設(shè)置方案利用雙密封601，詳見圖33至36，其布置在閘門500的整個(gè)周邊。該雙密封601保證了管道600與其上游和下游二者以及外部的完全密封。閘門500在門葉501的上游和下游側(cè)二者上采用平坦的面或表面，以保證通過閘門500的全部行程的位置密封。
[0158]對于常規(guī)的/傳統(tǒng)的閘閥設(shè)計(jì)，為了封閉閘門在管道內(nèi)、避免泄露的目的，整個(gè)組件中包括閥帽。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)置方案，采用前面所述的雙密封類型，不需要閥帽或等同物。
[0159]在圖37和38的實(shí)施例中，示出了具有分配器602的圖28實(shí)施例的變化。圖37具有單個(gè)分配器602，而圖38具有一對分配器602。分配器602具有多個(gè)連接在任何一側(cè)上的聲學(xué)變換器46,該側(cè)與管道600的相對內(nèi)壁上的聲學(xué)變換器46配合。由圖33可見，圖28所示實(shí)施例的聲道長度f被減小，因?yàn)閳D37所示實(shí)施例的聲學(xué)變換器會處在分配器602和在任何一側(cè)上的管道600的內(nèi)壁之間。類似地，對于圖38的實(shí)施例，聲道長度將進(jìn)一步減小，因?yàn)槁暤篱L度設(shè)在分配器602和在任何一側(cè)上的管道600內(nèi)壁之間以及在管道600中間的分配器602之間。該減小的聲道長度允許管道600長度上的減小?？删哂羞M(jìn)一步的分配器602，但是附加的聲學(xué)變換器46的成本很昂貴并且不合理。
[0160]圖39和40所示的實(shí)施例示出了具有分配器602的圖29的實(shí)施例的變化。分配器602以與圖37和38所述相同的方式運(yùn)行。再者，最終聲道長度上的減小允許管道600的長度上的減小。
[0161]圖41所示的實(shí)施例類似于圖28的實(shí)施例。兩個(gè)實(shí)施例之間的差別是傾斜滑動件或控制閘門500。向后呈角度地傾斜滑動件或控制閘門500減小了安裝該系統(tǒng)時(shí)所需的凈空高度。圖42和43涉及使用圖41實(shí)施例的分配器602并且與前述的圖37和38的實(shí)施例的運(yùn)行相同。
[0162]圖44至46示出了聲學(xué)傳輸時(shí)間流量計(jì)形式的進(jìn)一步測量系統(tǒng)的示意圖，其設(shè)計(jì)為測量不需要連接所有聲學(xué)變換器46到中心位置的連接電纜的流體流動700。圖20至25所描述的測量系統(tǒng)200要求橫過開口通道的相對側(cè)的電纜。該系統(tǒng)示出了左側(cè)河流或通道堤壩702和相對的右側(cè)河流或通道堤壩704。傳統(tǒng)上，需要穿過堤壩702、704之間的河流或渠床706的電纜。挖掘或截?cái)嗪恿骰蚯?06來設(shè)置所需的電纜可能是不可行的。該實(shí)施例允許不使用電纜或限制電纜沿著堤壩702和704的每一個(gè)進(jìn)行設(shè)置，這可易于安裝。
[0163]為了易于描述，聲學(xué)變換器46示意性地示出為連接到堤壩702、704，但是應(yīng)當(dāng)理解，它們也可包含在拾音筒盒44A中，如前面所描述的那樣，并且插入安裝在河流或通道中的流量計(jì)組件20中。
[0164]為了自身被包含，拾音筒盒44A可包含如前所述的聲學(xué)變換器46。拾音筒盒44A包含所需的電子和處理電路，并且由太陽能板708驅(qū)動。遙控?zé)o線電712允許產(chǎn)生RF信號，其可采用數(shù)據(jù)無線電天線710發(fā)送和接收。數(shù)據(jù)也可發(fā)送到用于存儲和進(jìn)一步處理的中心位置。
[0165]圖44示出了傳輸時(shí)間流量計(jì)的使用，其中傳輸時(shí)間流量計(jì)通過標(biāo)準(zhǔn)傳輸時(shí)間法測量流動。流量計(jì)由兩個(gè)或更多個(gè)拾音筒盒44A組成，它們提供自己的電源708，共享無線電通訊連接、聲學(xué)變換器46和同步無線電信號，同步無線電信號用于同步每個(gè)拾音筒盒44A中的信號采樣系統(tǒng)時(shí)鐘。
[0166]為了最小化，安裝兩個(gè)拾音筒盒44A-在每個(gè)堤壩702、704的任何一側(cè)上安裝一個(gè)。也可如圖44所示安裝四個(gè)拾音筒盒44A，每側(cè)兩個(gè)以提供標(biāo)準(zhǔn)的交叉通道測量設(shè)置方案。也可采用更多的拾音筒盒對，以在流動通道內(nèi)提供附加的速度信息。
[0167]拾音筒盒對44A作為選擇用作聲學(xué)發(fā)送器和聲學(xué)接收器。例如，成對的拾音筒盒714用作發(fā)送器，而拾音筒盒716用作接收器并且接收由拾音筒盒714傳輸?shù)穆晫W(xué)信號718。拾音筒盒714在其高精度定時(shí)電路中記錄觸發(fā)事件的時(shí)間，而拾音筒盒716在其高精度定時(shí)電路中記錄接收事件的時(shí)間。每個(gè)拾音筒盒中的定時(shí)電路是高速二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其初始化到零值，然后向上執(zhí)行計(jì)數(shù)。這些計(jì)數(shù)器中的每一計(jì)數(shù)在10微微秒周期中更新，從而單一計(jì)數(shù)器的增量表示10微微秒的持續(xù)時(shí)間。傳輸事件由拾音筒盒714中的電路捕獲，并且該時(shí)刻上的時(shí)間計(jì)數(shù)值存儲在拾音筒盒714中的寄存器中。接收事件由拾音筒盒716中的電路捕獲，并且該時(shí)刻上的時(shí)間計(jì)數(shù)值存儲在拾音筒盒716中的寄存器中。然而，拾音筒盒714中的計(jì)數(shù)器與拾音筒盒716中的計(jì)數(shù)器不同步，從而拾音筒盒716和拾音筒盒714中存儲的寄存器值之間的時(shí)間差是不確定的。為了同步每個(gè)拾音筒盒中的時(shí)間寄存器值，在觸發(fā)脈沖前，從拾音筒盒714到拾音筒盒716傳輸RF同步脈沖。該RF脈沖以光速(3X108m/s)傳播在兩個(gè)拾音筒盒714、716之間，意味著IOOm的拾音筒盒間隔流逝的時(shí)間為333ns。該RF脈沖被拾音筒盒714、716中的兩個(gè)定時(shí)系統(tǒng)捕獲，并且提供共同的時(shí)間標(biāo)簽，用其作為兩個(gè)拾音筒盒定時(shí)電路內(nèi)的開始事件和接收事件的基準(zhǔn)。于是，通過從接收事件時(shí)間減去觸發(fā)事件時(shí)間計(jì)算聲學(xué)傳輸時(shí)間。然后，拾音筒盒714、716交換角色，發(fā)送器拾音筒盒714變?yōu)榻邮掌魇耙敉埠?，反之亦然。然后，?jì)算相反方向上的聲學(xué)傳輸時(shí)間，允許記錄不同的傳輸時(shí)間且用于推論通過通道的流速。
[0168]圖45用激光系統(tǒng)取代了圖44的RF系統(tǒng)。然后，同步脈沖激光無線電720 (圖47)可用作替代品。拾音筒盒44A示出了兩個(gè)選項(xiàng)，但是應(yīng)當(dāng)理解，該系統(tǒng)可僅與這些選項(xiàng)其中之起運(yùn)行。
[0169]本發(fā)明應(yīng)理解為包含很多進(jìn)一步的修改，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員可易于理解，并且應(yīng)看作落入本發(fā)明的寬泛的范圍和界限內(nèi)，這里僅借助于示例闡述了本發(fā)明的主要性質(zhì)和特定的實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種傾斜升降閘門組件，包括閘門構(gòu)件和至少一個(gè)延伸件，該閘門構(gòu)件可從豎直關(guān)閉位置直到基本上水平設(shè)置升起和降落，所述閘門構(gòu)件在其頂端可樞轉(zhuǎn)地安裝到用于從豎直關(guān)閉位置到基本上水平設(shè)置向內(nèi)拉動所述閘門構(gòu)件的機(jī)構(gòu)，該至少一個(gè)延伸件從所述閘門構(gòu)件突出，其樞轉(zhuǎn)點(diǎn)設(shè)在所述至少一個(gè)延伸件的端部，所述樞轉(zhuǎn)點(diǎn)與向下傾斜引導(dǎo)裝置配合，從而所述閘門構(gòu)件的運(yùn)動不越過所述向下傾斜引導(dǎo)裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的傾斜升降閘門組件，其中一對延伸件設(shè)置在與各向下傾斜引導(dǎo)裝置配合的所述閘門構(gòu)件的每一側(cè)上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的傾斜升降閘門組件，其中所述傾斜升降閘門組件設(shè)置在開口流體通道中，所述至少一個(gè)延伸件基本上設(shè)置在所述流體的深度的三分之二的位置。
4.一種在管路或開口通道中測量流速的方法，所述方法包括如下步驟:提供定時(shí)電路，其包括具有至少一個(gè)上游聲學(xué)變換器的第一電路和具有至少一個(gè)下游側(cè)聲學(xué)變換器的第二電路；從所述第一電路測量從所述至少一個(gè)上游聲學(xué)變換器至所述至少一個(gè)下游聲學(xué)變換器在檢測聲學(xué)信號上的時(shí)間延遲；從所述第二電路測量從所述至少一個(gè)下游聲學(xué)變換器至所述至少一個(gè)上游聲學(xué)變換器在檢測聲學(xué)信號上的時(shí)間延遲；當(dāng)所述至少一個(gè)上游聲學(xué)變換器旁通在所述第一電路中時(shí)，測量所述第一電路中的時(shí)間延遲；當(dāng)所述至少一個(gè)下游聲學(xué)變換器旁通在所述第二電路中時(shí)，測量所述第二電路中的時(shí)間延遲；以及采用所述測量計(jì)算流速。
5.一種管 路的聲學(xué)流量計(jì)組件，所述組件包括至少三對聲學(xué)變換器，所述聲學(xué)變換器的每一對設(shè)置在所述管路的相對側(cè)，并且沿著所述管路縱向偏移，以提供上游和下游變換器，每對聲學(xué)變換器在使用中具有它們的在沿著所述管路軸線的點(diǎn)上相交的聲學(xué)通道，從而如果所述聲學(xué)變換器之一失效的話，則在測量通過所述管路的流動中提供冗余。
6.一種升降閘門組件，包括閘門構(gòu)件，其與框架相關(guān)聯(lián)，并且可在各自的關(guān)閉和開啟構(gòu)造之間上升和/或下降，所述框架具有與其相關(guān)聯(lián)且在其上游的用于測量流體傳輸轉(zhuǎn)換的設(shè)備，所述設(shè)備為管道形式，具有與其相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)相對成對的聲學(xué)變換器或等同物。
7.如權(quán)利要求6所述的組件，其中該閘門構(gòu)件包括圍繞其整個(gè)周邊設(shè)置的雙密封件。
8.如權(quán)利要求6或7所述的組件，其中所述管道具有圓形或平行六面體的截面。
9.如權(quán)利要求8所述的組件，其中所述截面是正方形或矩形。
10.如權(quán)利要求6至9任何一項(xiàng)所述的組件，其中所述閘門構(gòu)件和所述框架基本上垂直定向。
11.如權(quán)利要求6至9任何一項(xiàng)所述的組件，其中所述閘門構(gòu)件和所述框架呈角度或相對于所述管道傾斜。
12.如權(quán)利要求6至11任何一項(xiàng)所述的組件，還包括在所述管道內(nèi)的分配器，所述分配器具有與其相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)相對成對的聲學(xué)變換器或等同物，以與所述管道上的所述一個(gè)或多個(gè)相對成對的聲學(xué)變換器配合。
13.如權(quán)利要求6至11任何一項(xiàng)所述的組件，其中多個(gè)分配器設(shè)置在所述管道內(nèi)，每個(gè)分配器具有與其相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)相對成對的聲學(xué)變換器或等同物從而與所述管道上的所述一個(gè)或多個(gè)相對成對的聲學(xué)變換器和/或相對分配器上的聲學(xué)變換器配合。
14.一種用于在開口通道或河流中測量聲音傳輸時(shí)間的方法，所述方法包括如下步驟:在所述開口通道或河流一側(cè)上提供具有至少一個(gè)上游聲學(xué)變換器的第一電路和在所述開口通道或河流的相對側(cè)上提供具有至少一個(gè)下游聲學(xué)變換器的第二電路，所述第一和第二電路包括彼此不同步的各自的定時(shí)電路，所述定時(shí)電路的每一個(gè)測量它們各自的信號傳輸和接收情況，所述第一或第二電路的至少一個(gè)包括RF或激光，以在所述第一和第二電路之間提供同步信號，在所述第一和第二電路之間在從所述聲學(xué)變換器其中之一傳輸聲學(xué)信號之前， RF或激光同步信號傳輸在第一和第二電路之間，從而所述RF或激光同步信號允許在所述聲學(xué)信號的所述第一和第二電路的各自的定時(shí)電路之間同步。
【文檔編號】E02B7/40GK104075757SQ201410186961
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2010年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2009年8月18日
【發(fā)明者】D.J.奧格頓, D.V.皮爾遜 申請人:魯比康研究有限公司