超声波明渠流量计设计

【摘要】：内蒙古自治区的河套灌区，热量充足，但降雨量少，蒸发量大。灌区年引黄河水量非常大，同时存在引水渠宽、水流泥沙含量大的特点，这增加了灌区用水流量监控的难度，不利于明渠流量的准确检测。本课题以水利系统测控技术为应用领域，以明渠小流量实时检测为背景，研究如何对河套灌区明渠的用水量进行有效监测。 本设计从工程实际应用出发，采用ARM Cortex-M4核心芯片开发基于时差法的超声波明渠流量计，设计了超声波信号激励、信号处理电路以及温度检测电路等。超声波探头产生的信号在明渠的水流中传播，利用信号处理电路，对回波信号进行放大、滤波和检波等处理；单片机根据接收到的信号，读取超声波顺流传播时间和逆流传播时间，求取时间差，再根据温度补偿后的声速值和检测的明渠高度值，计算得到明渠的水流量；最后将测得的水流速和流量值进行实时显示。 本课题设计了超声波明渠流量计渠道实验装置，进行流量计的模拟测试。试验中将超声波发射和接收探头布设在流动的水中，模拟河套灌区的水流特点进行相关的实验研究。调试中使用高压脉冲对超声波探头进行激励，通过本设计的超声波明渠流量计处理电路和功能软件，可以得到实时的水流量数据，实现了明渠小流量的在线监测。实验验证了超声波明渠流量计的可行性，实验结果达到了预期目标。课题的研究对河套灌区量水技术的发展和水资源的节约利用有着重要现实意义。