多普勒超声波流量计在排水管网流量监测中的应用

一、目的：

实现城市地下管网在线式视频监控,为管道排污追源提供及时便捷的追查手段,同时对排污等违法行为提供监控预警和取证。二是管理人员、巡查人员能够通过移动终端查看实时视频,实现随时随地监控管道排污状况,可智能分析人员轨迹,辅助河道巡查考核,辅助违法抓拍。三是可通过视频监控手段,加以智能化分析,在末端截污、点位治理、源头治理、河道系统治理上形成高效、可视化、平台化、信息化的治理方法,为滇池保护治理提供有针对性的决策依据。

二、整体系统

据现场人员反馈，需要对现场的各个排污口进行监测，管网中采用多普勒超声波流量计，同时监测水位，流速，流量，水质（pH、溶解氧、电导率、浊度、水温、COD、氨氮等），统一连接遥测终端机，遥测终端机插卡或者有线上传至云平台，在微信端或者电脑端可随时共享数据。

供电：建议采用锂电池供电系统或者是太阳能供电。5分钟上传一次数据的话，锂电池可以满足连续2-3个月供电。太阳能供电适合一些长期监测的场合，可满足连续阴雨天一个月的情况下数据正常供电。

三、方案整体由以下几个部分组成：

1.AMT-LSX-1多普勒超声波流量计探头：该探头可同时测量水位、流速、流量、水温。

2.水质传感器：pH、溶解氧、电导率、浊度、水温、COD、氨氮等。

3.AMT-RTU-1遥测终端机：该遥测终端机主要功能是将各个测量点的流速流量信息进行汇总计算，通过GPRS无线网络发送到服务器，可以通过云平台（免费）或者数据接收软件（收费、且要求客户有固定IP的服务器）查看实时的水位、流量信息。（也可以采用DX100C通用型数字控制器）

4.太阳能电池板和蓄电池：主要用于传感器探头和遥测终端机供电，一般采用38AH/12V蓄电池和40W太阳能电池板供电，默认5分钟采集一次。

5.镀锌钢管：用于线缆走线。

6.设备机箱：用于放置控制器、电池、充电器、信号防雷器等。

7.安装支架：用于将流量计探头固定于渠道内部。

8.其他必要设备（电源，地笼，基础等）。

9.云平台

四、硬件产品的参数极其性能指标：

1、多普勒超声波流量计

多普勒超声波流量计测量原理：

多普勒超声波流量计流速测量基于多普勒效应，探头斜向上发出一束超声波，超声波在流体中传播，流体中会含有气泡或者颗粒等杂质（可以认为流体中的杂质和水流的速度一致），当超声波接触到流体中的杂质时会使反射的超声波产生多普勒频移Δf， 多普勒频移Δf正比于流速。通过测量多普勒频移Δf即可测量出流体的流速。

多普超声波流量计采用速度面积法测流，利用超声波流速传感器测量流速V，利用压力式水位计测量水位H，预先在控制器设置的渠道参数，控制器可以利用水位自动换算出过流面积S，流体的流量公式为：

Q= V×S

其中V- - - -流速 S- - - -过流面积Q- - -瞬时流量

由于采用了速度面积法测流，其可以适用于任何形态的断面。

优点：

（1）测量精度高，流速精度可达测量流速的±1%。

（2）采用速度面积法测流， 可以适用于各种形态断面或者非规则断面的水流量测量 。使用简单，只需要将设备固定在渠道里面即可完成测量。

（3）能够测流低至2cm/s的流速，是其他流量传感器无法实现的。

（4）无水头损失，不会对水流造成阻碍。

（5）设备整体高度3CM，只需要最低水位3CM就可以监测。

产品特点：

Ø 宽量程：0.02-5m/s(流速)

Ø 分辨率可达1mm/s（流速）

Ø 高响应时间，打破以往需要长时间才能得到流速流量的，测量结果时时刷 新。

Ø 速度面积法流量测量，适合满管及非满管，可自由设定断面水位关系。

Ø 内部自带高精度温度传感器可用于水温测量和声速补偿。

Ø 流体力学外壳设计，对水体流态影响小，不影响测量精度。

Ø 防腐蚀外壳设计，能够在恶劣环境下长期工作。

Ø 可提供瞬时流量值和累积流量值。

Ø 无机械转动部件，不存在泥沙堵塞或水草、杂物缠绕等问题，最适用于泥沙悬浮物含量高，水草等漂浮物多的河流中测量。

Ø 测量线性，出厂已校准长期使用也无需校准。

Ø 配有数据接收软件，可读取实时数据和累计数据。

技术参数：

流速：

测量范围：0.02-5m/s

精度：1.0%±1cm/s

分辨率：1mm/s

水深：

测量范围：0m-10m

精度：±1cm

分辨率：1mm

温度：

测量范围：-10℃-60℃

精度：±0.5℃，

分辨率：0.1℃

流量：

测量范围：0.001m³/h-999999999 m³/h（根据断面可以增加）

精度：±3%（根据断面流态有所不同）

分辨率：0.0001 m³/s

电源：直流10V-24V

工作电流：12V 小于0.1A

输出信号：RS485（Modbus-RTU）

存储容量：2M（可扩展）

防护等级：IP68

工作温度：0℃-60℃（不结冰）

存储温度：-10℃-70℃

设备材质：灰色PVC

2、遥测终端机

通信功能：支持GPRS，短消息，卫星，433，以太网等多种通信方式。

工作模式：支持实时在线以及定时唤醒等工作方式。

采集功能：水位，雨量，温湿度，水文，流速，流量，风速风向，闸位，电池电压等数据，其它传感可定制。

图片抓拍功能：支持4个工业相机抓拍上传。

远程管理功能：支持远程配置，远程升级，远程重启等远程维护功能。

报警功能：水位雨量，门限报警。

存储功能：自带flash存储以及TF卡，可永久存储历史数据，掉电不丢失。

本地配置：本地支持USB以及WIFI配置，数据查询，历史数据导出。

支持多3个中心，可实现“一包多投”功能

支持最高256GB容量TF卡，可作为海量数据存储器使用。

宽电压设计，具有反接保护和短路保护功能。

所有输入输出端口采用抗雷击设计，可省缺外置防雷保护模块。

支持主备信道切换，以及GPRS短信同时上报（短信内容格式可定制）。

安全报警功能：支持柜门开启报警

硬件配置：2路RS485接口，1路TTL串口（可用作IO接口，外接单总线温湿度传感器，控制继电器等），SDI接口，1路IO接口，1路脉冲输入接口，1路脉冲雨量计接口，2路模拟量4-20mA接口，1路以太网接口（可外接多种转换模块），2路12V可控电源输出，1路5V可控电源输出。

存储容量：16M，支持最大256G TF卡。

供电电压：6-24V。

功 耗 ：待机电流<1Ma(12V)。

工作电流<6Ma(12V)。

工作环境：温度-30~60℃，湿度：<95%(无凝露)。

五、管道安装示意图：

安装注意事项：将探头固定在L型支架上，把L型支架放入管道内部探头正对水流方向，对于环境比较恶劣的场合L型支架相应更改形态，避免横穿管道。

六、主要设备技术参数：

1.PH传感器技术参数

量程范围：0～14pH

分辨率：0.01pH

精度： ±0.1pH

工作温度： 0～65℃

工作压力： ＜0.2MPa

温度补偿： 自动温度补偿(NTC)

供电： 12VDC～24VDC ±10%

信号输出： RS-485(Modbus/RTU)

安装方式： 浸入式安装，3/4" NPT螺纹

线缆长度： 5米，其它长度可定制

校准方式： 两点校准

功耗： ＜0.5W

2.氨氮传感器

测离子铵氮NH4+

（离子选择电极法，免药剂）

- 0~100.00mg/L NH4-N

- 精度：测量值的±10%，或者±

2mg/L，以大者为准

- 内置温度补偿

- 信号输出：Rs-485 （Modbus/RTU）

- 线缆长度可选

- 防护等级IP68

3.COD传感器技术参数

测量原理： 双波长紫外吸收法

COD量程范围： 0-100mg/L equiv. KHP

COD精度： ±5%F.S.

COD分辨率： 0.1mg/L

浊度量程范围： 0-100NTU

浊度精度： ±5%F.S.

浊度分辨率： 0.1NTU

校准方式： 两点校准

输出方式： RS-485总线，Modbus/RTU协议

电源： 12～24VDC±10%

功耗： <0.5W

工作条件： 0～45℃、<0.2MPa

存储温度： -5～65℃

防护等级： IP68

安装方式： 浸入式安装

线缆长度： 5米，其它长度可定制

传感器外壳材料： POM和316L不锈钢

4.一体式污泥浓度传感器

电源:12VDC

尺寸:直径60mm×长度 256mm

重量:1.65Kg

材料:机身：SUS316L（普通版），钛合金（海水版）；

上下盖：PVC ；

线缆：PVC

防水等级:IP68/NEMA6P

测量范围:0.01～20000 mg/L、0.01～45000 mg/L 、0.01～120000 mg/L

测量精度:小于测量值的±5%（取决于污泥同质性）

流速:≤2.5m/s、8.2ft/s

压力范围:≤0.4MPa

存储温度:-15～65℃

测量环境温度：0～45℃

校准：样品校准、斜率校准

电缆长度：10米，其它长度可定制

七、云平台

云数据展示平台：主要用于展示各个站点的水位、流速、流量等信息。其功能为：站点的管理，全部站点实时数据的查看，单个站点的实时数据、历史数据、报表、曲线、历史数据导出、历史曲线的导出。该平台可以免费使用，如需自建平台可以对数据进行解析。遥测终端机支持的协议是SL651-2014 水文通讯规约。