ATV水下超声波声层析断面流量计

◆测量原理

声波在水中具有优越的传播特性，在地表水中是能量和信息远距离传递的最有效辐射形式。由于水体的层化、峰面、内 波、反射、散射、吸收、水面与水底边界都对传播都有影响，因此声波在水中传播过程中就携带着大量传播途径信息，通过对 声学信号的频率、相位、时间、多途结构等特征分析，可以推算出很多水体信息。

声学层析技术是一种反演观测方法，可以利用声波辐射从不同角度穿透被测介质，通过测量其吸收与传播时间等特性 的差异来反演被测介质属性。利用这一技术测量出的传播时间变化来反演流场参数。

◆主要特点

▶ 测量参数：流速、流量、水位、过水面积、水温、电导率等；

▶ 主、从机分别安装在左、右岸固定地点；

▶ 采用北斗授时同步；

▶ 主、从机自组网无线数据链；

▶ 专用声学编码与专用驱动电路；

▶ 层析反演算法；

▶ 声纹识别验算；

▶ 主、从机均有声波接收实时显示图；

▶ 主、从机均有完整的设置菜单和操作按键；

▶ 主、从机为IP65铝壳结构，工业化的产品设计；

▶ 内置50点基底高程设置；

▶ 主要声学组件：超声波换能器在水下与水流方向呈45°角左、右岸布设；

▶ 主、从机为7寸彩色液晶显示，内置4G全网通组件，直传水利平台；

▶ 可以测量零流、低流；

▶ 获：多项专利和软著;

▶ 获：广东省水文局《关于潮安水文站声层析流量计投入使用的批复》;

▶ 入选《全国水利系统招标产品重点采购目录》

◆应用场景

水文、水利、环保等部门在江、河断面、国考断面流量测量，适用于50米-1000米河宽工况下使用。

◆ 技术参数

断面流量常用测量方法

对于宽断面、低流速的测量断面来说，流量测量一直存在较大的问题，要即能满足上述测量要求的情况下，还在注意安装简单、注重测量的实时性、不干扰河道正常使用。ATV声层析断面流量就是基于上述定义设计一款专用产品。

方案简介

声学技术原来在海洋环境观测中占有重要一席之地，随着应用的拓展，在其他水体的测量中也成为了重要手段之一。声学层析技术，特别是15-88K频率声层析的应用，也从河口海岸转到地表水、地下水等水体测量中。

ATV声层析断面流量计利用水下声学互易传输（也称双向声传输）进行声层析（温流）反演计算，利用傅里叶模型对声速、温场、流场进行二维重建。

声波在水中具有优越的传播特性，在地表水中能量和信息远距离传递的有效辐射形式。由于水体的层化、峰面、内波、反射、散射、吸收、水面与水底边界都对传播都有影响，因此声波在水中传播过程中就携带着大量传播途径信息，通过对声学信号的频率、相位、时间、多途结构等特征分析，可以推算出很多水体信息。

层析技术是一种反演观测方法，可以利用声波辐射从不同角度穿透被测介质，通过测量其吸收与传播时间等特性的差异来反演被测介质属性。声层析就是利用这一技术，利用测量出的传播时间变化来反演温度场和流场参数。反演中会考虑到温、盐、深的参数变化。

断面流量的测量只需要关键的流速数据，所以并不需要得到准确各剖面的流场分布，所以无需通过多维监听声学数据来进行反演。依靠两点的声学直达波与多途波混响互易时间变化，就可以反演出二维的断面平均流速。利用这种高频度（1秒交叉互易一次）互易传输声层析原理，可以在有限的投资下，实现快速测量，系统小测量周期：5秒。

超声波信号从主机发出后，在65度夹角范围内，声学直达波与多途波混响，被从机获取到完整的信号；互易后，从机声波经由同样通道声波，被主机接收到的；声信号基本可以完整反映出整个过水断面的流速场属性，代表着过水断面的平均声学特性。来回的声音信息通过层析反演出来时间变化数据，从而换算出断面平均流速值。（如下图所示：）

2.2其他特殊算法

数据池管理：根据安装实际案例的应用经验，我们发现了很多实用算法

备胎算法：主机内置有：强大的自学习能力。在测量品质（声波：特征匹配）达到所设定的阈值情况下，设备会不断学习流速、流量与水位关系，并长期记录适配下来。在测量品质低于所设定值的状态下，且持续时间达到所设定时长，设备会按照自学习的数据进入自动修正模式。

产品构成

3.1基本构成件

1：供电系统，可市电，可太阳能（主站、从站各一）

注：太阳能电池板：200W，电池：150AH

2：主站系统、从站系统

3：附件：超声波水位计、水温电导传感器与安装支架（主站侧）

4：户外仪表箱（主站、从站各一）

5：基座，可水泥基、可钢构（主站、从站各一）

3.2核心组件

1：ATV主机、ATV从机

7寸大屏彩色液晶显示器的应用，让波形图、菜单具有更佳的人机交互体验；

2：5G频段的宽带天线（无线数据链专用）

远距离无线高速数据链：新型网桥的应用，让通信距离拓展到5公里，5.8G的工作频率，主、从机的数据无错通信容量达到了每5秒（测量值刷新一次的周期）38K。这一技术不依赖公用通信4G5G机站，让装置独立运行，无通信费用。

3：安装支架（含声呐换能器）

换能器

40KHZ:适用20-500米

25KHZ:适用500米以上

4：GPS北斗双模定位与高精度授时天线

高精度授时与定位：通过北斗/GPRS/格洛纳斯三模高精度授时，让主、从机同步精度控制在20纳秒以下，满足时差法测量同步要求。

5：4G NB物联网通信天线

内置物联网模块，支持4G/GPRS通信，内置全网通插槽,4G的LET UE-CAT.1模组的应用，极为方便地将数据上传到澳泰云平台或者第三方云平台；

6：超声波水位计

一体式超声波水位计12VDC供电、RS485通信到主机，按安装点的高程设定安装高度，直接获取水位高程信号。水位高程数据的获取，将与基底高程数据合并计算出过水面积，从而将流速值转换流量值；

7：水温/电导率计

外挂水温与电导率传感器，可准确换算水下声速。

产品功能简述

4.1基底高程

ATV可以生成50点的纵断面描述数据，分别输入各点的离岸距离数据（通常是从左岸向右岸开始描述）和相应的水下地形高程数据。河流断面的基底高程是各类河道测量流量的需要参数，通过对高程水位的测量与断面地形才能计算出过水面积，然后与仪器设备测量出的流速数据进行乘法运算，计算出流量数据。

4.2通信终端

物联网多功能显示终端（以下简称终端）需与一次仪表或数字式传感器配合使用。终端提供24V/12V电源，可给传感器供电，通过终端的传感器485接口与数字传感器通讯，可实现一终端，多数字传感器的测量系统。

终端供电电源220AC、24VDC、12VDC可选，可以使用市电或工业电源供电，或者使用各型电池或太阳能供电系统供电。终端可以非常方便与各型无线平台互联互通，如：GPRS、WIFI，将数字传感器传输的信号数据，上传至云服务器端。

工作原理

通过通信接口或AD采集获取输入信号，信号解析获取测量值，将测量值通过液晶屏显示，同时将信号通过GPRS将信号上传至云端。

主要技术参数

使用条件：环境温度：0~50℃；相对湿度：£90%RH ；

电源电压：90～265VAC或24±10%VDC或12±10%VDC；

准确度： ±0.5%F.S+1字 ；

输入特性：电流型：输入阻抗 <300W；

输出特性：

继电器容量：0.5A/240V AC，阻性；

电流型变送器输出负载阻抗：<600W ；

电源输出：12±10%V DC / 30mA；

功耗：<5W；

方案优势

1：主、从机双机数据链自主组网交互，不依赖公网与机站；

2：数据上传通过公网，公网故障时还可以选择北斗短报文通讯（RDSS）；

3：可以实时在第三方大型显示平台显示；

4：可以带多台物联网多参数显示终端，实时显示数据；

5：可以带电话语音示警、短信示警、电邮示警功能；

6：可适用在小流量、零流量、负流量的工况下使用；

7：很强的实时测量性，快测量周期：5秒；

8：按工业仪表设计标准，具有很强的搞干扰、防雷能力。

方案配置

集成商供应范围