流量計產(chǎn)生精確的薄層水流。
[0041 ]為確保水槽中水流的穩(wěn)定，減少對滾波產(chǎn)生的干擾，可以在設置多個進水口，在水 槽頂部一字型排開(一字型與水流方向垂直），使水流可以均勻的水槽中形成薄層水流。 [0042]在多數(shù)情況下，水栗輸出的水流帶有一定的脈動，如果將水栗出口（水槽的進水 口）直接設置在水槽頂部，所形成的水流會受到脈動干擾，使得水流過程不均勻，干擾薄層 水流中滾波的形成，達不到實驗的效果。因此可以在水槽的頂部水槽進水口處設置水流整 流裝置，穩(wěn)定水流。
[0043]水流整流裝置實際是一套消除供水水流不穩(wěn)定性的系統(tǒng)，可以保證出水水流過程 的穩(wěn)定性和均勻性，從而消除供水對滾波產(chǎn)生和發(fā)展過程的影響。
[0044]水流整流裝置可以是水箱，即在水槽坡面的頂部設置一個水箱，存儲一定的水量， 水箱的出水口（流向水槽的水出口）為溢流堰，利用水箱中水量的體積吸收水栗供水產(chǎn)生的 沖擊，利用溢流產(chǎn)生穩(wěn)定的薄層水流。
[0045]水箱溢流供水也存在不穩(wěn)定、水箱震動等問題，引起的水箱溢流過程的不穩(wěn)定性。 因此，還可以進一步將溢流堰改為多層整流孔板或整流管板，利用孔板或管板更進一步穩(wěn) 定輸出的水流。整流孔板就是厚度約2mm的不銹鋼板上細密的打上了直徑約1mm的過水孔， 通過多層疊加，放置水槽的進水口和溢流邊之間，以此消除水箱供水管出流過程引起的水 流波動。整流孔管是為了消除水箱溢流過程形成的不均勻渦流，放置在溢流之后水槽的上 部整流管板由直徑1 cm，長2~3cm的PVC管緊密排列而成。
[0046] 實施例五： 本實施例是實施例三的改進，是實施例三關于固定架的細化。本實施例所述的固定架 安裝在沿坡面傾斜方向即水流方向的長桿802上，多個固定架沿水流方向依次安裝，所述的 長桿通過地腳801，固定在野外坡面上，如圖7所示。
[0047]本實施例是一種在野外坡面進行薄層水流的檢測實驗裝置，這種實驗裝置十分簡 單，便于攜帶，安裝也十分方便。長桿可以使用伸縮桿，而地腳的固定可以采用門型架，跨在 水流經(jīng)過的坡面上。
[0048]實施例六： 本實施例是實施例三的改進，是實施例三關于固定架的細化。本實施例所述的坡面是 水壩泄洪槽坡面，所述的固定架安裝在沿泄洪槽傾斜方向即水流方向的長桿上，多個固定 架沿水流方向依次安裝，所述的長桿通過地腳，固定在泄洪槽坡面上。
[0049] 本實施例與實施例五較為接近，但使用的場所不同，本實施例是在水壩的泄洪道 上觀測滾波時使用的。
[0050] 實施例七： 本實施例是實施例三的改進，是實施例三關于固定架的細化。本實施例所述的坡面是 水渠坡面，所述的固定架安裝在沿水渠傾斜方向即水流方向的長桿上，多個固定架沿水流 方向依次安裝，所述的長桿通過地腳固定在水渠兩側(cè)。
[0051] 本實施例所述的地腳是與水流方向垂直設置的橫桿，這些橫桿的兩端固定在水渠 的兩岸，而長桿這固定在這些橫桿上，再將各組超聲波傳感器與長桿固定，即可以進行滾波 測量了。
[0052] 實施例八： 本實施例是一種使用上述實施例所述系統(tǒng)進行基于超聲波傳感器的薄層水流滾波測 量的方法。
[0053]所述方法的原理： 1.水深測量 平均水深的計算：由于超聲波測量是一種相對測量，因此，在沒有水流流過坡面的時 候，要首先使用超聲波傳感器先對坡面的表面進行測量，獲取超聲波傳感器對坡面的距離 作為一個基準ho,坡面有水流經(jīng)過時，水流的水深變化形成超聲波水傳感器達到水面距離 的變化hi，再將hi減去基準h〇,從而得到水流的水深變化。經(jīng)過多次的采集后，將采集的水深 數(shù)據(jù)進行平均，從而得到水流的平均水深。
[0054] 2.滾波波高測量 滾波的判定及波高的計算:將采集到的每一個水位值與平均水位值作比較，連續(xù)3次監(jiān) 測水位值大于平均水位值即為滾波，自動記錄該期間的最大水位值，最大水位值hmax與平均 水位值f的差值即為波高。
[0055] 3.滾波波速、波頻測量及沿程波速、波頻測量 滾波波速計算:每組液位計間距除以每個液位計出現(xiàn)最大水位值的時間差即為滾波波 速，即衫# t其中V是滾波波速，i是一組液位計的間距，t是每組內(nèi)每個液位計出現(xiàn)最大水 t: 位值的時間差。
[0056]單個磁性浮子液位計出現(xiàn)兩次滾波的時間差就是滾波的周期T，周期的倒數(shù)就是 1 頻率f。即/ 其中：f為頻率，T為周期。 T
[0057] 4.滾波動量與動能測量 滾波動能計算：以滾波波速與液位計連續(xù)兩次記錄之間的時長之積為橫坐標，以連續(xù) 記錄且大于平均水位的水位值與平均水位值之差為縱坐標作圖，即可以描繪出滾波的橫斷 面，利用CAD軟件估算橫斷面的面積，用面積乘以水的密度就是單寬滾波的質(zhì)量。質(zhì)量乘以 波速就是滾的動量，質(zhì)量乘以波速的1/2次方就是滾波的動能。
[0058]計算公式為： 滾波動量:Ρ=ΡΑν，其中??為水的密度，A為滾波橫斷面的面積，用CAD軟件求得，V是滾 波的波速。
[0059] 滾波動能:機其中P為水的密度，A為滾波橫斷面的面積，用CAD軟件求 得，v是滾波的波速。
[0060] 所述方法的步驟如下： 設定采集頻率的步驟：用于通過電腦設定超聲波傳感器的工作頻率和采樣頻率。工作 頻率是超聲波傳感器實際采集數(shù)據(jù)的頻率，在出廠時設定有默認值，一般不用調(diào)節(jié)。一般傳 感器工作頻率低于默認值時，有利于保證測量的可靠性和穩(wěn)定性，提升測量精度。采樣頻率 是數(shù)據(jù)采集器將傳感器測定信號采集到電腦中的頻率，采樣頻率一般小于工作頻率。采樣 頻率可以根據(jù)目測滾波頻率進行調(diào)節(jié)，一般應為目測滾波頻率的10倍以上。
[0061] 采集的步驟:用于首先采集傳感器與坡面的距離hQ，然后帶有滾波的水流來臨時， 所有傳感器同步采集水位數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)導入電腦中，對數(shù)據(jù)進行分析處理直接計 算滾波周期、頻率、波高、沿程波速與平均水深。超聲波傳感器所采集的是水面的高度，因 此，需要根據(jù)水面的高度判斷滾波的出現(xiàn)以及滾波的各種參數(shù)。由于采用兩個一組的超聲 波傳感器，可以在滾波出現(xiàn)的兩個位置同時進行采集，根據(jù)采集的時間、兩個傳感器之間的 距離，以及采集到的水位高度進行比較，得出周期、頻率、波高、沿程波速與平均水深等各種 參數(shù)。
[0062]計算滾波動能的步驟：用于利用滾波水深、時間間隔和沿程波速數(shù)據(jù)估算滾波動 能。通過上一步驟得到的各種滾波參數(shù)，計算滾波的動能。滾波動能是衡量水流對下墊面作 用強度和水流挾沙能力等的重要指標。
[0063] 實施例九： 本實施例是實施例八的改，是實施例八關于滾波平均水深、波高、波速、周期與頻率的 計算的細化。本實施例所述的滾波平均水深、波高、波速、周期與頻率的計算方法如下： 平均水深的計算：當坡面有水流流過時，超聲傳感器測量水面的高度，將水面的高度hi 與超聲波傳感器與坡面之間距離ho進行比較得到水深h，經(jīng)過η次采集，對η個水深進行平 均，得到斷面的平均水深。在水流實驗中，超聲傳感器發(fā)射的超聲波遇到水面進行反射， 采集到的數(shù)據(jù)進行換算得到超聲波傳感器與水面的高度h1(3則水深為hiho-lu，經(jīng)過η次采