雷达波测流量 流速 水位 示意图

1 雷达流量计工作原理

1.1 雷达测流速原理

雷达流速仪采用多普勒效应原理测流体表面流速。在声学领域中，当声源与接收体（即探头和反射体）之间有相对运动时，回声的频率将有所变化，此种频率的变化称之为频移，即多普勒效应。

如图2-1所示，当雷达流速仪与水体以相对速度V发生对运动时，雷达流速仪所收到的电磁波频率与雷达自身所发出的电磁波频率有所不同，此频率差称为多普勒频移。通过计算多普勒频移与V的关系，得到流体表面流速。

图2-1 雷达流速仪测流示意图

应用 K、Ka 频段雷达波探测流体流速的技术难点在于低速段的测量。

当流体流速比较缓慢时，雷达波在平静的水面上形成镜面反射，雷达流速仪几乎接收不到反射回来的电磁波信号，因此国内外多数同类产品的流速下限通常在 0.3 m/s 以上。上海航征测控系统有限公司采用专业的测流控制算法和检测微弱目标的雷达天线研制生产的雷达流速仪，可监测到 0.1m/s以上的表面流速。

1.2 雷达测水位原理

如图2-2所示，雷达水位计通过测量电磁波的发射和接收时间差Δt，计算出雷达水位计与液面之间的距离H2=c*Δt/2,输出的水位值h=H1-H2。H1为渠底至水位计的高度。

图2-2 雷达水位计测液位原理示意图

技术优势如下：

透镜天线

采用k波段透镜天线，与传统喇叭天线相比，具有更高增益，辐射能量集中，抗干扰能力更强，大大提高了测量精度和可靠性；波束压窄，大幅度降低电磁波辐射到非被测水面，如井壁、渠岸等反射回透镜天线的几率，所测液位更准确。

采用透镜天线，全封闭状态，达到IP68防水等级，可靠性高。

智能姿态感应及补偿功能

雷达水位计内置姿态感应传感器，能辅助安装调试并自动补偿安装误差；另外，雷达水位计在测量过程中智能感知立杆晃动、桥面抖动引起的测量平台不稳定情况，并进行优化补偿。

智能信号处理算法

雷达水位计输出的水位值为经过算法处理的一段时间内的均值，而不是瞬时值，精度更准，能剔除水面杂物影响及其它干扰。

1.3 流量计算

DX-LLX-1c明渠雷达流量计，包含两个探头，一个测表面流速，另一个测水位，如图2-3所示。

图2-3 雷达流量计测流量示意图

流量计算过程：

通过预先设定的断面参数，根据雷达流量计内置的水利模型，将测得表面流速转化为断面平均流速。根据实测水位，雷达流量计结合断面几何参数，自动算出断面面积，根据流速面积法公式，求得流量。

2 雷达波生态流量监测优势

2.1 非接触测量免维护

生态流量的监测点可能位于水电站的出水渠道、水库大坝的泄洪渠道或者天然河流的河道等。其现场工况复杂多变，在洪水期水中还可能会夹杂枯枝、碎石，所以接触式的测流设备十分容易损坏，后期维护工作量巨大。而雷达流量计采用非接触式测流方式，无需接触水体，不宜损坏，可以实现免维护。

2.2 全天候多维度监测

雷达流量计功耗极低，采用太阳能供电系统，可以实现7×24小时的全天候在线监测。一台雷达流量计可以监测水体的流速、水位和流量3个指标，同时，扩展性强，可以进一步接入视频、风速风向、水质、雨量等多种传感设备进行多维度在线监测。

2.3 安装施工简单

雷达流量计通过立杆或者桥梁安装，无需下水作业，施工简单，无论河流处于洪水期或者枯水期均可施工。

2.4 工况适应性强

雷达流量计对于测量水深没有要求，无论洪水期或枯水期均可稳定运行；流量计内部配有断面描绘软件，适用于多种现场工况的测量。

1 雷达流量监测站设计

1.1 结构组成

雷达波流量监测站结构组成如图4-1所示。

图4-1 雷达波流量监测站组成示意图

主要由雷达流量计、RTU、无线通信模块和太阳能供电系统等组成。

1.2 主要功能

1、基本功能

1）采集、传输功能

水位、流速、流量自动采集，定时自报：按预先设置的定时间隔，通过GPRS/GSM通信信道向中心站发送当前的数据。

2）备用通信功能

对短时间内维护人员难以到达并修复故障的遥测站，尤其是系统内的重要站应具有备用通信功能。

3）防护功能

遥测站均需进行过电压保护，以使设备在遭受雷击时不易损毁。对无人看管的遥测站，应具有防破坏和防盗功能。

2、报警监控功能

1）水位越限报警

当水位、流量等越过某一规定数值之后即进行报警。

2）供电不足报警

遥测站电源能力低于设定的门限值时即进行报警。

3）设备事故报警

某一设备出现事故立即自动报警。为及时引起工作人员注意，除屏幕显示报警之外，尚可采用声、光等方式报警。

4）遥测站校正时钟、开关机。

1.3 太阳能电源配置

采用蓄电池联合太阳能电池板浮充供电方式，采用充电控制保护器对蓄电池进行过充过放保护。蓄电池容量、太阳能电池板功率充分考虑到RTU工作电流、值守电流、工作模式、通讯需求以及当地天气情况，并留有余地；并且在阴雨天气持续20天的情况下，能保持正常工作（按照5分钟采集一次数据，一次工作时间120s计算），建议使用采用1块100AH的蓄电池，40W太阳能板。

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