Ультразвуковой способ измерения скорости течения и расхода воды в открытых водоемах - заявка 2016145752 на патент на изобретение в РФ

1. Ультразвуковой способ измерения скорости и расхода воды в открытых водоемах, заключающийся в пошаговом с временным интервалом Δt ультразвуковом измерений скорости воды в поперечном сечении русла водоема с борта судна, в вертикальном зондировании толщи воды ультразвуковыми импульсами и регистрации, на каждом шаге n=1…N, где N - общее количество измерений, текущей величины горизонтального угла Δβ(n) сноса судна течением воды, вычисление текущей глубины dn водоема, и радиальной скорости ΔVn течения воды по временной задержке и допплеровскому сдвигу частоты ответных сигналов, отраженных от дна водоема относительно частоты ультразвуковых зондирующих сигналов (ЗС) соответственно, интегрирование результатов пошаговых измерений и определение средней скорости V течения воды и расхода W воды в поперечном сечении русла водоема на основе интегрирования и усреднения результатов пошаговых измерений численных значений ΔVn, Δβ(n) и Δdn, отличающийся тем, что после каждого измерения текущей глубины dn водоема и радиальной скорости ΔVn течения воды дополнительно проводят сравнение измеренных значений величин Δdn и ΔVn с пороговыми значениями Δdnгр и ΔVnгр, в зависимости от знака и величины результатов сравнения режим измерения, параметры зондирующих ультразвуковых импульсов (зондирующих сигналов), их вид модуляции и вид цифровой корреляционной обработки ответных сигналов (ОС) выбирают из условий:
- - режим «А», включающий периодическое излучение одночастотных ультразвуковых импульсов + импульсно кодовую модуляцию несущей частоты и/или начальной фазы зондирующих сигналов (ЗС) + внутриимпульсную корреляционную обработку ответных сигналов (ОС) с временным интервалом внутри импульса 0,04<ΔT1<0,4 мс; - иное - режим «Б», включающий периодическое излучение одночастотных ультразвуковых импульсов с разницей периодов повторений ΔТ2 + междупериодную корреляционную обработку ответных сигналов (ОС),
причем численное значение величины Δβ(n) сноса судна течением воды определяют на основе навигационных измерений пространственного положения судна, в каждом режиме измерений производят раздельное накопление и корреляционную обработку отраженных эхосигналов, в режиме «А» измеряют внутриимпульсный коэффициент корреляции ρΔТ1 отраженных сигналов и проводят расчет аргумента arg(ρΔT1), в режиме «Б» - проводят расчет междупериодного коэффициента корреляции ρΔТ2, его аргумента arg(ρΔT2), а текущую радиальную скорость ΔVn течения воды определяют по выбранному согласно режиму «А» или «Б» значению аргумента arg(ρΔTi) из условия
ΔVn=(λ/4·π·ΔTi)·arg (ρΔTi),
где ΔTi - временной интервал внутри импульса 0,04<ΔT1<0,4 мс для метода «А» или разность периодов повторений ультразвуковых импульсов ΔТ2 в режиме «Б»;
λ - длина волны ультразвукового излучения;
в процессе интегрировании результатов текущих измерений средние скорости V, расхода W проточной воды, длины L и площади S поперечного профиля водоема вычисляют из выражений:
N=tc/Δt,
где ΔVn, Δdn, Δβ, ΔWn, - текущие значения скорости ΔVn воды, толщины Δdn водяного слоя (текущая глубина водоема), угла сноса линии измерений, удельного расхода ΔWn проточной воды,
ΔLn, Δt - длина пространственного и временного шага вдоль линии L измерения;
n, N - текущий номер и общее количество шагов измерений;
Δt - интервал ультразвуковых измерений,
tc - общее время ультразвуковых измерений (время движения судна от одного берега водоема к другому),
Δβ(n) - текущий угол сноса судна, несущего измерительную аппаратуру, течением воды.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что численные значения порогов Δdnгр и ΔVnгр выбирают адаптивно из условий текущей глубины и скорости течения в диапазоне значений Δdnгр ~ 2-6 м, ΔVnгр ~ 0,5-0,8 м/с.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что импульсно кодовую модуляцию (ИКМ) несущей частоты и/или начальной фазы зондирующих импульсов производят кодами Баркера, М-последовательностью, кодами Якоби, нелинейными или дополнительными последовательностями.
Наверх