超声波、多普勒、雷达流量计的对比分析

摘要：通常超声波时差法测量系统包含超声波换能器（测断面流速）、水位计、主机、电缆。该系统以超声波时差法为计算依据，测量过水断面的流速，并根据该断面的已知渠宽和水位计测得水位高度，计算得出断面过水流量。超声波时差法的测量精度较高，但是超声波受温度、水汽、压力等影响较大

1、超声波时差流量计

通常超声波时差法测量系统包含超声波换能器（测断面流速）、水位计、主机、电缆。该系统以超声波时差法为计算依据，测量过水断面的流速，并根据该断面的已知渠宽和水位计测得水位高度，计算得出断面过水流量。超声波时差法的测量精度较高，但是超声波受温度、水汽、压力等影响较大，这些因素对测量精度造成一定影响。

2、声学多普勒流速剖面仪（ADCP）

ADCP是一种利用声学多普勒原理测量水流速度的剖面仪器。ADCP一般配备1到4个换能器，每个换能器与ADCP的轴线成一定的夹角。单个换能器既是发射器又是接收器。换能器发射某一固定频率的声波，然后接收被水中颗粒物散射回来的声波，经由计算发射出去的声波与水中流动的固体颗粒反射回来的声波间的频率差与固体颗粒的速度关系，得到颗粒的流速。因此，ADCP并非直接测量的水流速度，而是流水中固定颗粒的流速，通过模型换算成断面平均速度，进而使用速度面积法计算流量。ADCP体积小，便携性好，无机械件，不易损坏，但是接触式测量受水质、泥沙等影响较大，维护成本高，产品可靠性要求高。

3、雷达流量计

雷达流量计包含雷达流速传感器和雷达水位传感器。雷达流速传感器采用多普勒效应原理测量流体表面流速。当雷达发射的电磁波与水体表面（即探头和反射体）之间有相对运动时，回波的频率将有所变化，此种发射和接收电磁波频率的变化称之为频移（即多普勒频移）。而通过频移可以推算流体的表面流速。雷达水位传感器通过测量电磁波的发射和接收时间差来计算雷达水位传感器与液面之间的距离即空高，结合传感器的安装高度换算出水深（水深=安装高度-空高）。然后，通过预先设定的断面参数，根据雷达流量计内置的水力模型，将测得表面流速转化为断面平均流速；通过实测水深，雷达流量计结合断面参数计算出过水断面面积。根据流速面积法公式求得流量。

作为非接触式流量测量方法，雷达测流抗干扰能力强，测量精度高，可靠性强，非接触式测量不受沉积物、水草等杂物的影响，维护成本低。但是对于流速较低的水面，雷达测流精度较低。

多源雷达是结合多功能多要素进行监测的雷达流量计，使得雷达波更加聚焦于水面测量点，可提升低流速下的测量精度，改善雷达测流的短板。同时集成雨量、风速的有无及大小等级，配合全新智能算法优化降雨、刮风情况下流速测量的干扰补偿，并通过内嵌的水力模型直接计算出准确流量。

4、比选结果分析

不同原理流量计比选分析如表1所示：