具体实施方式

实施例1，如图1和图2所示，一种非满管流量测量装置，包括光发射源1、点阵光信号接收区4和空气检测机构，空气检测机构包括顶部超声波传感器7和底部超声波传感器8，其中点阵光信号接收区由接收器组成。当在低水位的时候，光发射源1经过水平面将光通过入射角2折射到低水位线以上按照折射角3进行发射，发射到点阵光信号接收区4，接收到光信号的点后，对V1-,V2-，V3-，……，VX-电信号的测量值进行分析计算，得到相关的液位信息，其中光敏电阻颗粒的阻值是随着光照强度的增加而减小，进而得到该低水位线时液面高度的信息。

所述光发射源1嵌入在管段6的左下侧，光发射源1的内侧接触到管段6内部的液体，经过管段6内部的水位线5的高低将光线进行折射；当液面位置不同时，折射点的位置不同。

如4图所示，当水的高度为L1时，入射点A经过折射后到达管壁J1位，此时通过接收器可以定位到此位置，可计算得出高度L1。当水位高度为L2时，可通过接收器定位到此位置，可计算出来高度为L2，其中L2和L1 的落差h，通过折射定律可知，从介质接触面到接收点J1的折射线与J2的折射光线是平行的。

所述光发射源1随着水位线5的高度上升，折射点会逐渐右移，折射之后的光线基本定位于管段6的右上角点阵光信号接收区4。

所述光发射源1的光在固定液体中有固定的入射角2和折射角3，当光发射源1发出光线时，经过水位线5折射，折射后的光线按照不同的角度发射到管段6右上角点阵光信号接收区4。

入射光线与通过入射点的界面法线所构成的平面称为入射面,入射光线和折射光线与法线的夹角分别称为入射角和折射角,以θ1和θ2表示。

折射定律表述为:①折射光线在入射面内。②入射角和折射角的正弦之比为一常数,用n21表示,即

；

式中n21称为第二介质对第一介质的相对折射率。

光从光速大的介质进入光速小的介质中时，折射角小于入射角；从光速小的介质进入光速大的介质中时，折射角大于入射角。

在实际应用中，两种介质不变的情况下，入射角不变，相对折射率n21是个常数，所以折射角不会变化。

所述光线发射到的点阵光信号接收区4，由于光发射源1固定设置于管段6的左下角，根据不同液位推导，点阵光信号接收区4只占据管段6右上角的一小部分区域。

所述点阵光信号接收区4在管段6右上角的一小部分区域内，按照矩阵的形式均匀排列5*X(X≥20)个光敏电阻颗粒，以接收光发射源折射之后的光照强度。

所述点阵光信号接收区4接收到的光照强度转换成电信号值，根据电信号的大小可以确定折射角度并通过几何计算，针对不同的管段6内径推导出液面高度，可根据满管流量算出当前的流量值大小。

所述点阵光信号接收区4由X(X≥20)个回路组成，每个回路都有5个光敏电阻颗粒并联，接收不同角度的折射光线。

所述超声波流量计管段6装置的最上边与最下边各嵌入一个超声波传感器，分别为顶部超声波传感器7和底部超声波传感器8，当管段6内液体非满管时，超声波传感器检测不到信号，报警该管段6非满管。

当在高水位的时候，光发射源1经过水平面将光通过入射角2折射到低水位线以上按照折射角3进行发射，发射到点阵光信号接收区4，接收到光信号的点后，对光信号的电压值进行分析计算，得到相关的液位信息，其中光敏电阻的阻值是随着光照强度的增加而减小，进而得到该高水位线时流量的信息。

如图5和图6所示，所述非满管流量测量装置还包括流速测量机构，流速测量机构包括若干组超声波流速检测组，每组超声波流速检测组包括两个超声波传感器，每组超声波流速检测组构成一个声路，每组中两个超声波传感器在管道上错开，成45°夹角对射，若干组超声波流速检测组布置在至少三个不同水平线的分层面上，以保证流速测量机构能够检测到最低液位状态下管内液体流量。液位的高度必须超过1#声路才能进行有效的测量，超声波传感器根据检测到流量建立非满管不同高度液位的液体流量的流量模型，进而计算出相应的流量。

一种非满管流量测量装置的实现方法包括以下步骤：

步骤1，管段是否满管判断。

当管道内部的液体非满管时，底部超声波传感器8发射的超声信号通过空气时严重衰减，顶部超声波传感器7根据接收的信号判断是否有空气进入管段，顶部超声波传感器7检测不到信号判定此时非满管。

步骤2，计算得出流量的信息。

光发射源发射光线，光线在液体内部经过水平面发射到空气中，根据光的传播，经过不同介质时会发生折射现象，入射角与折射角的位置根据介质的液面高度而发生变化，当管段内部的水平面变化时，入射点随之变化，入射角与折射角在管段内相同的介质内角度是不变的，从而折射点会根据入射点的不同而折射到点阵光信号接收区4不同的位置，接收到光信号的点后，其中光敏电阻的阻值是随着光照强度的增加而减小，对光信号的电压值进行分析计算，进而得到该高水位线时流量的信息。

举例说明，如图3所示，V1+和V1-中间的光敏电阻颗粒是与管道液面平行的布置，V1-后端接固定电阻值Rg,理想情况下，发光源经过直射后，光源的中心点会落在Vn+(n=1,2,3,…,x)和Vn-(n=1,2,3,…,x)中间的电阻颗粒R上，R的电阻值会随着光强度的增大而减小，所以Vn+(n=1,2,3,…,x)和Vn-(n=1,2,3,…,x)中间的总体电阻值会变小，Vn+电压值给出V不变的情况下，根据欧姆定律和分压定律，测量的出Vn-的电压值Vc增大，通过监测各测量点Vn-的电压值，可得出发射源经过折射后落在接收区的位置，进而可得出液面的高度以及流通面积。

步骤3，根据液位高低计算出相应的流量。

通过流速检测机构中的超声波传感器，可以得出液体中的流速信息，不同平面的超声波流速检测组，可以组合并计算出相应的流量模型，进而得出流量信息，液位必须高于最低水平位一组的超声波传感器才能进一步的计算出流量数据。

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