流-固耦合模型試驗水位自動控制系統的製作方法

2023-09-16 06:22:00 2

流-固耦合模型試驗水位自動控制系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種流-固耦合模型試驗水位自動控制系統，包括：水位監測器、控制器、補水器和實時顯示裝置；所述水位監測器、補水器和實時顯示裝置分別與控制器連接；所述水位監測器包括浮動標尺和光柵尺位移傳感器，所述浮動標尺與光柵尺位移傳感器的讀數頭連接，通過標尺浮動帶動讀數頭移動，光柵尺位移傳感器的脈衝信號反應水位的高度；所述控制器通過採集水位監測器的數據信號，控制補水器對水位進行調整。本發明的有益效果：該系統可以對水位進行實時監測調控，保證試驗結果的真實準確性；實現了完全的自動化，減少了試驗中勞動量的投入。
【專利說明】流-固耦合模型試驗水位自動控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種模型試驗裝置，具體的說是地質力學模型試驗中一種水位自動控制系統。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟和科學技術的發展，交通建設中穿越斷層的海底隧道、過江隧道及巖溶地區的深埋大斷面隧道也越來越常見，水對這些工程的成功修建的影響也十分顯著，許多技術問題急需解決。很多專家希望通過模型試驗來實現現場工況的模擬，得出結論以便指導現場施工的安全順利進行。
[0003]在流-固耦合模型試驗中，經常採用頂部蓄水進行水壓加載，通過控制水面高度實現靜水壓力的調節，滿足試驗對水壓力的要求。傳統的模型試驗技術中，主要採用人工觀測，通過手動開啟和關閉水龍頭來實現水位調節，費時費力，效率及自動化程度比較低。

【發明內容】

[0004]本發明的目的就是為了解決上述問題，提出了一種模型試驗中可以對水位進行實時監測和調控的系統，該系統使得流-固耦合模型試驗中水位的監測調控更加精確，同時相比以往試驗中的情況,節約人力，效率較高。
[0005]為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案:
[0006]一種流-固耦合模型試驗水位自動控制系統，包括:水位監測器、控制器、補水器和實時顯示裝置；所述水位監測器、補水器和實時顯示裝置分別與控制器連接；所述水位監測器包括浮動標尺和光柵尺位移傳感器，所述浮動標尺與光柵尺位移傳感器的讀數頭連接，通過標尺浮動帶動讀數頭移動，光柵尺位移傳感器的脈衝信號反應水位的高度；所述控制器通過採集水位監測器的數據信號，控制補水器對水位進行調整。
[0007]所述控制器為可編程單片機，所述控制器對水位監測器的信號進行採集和分析，並控制補水器和實時顯示裝置。
[0008]所述光柵尺位移傳感器的主尺通過支架固定在模型架頂部。
[0009]所述實時顯示裝置由數顯顯示箱組成，對設定水位和實際水位進行實時顯示。
[0010]所述補水器包括加水水泵和排水水泵，實際水位低於設定水位高度時所述控制器控制加水水泵進行加水，實際水位高於設定水位高度時所述控制器控制排水水泵進行排水。
[0011]本發明的有益效果是:
[0012]1、該系統可以廣泛的應用與所有採用頂部蓄水進行靜水壓加載的流-固耦合模型試驗中，應用範圍比較廣。
[0013]2、該系統可以對水位進行實時監測調控，保證試驗結果的真實準確性。
[0014]3、該系統可以將水位信息在實時顯示裝置上顯示，使試驗者可以隨時了解水位情況。[0015]4、該系統實現了完全的自動化，減少了試驗中勞動量的投入。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的水位自動控制系統結構示意圖；
[0017]圖2為本發明水位監測器結構示意圖。
[0018]其中，1.控制器，2.水位監測器，3.實時顯示裝置，4.加水水泵，5.排水水泵，
6.補水器，7.主尺，8.讀數頭，9.浮動標尺。
【具體實施方式】:
[0019]下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明:
[0020]圖1中，一種用於流-固耦合模型試驗的水位自動控制系統，由控制器1、水位監測器2、實時顯示裝置3和補水器6組成。控制器I由單片機構成，對由水位監測器2傳來的信號進行分析處理，並控制補水器6採取相應的措施進行水位調節，同時將水位信息在實時顯示裝置3上顯示。實時顯示裝置3由數顯顯示箱組成，經濟適用，由控制器I控制，對設定水位和實際水位進行實時讀取和顯示。補水器6有兩個小型水泵和相應的輸水管組成，一個負責加水，一個負責排水，保證水位的穩定，為試驗數據的準確提供保障。
[0021 ] 如圖2所示，水位監測器2由浮動標尺9和光柵尺位移傳感器成，光柵尺位移傳感器分為主尺7和讀數頭8兩部分。光柵尺位移傳感器的主尺7通過支架固定在模型試驗臺架頂部，浮動標尺下部浮球漂浮在水面上，上部與光柵尺位移傳感器讀數頭8焊接，水位變化引起浮動標尺9移動從而帶動讀數頭8移動，然後轉換成脈衝信號傳給實時顯示裝置3和控制器I，進行水位顯示和控制。
[0022]流固耦合模型試驗的水位自動控制系統的使用方法包括:
[0023](I)在模型體填築完成之後，將光柵尺位移傳感器的主尺通過支架固定在模型試驗臺架頂部，把浮動標尺和光柵尺位移傳感器讀數頭焊接，保證浮球位於最低水位時讀數頭滑動到主尺最下端，浮球位於最高水位時讀數頭位於主尺最上端，並各有5cm左右的活動調節距離。並把讀數頭的引出線分別和實時顯示裝置3和控制器I連接好。
[0024](2)將補水器6的兩個水泵和加、排水管進行連接，加水口一端連接水龍頭，一段固定於模型試驗架頂部儲水部分內側。排水管一端至於排水池內側，另一端固定於模型試驗架頂部儲水部分內側，但是水管口靠近模型體頂面。
[0025](3)將實時顯示裝置3懸掛於模型試驗架比較顯眼、易於觀察的位置。
[0026](4)將各部分用連接線連接，確保連接正確、通暢。
[0027](5)向模型架內部加水，進行水位自動控制系統的調試。調試完成後即可開展試驗測試。
[0028]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。
【權利要求】
1.一種流-固耦合模型試驗水位自動控制系統，其特徵是，包括:水位監測器、控制器、 補水器和實時顯示裝置；所述水位監測器、補水器和實時顯示裝置分別與控制器連接；所 述水位監測器包括浮動標尺和光柵尺位移傳感器，所述浮動標尺與光柵尺位移傳感器的讀 數頭連接，通過標尺浮動帶動讀數頭移動，光柵尺位移傳感器的脈衝信號反應水位的高度； 所述控制器通過採集水位監測器的數據信號，控制補水器對水位進行調整。
2.如權利要求1所述的一種流-固耦合模型試驗水位自動控制系統，其特徵是，所述控 制器為可編程單片機，所述控制器對水位監測器的信號進行採集和分析，並控制補水器和 實時顯示裝置。
3.如權利要求1所述的一種流-固耦合模型試驗水位自動控制系統，其特徵是，所述光 柵尺位移傳感器的主尺通過支架固定在模型架頂部。
4.如權利要求1所述的一種流-固耦合模型試驗水位自動控制系統，其特徵是，所述實 時顯示裝置由數顯顯示箱組成，對設定水位和實際水位進行實時顯示。
5.如權利要求1所述的一種流-固耦合模型試驗水位自動控制系統，其特徵是，所述補 水器包括加水水泵和排水水泵，實際水位低於設定水位高度時所述控制器控制加水水泵進 行加水，實際水位高於設定水位高度時所述控制器控制排水水泵進行排水。
【文檔編號】G05D9/12GK103592177SQ201310597496
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月22日 優先權日:2013年11月22日
【發明者】李利平, 王康, 石少帥, 李術才, 劉洪亮, 王旌, 王凱, 陳迪陽 申請人:山東大學