一種水深流速自動測量裝置的製作方法
2023-05-13 12:13:31 1
專利名稱：一種水深流速自動測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於河工測量技術領域，涉及一種水深流速自動測量裝置。
背景技術：
在水工、河工、港工模型試驗中，通常需要測量不同水深的流速。測點的位置隨水深的不同而變化，而且垂線方向測量的點數也會因水深的不同而不同。例如，水深較淺時，採用一點法，此時只需要測量O. 6倍水深處的流速；水深較深時，需要採用多點法，如採用三點法，即測量O. 2,0. 6和O. 8倍水深處的流速，或採用五點法，即測量表面、O. 2,0. 6,0. 8倍水深處和水底處的流速。之前水深的測量和流速傳感器的定位大多是由人工完成。藉助於其它儀器如鋼尺測量出對應的水深，然後將流速傳感器定位到對應的水深點，逐點測量記錄各點的流速。整個過程繁瑣複雜，十分耗時。尤其是對於大的試驗模型來說，測點多達幾百乃至數千點，逐點手動測量每個點的水深並調整好流速傳感器的位置是一件十分浩繁的工作，需要花費大量的時間和人力。因此，河工、港工模型試驗迫切需要一種能夠自動完成水深的測量並自動按規定的測量法則將流速傳感器定位到指定點完成流速採集的裝置。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種水深流速自動測量裝置，實現水深流速的自動測量，顯著提高流速測量效率、流速傳感器定位控制的精度。為實現水深流速的自動同步測量，需要將水深傳感器和流速傳感器結合成一體。在完成水深測量之後，緊接著進行垂線各點流速的測量。與此同時，水深測量傳感器體積儘可能小，從而保證不對流場產生擾動，以確保兩者的測量互不影響。流速傳感器可以選用現有型號，可以是常用的旋槳式流速傳感器，也可以是其它類型的流速傳感器。本實用新型採用兩個細小的金屬絲作為水深傳感器，配合適當的電路測量兩金屬絲之間電阻，間接實現水深測量。兩金屬絲固定在膠木板上，彼此相距10至20mm。兩金屬絲高度小於4mm,膠木板厚度不大於2mm,水深傳感器安裝總高度不超過6mm。膠木板寬度不超過流速傳感器框梁的厚度。所加水深傳感器體積很小，有效減小了對流場的擾動和附加的流速測量盲區。本實用新型的技術方案是一種水深流速自動測量裝置，包括一測杆，通過傳動輪和機箱滑動連接，機箱內置電機，通過傳動帶控制傳動輪的轉動；測杆下端固定流速傳感器，流速傳感器下部粘結膠木板，膠木板厚度不大於2_ ；兩金屬絲固定在膠木板上，兩金屬絲高度小於4mm,彼此相距10至20mm。機箱內置測量電路和控制電路，兩金屬絲和機箱內的測量電路連接，通過測量兩金屬絲之間電阻來間接實現水深的測量；控制電路據測量的需要，控制測杆上下運動。[0011]所述的流速傳感器可以為旋槳式、電磁式、熱絲式、超聲勒式流速傳感器。所述的金屬絲可以為不鏽鋼絲、銅絲、或經防鏽處理的其它金屬絲。水深測量的原理當兩金屬絲位於水面上方時,兩電極間的介質為空氣,兩金屬絲間的電阻很高，此時橋路輸出高電平VH，如圖2所示。當兩金屬絲下移接觸到水面時，由於水體的導電性比空氣強得多，所以兩金屬絲間電阻急劇減小，輸出電壓快速下降到圖中VL區。根據電壓的這種突變特性，儀器可以判定兩金屬絲觸及水面並記錄下當前的水面位置，隨後裝置控制測杆繼續向下運動，兩金屬絲間的電阻會進一步減少，電路輸出電壓也會逐漸下降；當兩金屬絲接近床面時，床面固體介質的導電性與水體顯著不同，會導致電壓的再次突變。通常床面的電阻比水體的電阻要大得多，所以觸及床面時兩金屬絲間的電阻會顯著增加，導致電路輸出電壓明顯上升，根據輸出電壓的這一變化特性即可判定兩金屬絲觸及床面，裝置記錄當前位置並與水面位置相減，得到當前點的水深，從而完成垂線水深測量。完成水深測量後，本實用新型的水深流速自動測量裝置可根據事先設定的測量法·貝U，自動將固定在同一測杆的流速傳感器提升到指定的水深處，完成對應點流速的採集。流速測量過程由下向上依次完成。本實用新型首次實現水深流速的自動連續測量，顯著提高了流速測量的自動化程度、測量效率和定位精度，為實現多點流速的快速同步採集提供了有效地技術支撐。通過測量電阻間接實現水深測量，設計巧妙，最大限度減小了對水流的影響。
圖1，本實用新型水深流速自動測量裝置結構示意圖。其中，I-測杆，2-傳動輪，3-機箱，4-電機，5-傳動帶，6-流速傳感器，7-膠木板，8-金屬絲。圖2、不同水深的電壓變化情況。
具體實施方式
如圖I所示，一種水深流速自動測量裝置，包括一測杆，通過傳動輪輪和機箱滑動連接，機箱內置電機，通過傳動帶控制傳動輪的轉動；測杆下端固定流速傳感器，流速傳感器下部粘結膠木板，膠木板厚度不大於2_ ；兩金屬絲固定在膠木板上，兩金屬絲高度小於4mm,彼此相距10至20mm。機箱內置測量電路和控制電路，兩金屬絲和機箱內的測量電路連接，通過測量兩金屬絲之間電阻來間接實現水深的測量；控制電路根據測量的需要，控制測杆上下運動。實施例一流速傳感器採用了光電旋槳式的結構，水流運動推動旋槳轉動，旋槳轉動的速度與流速成正比，所以測量出旋槳的轉速就可以得到對應的流速。旋槳的槳葉的邊緣側鍍有高反光材料，當鍍亮的槳葉邊緣旋轉至光電側頭的底部時，將產生一個反射光脈衝信號，經測量電路轉換成一個電脈衝信號，裝置內的計數電路將記錄規定時間內對應的脈衝數，並根據事先率定好的關係計算出對應的流速。其工作過程是本實用新型的水深流速自動測量裝置開機後，控制測杆自動復位到零點，儀器處於待命狀態。當開始測量時，裝置控制電機轉動，帶動測杆向下運動，機箱內的測量電路隨時記錄測杆移動的距離。當兩金屬絲觸及水面時，兩金屬絲間的電阻急劇下降使得橋路輸出電壓急劇下降，測量電路捕捉到電壓下降信號後，立即記下當前位置，即水面的位置。隨後測杆繼續向下運動，當測量電極接近或接觸床面時，兩金屬絲間電阻顯著增力口，橋路電壓也隨之顯著上升，測量電路捕捉到電壓信號的顯著上升後，立即停止測杆的向下運動，記錄當前床面的位置，並根據床面和水面位置計算出對應的水深。再根據系統設定的流速測量法則，對旋槳測頭進行定位和進行流速的採集。例如，當測量法則選定為I點法時，裝置自動將流速傳感器定位到距水面O. 6倍水深處，自動根據事先設定的採樣時間，對旋槳轉動的圈數進行計數，共進行5次重複測量。計數完成後裝置自動計算出對應流速並保存在裝置內的存儲器中 。如果選定為3點法，則依次將流速傳感器定位到距水面O. 8倍、
O.6倍和O. 2倍水深處並採集和保存相應點的流速值。本實用新型裝置可通過通信接口和計算機相連。當上位機需要讀取數據時，上位機向裝置發出呼叫和上傳數據的命令，裝置在接收到呼叫和上傳數據指令後將測量數據傳給上位機。裝置與上位機的通信方式可採用串口通信或網口通信方式。上位機可以通過通信方式直接控制本裝置的工作和讀取測量數據。為了便於系統的擴展，裝置採用了點對多的通信模式，採用RS485 (或網絡通信)接口，可以實現一臺計算機對多臺水深流速自動測量裝置的控制，從而構成多路水深流速測量系統。同時為了便於系統擴展時的硬體連接，裝置的電源接口和通信接口都採用了一進一出的模式，系統擴展非常方便。
權利要求1.一種水深流速自動測量裝置，包括測杆(I )，通過傳動輪(2)和機箱(3)滑動連接，機箱(3)內置電機(4)，通過傳動帶(5)控制傳動輪(2)的轉動； 測杆(I)下端固定流速傳感器(6)，流速傳感器下部粘結膠木板(7)，膠木板厚度不大於2mm ;兩金屬絲(8)固定在膠木板(7)上,兩金屬絲高度小於4mm,彼此相距10至20mm。
2.根據權利要求I所述的水深流速自動測量裝置，其特徵在於，流速傳感器為旋槳式、電磁式或超聲都卜勒式流速傳感器。
3.根據權利要求I所述的水深流速自動測量裝置，其特徵在於，所述的金屬絲為不鏽鋼絲或銅絲。
專利摘要本實用新型涉及一種水深流速自動測量裝置，包括一測杆，通過傳動輪和機箱滑動連接，機箱內置電機，通過傳動帶控制傳動輪的轉動；測杆下端固定流速傳感器，流速傳感器下部粘結膠木板，膠木板厚度不大於2mm；兩金屬絲固定在膠木板上，兩金屬絲高度小於4mm，彼此相距10至20mm。本實用新型首次實現水深流速的自動連續測量，顯著提高了流速測量的自動化程度、測量效率和定位精度。
文檔編號G01F23/24GK202770444SQ20122044304
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月3日 優先權日2012年9月3日
發明者馬志敏, 胡文斌, 許明, 胡向陽 申請人:武漢大學