專(zhuān)利名稱(chēng)：一種水深流速自動(dòng)測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于河工測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水深流速自動(dòng)測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
在水工、河工、港工模型試驗(yàn)中，通常需要測(cè)量不同水深的流速。測(cè)點(diǎn)的位置隨水深的不同而變化，而且垂線方向測(cè)量的點(diǎn)數(shù)也會(huì)因水深的不同而不同。例如，水深較淺時(shí)，采用一點(diǎn)法，此時(shí)只需要測(cè)量O. 6倍水深處的流速；水深較深時(shí)，需要采用多點(diǎn)法，如采用三點(diǎn)法，即測(cè)量O. 2,0. 6和O. 8倍水深處的流速，或采用五點(diǎn)法，即測(cè)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(cè)量和流速傳感器的定位大多是由人工完成。借助于其它儀器如鋼尺測(cè)量出對(duì)應(yīng)的水深，然后將流速傳感器定位到對(duì)應(yīng)的水深點(diǎn)，逐點(diǎn)測(cè)量記錄各點(diǎn)的流速。整個(gè)過(guò)程繁瑣復(fù)雜，十分耗時(shí)。尤其是對(duì)于大的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)說(shuō)，測(cè)點(diǎn)多達(dá)幾百乃至數(shù)千點(diǎn)，逐點(diǎn)手動(dòng)測(cè)量每個(gè)點(diǎn)的水深并調(diào)整好流速傳感器的位置是一件十分浩繁的工作，需要花費(fèi)大量的時(shí)間和人力。因此，河工、港工模型試驗(yàn)迫切需要一種能夠自動(dòng)完成水深的測(cè)量并自動(dòng)按規(guī)定的測(cè)量法則將流速傳感器定位到指定點(diǎn)完成流速采集的裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種水深流速自動(dòng)測(cè)量裝置，實(shí)現(xiàn)水深流速的自動(dòng)測(cè)量，顯著提高流速測(cè)量效率、流速傳感器定位控制的精度。為實(shí)現(xiàn)水深流速的自動(dòng)同步測(cè)量，需要將水深傳感器和流速傳感器結(jié)合成一體。在完成水深測(cè)量之后，緊接著進(jìn)行垂線各點(diǎn)流速的測(cè)量。與此同時(shí)，水深測(cè)量傳感器體積盡可能小，從而保證不對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生擾動(dòng)，以確保兩者的測(cè)量互不影響。流速傳感器可以選用現(xiàn)有型號(hào)，可以是常用的旋槳式流速傳感器，也可以是其它類(lèi)型的流速傳感器。本實(shí)用新型采用兩個(gè)細(xì)小的金屬絲作為水深傳感器，配合適當(dāng)?shù)碾娐窚y(cè)量?jī)山饘俳z之間電阻，間接實(shí)現(xiàn)水深測(cè)量。兩金屬絲固定在膠木板上，彼此相距10至20mm。兩金屬絲高度小于4mm,膠木板厚度不大于2mm,水深傳感器安裝總高度不超過(guò)6mm。膠木板寬度不超過(guò)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(duì)流場(chǎng)的擾動(dòng)和附加的流速測(cè)量盲區(qū)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種水深流速自動(dòng)測(cè)量裝置，包括一測(cè)桿，通過(guò)傳動(dòng)輪和機(jī)箱滑動(dòng)連接，機(jī)箱內(nèi)置電機(jī)，通過(guò)傳動(dòng)帶控制傳動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)；測(cè)桿下端固定流速傳感器，流速傳感器下部粘結(jié)膠木板，膠木板厚度不大于2_ ；兩金屬絲固定在膠木板上，兩金屬絲高度小于4mm,彼此相距10至20mm。機(jī)箱內(nèi)置測(cè)量電路和控制電路，兩金屬絲和機(jī)箱內(nèi)的測(cè)量電路連接，通過(guò)測(cè)量?jī)山饘俳z之間電阻來(lái)間接實(shí)現(xiàn)水深的測(cè)量；控制電路據(jù)測(cè)量的需要，控制測(cè)桿上下運(yùn)動(dòng)。[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銹鋼絲、銅絲、或經(jīng)防銹處理的其它金屬絲。水深測(cè)量的原理當(dāng)兩金屬絲位于水面上方時(shí),兩電極間的介質(zhì)為空氣,兩金屬絲間的電阻很高，此時(shí)橋路輸出高電平VH，如圖2所示。當(dāng)兩金屬絲下移接觸到水面時(shí)，由于水體的導(dǎo)電性比空氣強(qiáng)得多，所以?xún)山饘俳z間電阻急劇減小，輸出電壓快速下降到圖中VL區(qū)。根據(jù)電壓的這種突變特性，儀器可以判定兩金屬絲觸及水面并記錄下當(dāng)前的水面位置，隨后裝置控制測(cè)桿繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，兩金屬絲間的電阻會(huì)進(jìn)一步減少，電路輸出電壓也會(huì)逐漸下降；當(dāng)兩金屬絲接近床面時(shí)，床面固體介質(zhì)的導(dǎo)電性與水體顯著不同，會(huì)導(dǎo)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(shí)兩金屬絲間的電阻會(huì)顯著增加，導(dǎo)致電路輸出電壓明顯上升，根據(jù)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(dāng)前位置并與水面位置相減，得到當(dāng)前點(diǎn)的水深，從而完成垂線水深測(cè)量。完成水深測(cè)量后，本實(shí)用新型的水深流速自動(dòng)測(cè)量裝置可根據(jù)事先設(shè)定的測(cè)量法·貝U，自動(dòng)將固定在同一測(cè)桿的流速傳感器提升到指定的水深處，完成對(duì)應(yīng)點(diǎn)流速的采集。流速測(cè)量過(guò)程由下向上依次完成。本實(shí)用新型首次實(shí)現(xiàn)水深流速的自動(dòng)連續(xù)測(cè)量，顯著提高了流速測(cè)量的自動(dòng)化程度、測(cè)量效率和定位精度，為實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)流速的快速同步采集提供了有效地技術(shù)支撐。通過(guò)測(cè)量電阻間接實(shí)現(xiàn)水深測(cè)量，設(shè)計(jì)巧妙，最大限度減小了對(duì)水流的影響。

圖1，本實(shí)用新型水深流速自動(dòng)測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I-測(cè)桿，2-傳動(dòng)輪，3-機(jī)箱，4-電機(jī)，5-傳動(dòng)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(shí)施方式
如圖I所示，一種水深流速自動(dòng)測(cè)量裝置，包括一測(cè)桿，通過(guò)傳動(dòng)輪輪和機(jī)箱滑動(dòng)連接，機(jī)箱內(nèi)置電機(jī)，通過(guò)傳動(dòng)帶控制傳動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)；測(cè)桿下端固定流速傳感器，流速傳感器下部粘結(jié)膠木板，膠木板厚度不大于2_ ；兩金屬絲固定在膠木板上，兩金屬絲高度小于4mm,彼此相距10至20mm。機(jī)箱內(nèi)置測(cè)量電路和控制電路，兩金屬絲和機(jī)箱內(nèi)的測(cè)量電路連接，通過(guò)測(cè)量?jī)山饘俳z之間電阻來(lái)間接實(shí)現(xiàn)水深的測(cè)量；控制電路根據(jù)測(cè)量的需要，控制測(cè)桿上下運(yùn)動(dòng)。實(shí)施例一流速傳感器采用了光電旋槳式的結(jié)構(gòu)，水流運(yùn)動(dòng)推動(dòng)旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與流速成正比，所以測(cè)量出旋槳的轉(zhuǎn)速就可以得到對(duì)應(yīng)的流速。旋槳的槳葉的邊緣側(cè)鍍有高反光材料，當(dāng)鍍亮的槳葉邊緣旋轉(zhuǎn)至光電側(cè)頭的底部時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)反射光脈沖信號(hào)，經(jīng)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成一個(gè)電脈沖信號(hào)，裝置內(nèi)的計(jì)數(shù)電路將記錄規(guī)定時(shí)間內(nèi)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)，并根據(jù)事先率定好的關(guān)系計(jì)算出對(duì)應(yīng)的流速。其工作過(guò)程是本實(shí)用新型的水深流速自動(dòng)測(cè)量裝置開(kāi)機(jī)后，控制測(cè)桿自動(dòng)復(fù)位到零點(diǎn)，儀器處于待命狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)始測(cè)量時(shí)，裝置控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)測(cè)桿向下運(yùn)動(dòng)，機(jī)箱內(nèi)的測(cè)量電路隨時(shí)記錄測(cè)桿移動(dòng)的距離。當(dāng)兩金屬絲觸及水面時(shí)，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(cè)量電路捕捉到電壓下降信號(hào)后，立即記下當(dāng)前位置，即水面的位置。隨后測(cè)桿繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)測(cè)量電極接近或接觸床面時(shí)，兩金屬絲間電阻顯著增力口，橋路電壓也隨之顯著上升，測(cè)量電路捕捉到電壓信號(hào)的顯著上升后，立即停止測(cè)桿的向下運(yùn)動(dòng)，記錄當(dāng)前床面的位置，并根據(jù)床面和水面位置計(jì)算出對(duì)應(yīng)的水深。再根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的流速測(cè)量法則，對(duì)旋槳測(cè)頭進(jìn)行定位和進(jìn)行流速的采集。例如，當(dāng)測(cè)量法則選定為I點(diǎn)法時(shí)，裝置自動(dòng)將流速傳感器定位到距水面O. 6倍水深處，自動(dòng)根據(jù)事先設(shè)定的采樣時(shí)間，對(duì)旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，共進(jìn)行5次重復(fù)測(cè)量。計(jì)數(shù)完成后裝置自動(dòng)計(jì)算出對(duì)應(yīng)流速并保存在裝置內(nèi)的存儲(chǔ)器中 。如果選定為3點(diǎn)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倍水深處并采集和保存相應(yīng)點(diǎn)的流速值。本實(shí)用新型裝置可通過(guò)通信接口和計(jì)算機(jī)相連。當(dāng)上位機(jī)需要讀取數(shù)據(jù)時(shí)，上位機(jī)向裝置發(fā)出呼叫和上傳數(shù)據(jù)的命令，裝置在接收到呼叫和上傳數(shù)據(jù)指令后將測(cè)量數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)。裝置與上位機(jī)的通信方式可采用串口通信或網(wǎng)口通信方式。上位機(jī)可以通過(guò)通信方式直接控制本裝置的工作和讀取測(cè)量數(shù)據(jù)。為了便于系統(tǒng)的擴(kuò)展，裝置采用了點(diǎn)對(duì)多的通信模式，采用RS485 (或網(wǎng)絡(luò)通信)接口，可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)多臺(tái)水深流速自動(dòng)測(cè)量裝置的控制，從而構(gòu)成多路水深流速測(cè)量系統(tǒng)。同時(shí)為了便于系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)的硬件連接，裝置的電源接口和通信接口都采用了一進(jìn)一出的模式，系統(tǒng)擴(kuò)展非常方便。
權(quán)利要求1.一種水深流速自動(dòng)測(cè)量裝置，包括測(cè)桿(I )，通過(guò)傳動(dòng)輪(2)和機(jī)箱(3)滑動(dòng)連接，機(jī)箱(3)內(nèi)置電機(jī)(4)，通過(guò)傳動(dòng)帶(5)控制傳動(dòng)輪(2)的轉(zhuǎn)動(dòng)； 測(cè)桿(I)下端固定流速傳感器(6)，流速傳感器下部粘結(jié)膠木板(7)，膠木板厚度不大于2mm ;兩金屬絲(8)固定在膠木板(7)上,兩金屬絲高度小于4mm,彼此相距10至20mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水深流速自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于，流速傳感器為旋槳式、電磁式或超聲多普勒式流速傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水深流速自動(dòng)測(cè)量裝置，其特征在于，所述的金屬絲為不銹鋼絲或銅絲。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種水深流速自動(dòng)測(cè)量裝置，包括一測(cè)桿，通過(guò)傳動(dòng)輪和機(jī)箱滑動(dòng)連接，機(jī)箱內(nèi)置電機(jī)，通過(guò)傳動(dòng)帶控制傳動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)；測(cè)桿下端固定流速傳感器，流速傳感器下部粘結(jié)膠木板，膠木板厚度不大于2mm；兩金屬絲固定在膠木板上，兩金屬絲高度小于4mm，彼此相距10至20mm。本實(shí)用新型首次實(shí)現(xiàn)水深流速的自動(dòng)連續(xù)測(cè)量，顯著提高了流速測(cè)量的自動(dòng)化程度、測(cè)量效率和定位精度。
文檔編號(hào)G01F23/24GK202770444SQ20122044304
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月3日
發(fā)明者馬志敏, 胡文斌, 許明, 胡向陽(yáng) 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)