一種基于熒光示蹤技術的流速測量系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于流速測量技術領域，更具體地，涉及一種基于熒光示蹤技術的流速測 量系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002] 流速可以最直觀的反映流體具有流動性這一特點。流速測量技術發(fā)展至今，已經(jīng) 有很多很成熟的技術，比較先進的技術有激光多普勒流速儀（簡稱LDV)和粒子圖像測速 儀（簡稱PIV)，這兩種方法的共性就是要往流體中投放示蹤粒子。前者的原理是當激光 光源射向流動的示蹤粒子時，粒子發(fā)出的散射光頻率會發(fā)生變化，通過光電裝置檢測出頻 率的變化就可以測出粒子的速度，也即流體的流速；后者的原理是用光學方法多次曝光示 蹤粒子在不同時刻的位置，通過位移變化就可以測出不同時刻的速度矢量。激光多普勒流 速儀和粒子圖像測速儀在流速測量方面可以達到很高的精度，但是由于儀器昂貴而無法廣 泛推廣。更簡易地，在發(fā)明專利電解質(zhì)脈沖法測量水流流速和泥沙含量的方法（申請?zhí)?01131826. 0)中公開了一種電解質(zhì)脈沖法測量水流流速的方法，通過在水中加入電解質(zhì)，在 沿水流動的方向布置幾組探針，當電解質(zhì)離子流經(jīng)探針的時候電壓會發(fā)生變化，這樣就可 以得到電解質(zhì)從投放到被探測到的時間t，由于投放源與各組探針間的距離L可測，由L/t 就可以得到電解質(zhì)離子的流速，即水流流速。電解質(zhì)脈沖法大大縮減了成本，但是對水質(zhì)的 要求很苛刻，任何的帶電離子都會對測量產(chǎn)生干擾。
[0003] 近年來，熒光示蹤技術廣泛應用于檢漏、探傷、污水檢測等領域，主要原因是其具 有靈敏度高、可靠性強的優(yōu)點。在發(fā)明專利循環(huán)冷卻水水質(zhì)穩(wěn)定劑在線自動監(jiān)測儀（申請 號200810071307. 5)中公開了一種熒光法測量水質(zhì)穩(wěn)定劑濃度的方法，將熒光劑加入含有 水質(zhì)穩(wěn)定劑的循環(huán)冷卻水中，用入射光源照射裝滿樣本水的透明容器，用光敏二極管作為 傳感器感知熒光的強度，以此得到循環(huán)水中溶劑的濃度。然而，目前熒光示蹤技術還沒應用 于流速測量領域，這也成為了亟待解決的一個問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供一種基于熒光示蹤技術的流速 測量系統(tǒng)及方法，其目的在于豐富現(xiàn)有的流速測量方法，補充一種水流流速的測量方法，具 有操作簡單，可靠性強，靈敏度高的優(yōu)點。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供一種基于熒光示蹤技術的流速測 量系統(tǒng)，包括：
[0006] 熒光劑投放裝置、激發(fā)光源、輔助裝置窄帶濾光片、聚焦透鏡、光敏二極管、信號處 理模塊，其中，所述熒光劑投放裝置上設置有電磁閥，所示信號處理模塊設有信號放大電 路、單片機和液晶顯示屏；所述熒光劑投放裝置和所述光敏二極管豎直布置，分別固定在流 體上下游距離為L的地方；所述聚焦透鏡位于所述光敏二極管的正下方，所述窄帶濾光片 位于所述聚焦透鏡的正下方；所述激發(fā)光源位于流體下游，與所述光敏二極管呈一定角度 布置，且其光路與所述光敏二極管的延長線交于一點，所述光敏二極管的輸出端與所述信 號處理模塊相連。
[0007] 按照本發(fā)明的另一方面，提供一種基于熒光示蹤技術的流速測量方法，包括以下 步驟：
[0008] 步驟1如權利要求1所述的系統(tǒng)上電；
[0009] 步驟2施加一個脈沖信號，所述電磁閥短暫開啟，所述熒光劑投放裝置瞬時投放 熒光劑團到流體中，第一次測量開始，計此時為時刻
[0010] 步驟3在距離投放點下游L的地方由所述信號處理模塊檢測所述光敏二極管兩端 的電壓信號是否突變，是則執(zhí)行步驟4,否則不做任何處理；
[0011] 步驟4將所述步驟3獲取的突變電壓信號經(jīng)所述信號處理模塊進行放大，計電壓 突變的時刻為h，計算的本次測量的流速為V 1 =^7，并在所述信號處理模塊的液晶顯示 tX tO 屏上顯示本次計算結果；
[0012] 步驟5重復所述步驟2~4,進行多次測量；
[0013] 步驟6對多次測量的計算結果求平均值，作為最后的測量流速V。
[0014] 總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效 果：
[0015] 本發(fā)明將熒光示蹤技術引入到流速測量領域，開辟了流速測量的新思路。熒光劑 極強的熒光信號可以很容易地與干擾信號區(qū)分開來，大大提高了測量的可靠性；另一方面， 本發(fā)明所采用的設備材料簡單易得，其中的光源、光敏二極管、熒光劑等成本都較低，解決 了現(xiàn)有儀器價格昂貴、不易推廣的難題。還有，本發(fā)明所采用的熒光劑用量小，投放后可以 很快被分解，基本上不會對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明基于熒光示蹤技術的流速測量系統(tǒng)的結構示意圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明基于熒光示蹤技術的流速測量方法的流程圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明信號處理模塊中信號放大電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0019] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0020] 圖1所示為本發(fā)明基于熒光示蹤技術的流速測量系統(tǒng)的結構示意圖，包括熒光劑 投放裝置1、電磁閥2、激發(fā)光源3、輔助裝置窄帶濾光片4、聚焦透鏡5、光敏二極管6、信號 處理模塊7。信號處理模塊7設有信號放大電路、單片機和液晶顯示屏。熒光劑投放裝置1 和光敏二極管6豎直布置，分別固定在流體上下游距離為L的地方。聚焦透鏡5位于光敏 二極管6的正下方，窄帶濾光片4位于聚焦透鏡5的正下方。激發(fā)光源