周期性明渠非恒定流非接触式紊动结构测控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种周期性明渠非恒定流非接触式紊动结构测控系统，该技术由水位测控计算机模块，水深非接触式测量模块，流量测量模块，垂面流场非接触式测量模块构成。该测控系统能够获得稳定的、任意形状的周期性非恒定流过程，反应速度快、能无极变速的优势，获得信号更稳定准确，避免了传统测量方法对水流的干扰，精度更好，突破了空间单点流速测量的局限，可在瞬间测量一个平面的流动信息，具有空间分辨率高、获取信息量大以及无干扰连续测量的特点，实现了连续周期性明渠非恒定流的控制以及流量、水深和瞬时流场的高频、非接触同步测量，为明渠非恒定流的试验研究提供了强大的技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种周期性明渠非恒定流非接触式紊动结构测控系统，该技术由水位测控计算机模块，水深非接触式测量模块，流量测量模块，垂面流场非接触式测量模块构成。该测控系统能够获得稳定的、任意形状的周期性非恒定流过程，反应速度快、能无极变速的优势，获得信号更稳定准确，避免了传统测量方法对水流的干扰，精度更好，突破了空间单点流速测量的局限，可在瞬间测量一个平面的流动信息，具有空间分辨率高、获取信息量大以及无干扰连续测量的特点，实现了连续周期性明渠非恒定流的控制以及流量、水深和瞬时流场的高频、非接触同步测量，为明渠非恒定流的试验研究提供了强大的技术支撑。【专利说明】周期性明渠非恒定流非接触式紊动结构测控系统
本专利技术属于流体测控
，尤其涉及一种周期性明渠非恒定流非接触式紊动结构测控系统。
技术介绍
天然河道中的水流通常都是非恒定流，当前，随水利开发建设步伐的加快，河道非恒定流问题日益突出。上游下泄的非恒定流对下游河道的防洪、通航条件及河道的演变等会产生较大的影响。因此，发展更为先进的测量手段、寻求新的思路来研究明渠非恒定流的传播规律及运动特性，对于水利学科的发展以及港口、航运及城市防洪等实际问题的解决，都具有重要的理论和工程意义。但明渠非恒定流问题本身非常复杂，在控制方法方面，现有技术多采用电磁流量计和电动调节阀构成的系统以及可调节量水堰进行非恒定流试验；在水位测量方面，大多采用传统的水位计以及探针；而在流速测量方面，大多采用旋桨式流速仪、超声流速仪，能很好的实现非恒定流的控制及单项测量。现有技术受试验设备的限制。控制方法中，电磁流量计和电动调节阀构成的系统以及可调节量水堰虽然可以进行非恒定流试验，但是测量精度以及反应速率均不理想；其次，在水位测量方面采用传统的水位计以及探针不但反应速率慢，而且可能造成水流的扰动；而在流速测量方面，旋桨式流速仪、超声流速仪不但扰动大，而且其单点测量无法满足非恒定流的需求。同时，现有出现的一些新型控制及测量设备尽管能很好的实现非恒定流的控制及单项测量，但是由于测量过程中无法做到水位、流量及流速的同步，给数据处理等带来相当大的难度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种周期性明渠非恒定流非接触式紊动结构测控系统，旨在解决现有技术精度低，反应速率不理想，存在扰动，只能单点测量，同步性差的问题。本专利技术是这样实现的，一种周期性明渠非恒定流非接触式紊动结构测控系统，由水位测控计算机模块，水深非接触式测量模块，流量测量模块，垂面流场非接触式测量模块。水位测控计算机模块，连接流量测量模块，水深非接触式测量模块，垂面流场非接触式测量模块，用于发出测量控制信息并接收并显示各模块的测量数据；水深非接触式测量模块，连接水位测控计算机模块并受其控制，用于采集水深信号，获得对应的水位数据上传水位测控计算机模块；流量测量模块，连接水位测控计算机模块并受其控制，并将测得的流量信息上传水位测控计算机模块；垂面流场非接触式测量模块，连接水位测控计算机模块并受其控制，用于获得同步平面流场息。进一步，除水位计外，水深非接触式测量模块采用超声探头进行水深测量，水位测控计算机模块通过AD板采集超声探头电压。进一步，流量测量模块以控制频率为目的的变频器作为水泵电机的调速设备，变频器连接位测控计算机模块并受其控制，水泵连接变频器，通过变频器改变频率以控制水泵获得不同的转速。进一步，流量测量模块中变频器与水位测控计算机模块之间通过AD板连接进行通信。进一步，流量测量模块水泵与水槽之间的供水管道上安置电磁流量计，电磁流量计与水位测控计算机模块之间通过AD板连接进行通信，AD板采集到电磁流量计的实时电压值传输至水位测控计算机模块。进一步，垂面流场非接触式测量模块采用PIV技术测量流场分布。由同步控制器，激光器，CCD相机，相机卡，PIV计算机构成，用于获得同步平面流场信息。其中:同步控制器连接水位测控计算机模块，接收水位测控计算机模块的TTL电平信号控制非接触式测量模块动作；激光器连接同步控制器，当同步控制器动作时，脉冲激光光源通过球面镜和柱面镜形成脉冲片光源，照亮流场中需要测量的流动区域；(XD相机连接同步控制器，当同步控制器动作时，与片光源垂直方向拍摄的(XD相机记录下流动区域中示踪粒子的图象并上传；相机卡连接PIV计算机，相机卡存储互照片，图象送入PIV计算机并数字化后，对判别区域内数字化图象矩阵进行互相关运算，得到已知时间间隔内示踪粒子的位移，由此可以获得流场中各点的速度信息。流量测量模块通过采用以控制频率为目的的变频器作为水泵电机的调速设备获得稳定的、任意形状的周期性非恒定流过程，相比电动阀具有反应速度快、能无极变速的优势；水位测控计算机模块通过AD板连接进行通信，使获得信号更稳定准确；流量测量模块水泵与水槽之间的供水管道上安置电磁流量计测量实际流量以进行校核，防止了变频器控制水泵转速出力造成的误差；水深非接触式测量模块采用超声探头进行水深测量，避免了传统测量方法对水流的干扰，精度更好。垂面流场非接触式测量模块通过采用PIV技术测量流场分布，PIV技术突破了空间单点流速测量的局限，可在瞬间测量一个平面的流动信息，具有空间分辨率高、获取信息量大以及无干扰连续测量的特点。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术提供的周期性明渠非恒定流非接触式紊动结构测控系统工作结构示意图。图中:1、水位测控计算机模块；2、水深非接触式测量模块；3、流量测量模块；3_1、水泵；3-2、变频器；4、垂面流场非接触式测量模块；4-1、同步控制器；4-2、激光器；4-3、(XD相机；4-4、相机卡；4-5、PIV计算机。【具体实施方式】本专利技术是这样实现的，一种周期性明渠非恒定流非接触式紊动结构测控系统，由水位测控计算机模块1，水深非接触式测量模块2，流量测量模块3，垂面流场非接触式测量模块4，如图1所示。水位测控计算机模块1，连接流量测量模块2，水深非接触式测量模块3，垂面流场非接触式测量模块4，用于发出测量控制信息并接收并显示各模块的测量数据；水深非接触式测量模块2，连接水位测控计算机模块1并受其控制，用于采集水深信号，获得对应的水位数据上传水位测控计算机模块1 ;流量测量模块3，连接水位测控计算机模块1并受其控制，并将测得的流量信息上传水位测控计算机模块1 ;垂面流场非接触式测量模块4，连接水位测控计算机模块1并受其控制，用于获得同步平面流场息。进一步，除水位计外，水深非接触式测量模块2采用超声探头进行水深测量，水位测控计算机模块1通过AD板采集超声探头电压。进一步，流量测量模块3以控制频率为目的的变频器3-2作为水泵3-1电机的调速设备，变频器3-2连接位测控计算机模块1并受其控制，水泵3-1连接变频器3-2，通过变频器3-2改变频率以控制水泵3-1获得不同的转速。进一步，流量测量模块3中变频器3-2与水位测控计算机模块1之间通过AD板连接进行通信。进一步，流量测量模块3水泵3-1与水槽之间的供水管道上安置电磁流量计，电磁流量计与水位测控计算机模块1之间通过AD板连接进行通信，AD板采集到电磁流量计的实时电压值传输至水位测控计算机模块1。进一步，垂面流场非接触式测量模块4采用PIV技术测量流场分布。由同步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种周期性明渠非恒定流非接触式紊动结构测控系统，其特征在于，所述周期性明渠非恒定流非接触式紊动结构测控系统由水位测控计算机模块，水深非接触式测量模块，流量测量模块，垂面流场非接触式测量模块构成；水位测控计算机模块，连接流量测量模块，水深非接触式测量模块，垂面流场非接触式测量模块，用于发出测量控制信息并接收并显示各模块的测量数据；水深非接触式测量模块，连接水位测控计算机模块并受其控制，用于采集水深信号，获得对应的水位数据上传水位测控计算机模块；流量测量模块，连接水位测控计算机模块并受其控制，并将测得的流量信息上传水位测控计算机模块；垂面流场非接触式测量模块，连接水位测控计算机模块并受其控制，用于获得同步平面流场信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：兰艳萍，杨胜发，胡江，付旭辉，李文杰，陈阳，张鹏，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85