[發(fā)明專利]淺水湖泊風(fēng)生波浪湖底脈動壓力響應(yīng)的測量裝置和方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110359102.9
• 申請日: 2011-11-14
• 公開（公告）號: CN102435176A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喻國良;郭龍先
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00;G01L23/10
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種水利與水環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域的測量技術(shù)，具體是一種淺水湖泊風(fēng)生波浪湖底脈動壓力響應(yīng)的測量裝置和方法。

背景技術(shù)

風(fēng)浪是風(fēng)引起的波浪，風(fēng)吹到水面，與湖水摩擦，湖水受到風(fēng)的作用，隨風(fēng)飄蕩，水面開始起伏，形成波浪。在淺水湖泊中，由于水深較淺，風(fēng)浪對于底部床面會產(chǎn)生很大的影響。從形式上表現(xiàn)為在水底會存在脈動壓力的響應(yīng)，該脈動壓力對于水底泥沙的懸揚起動有非常大的影響，壓力的脈動變化造成水體渾濁，水質(zhì)下降。因此，準(zhǔn)確的測量出該脈動壓力對于研究湖泊泥沙運動，改善湖泊水質(zhì)都有很重要的意義。

對于壓力的測量，一般采用壓力傳感器，其工作時將壓力轉(zhuǎn)換為電信號輸出。壓力傳感器一般由彈性敏感元件和位移敏感元件(或應(yīng)變計)組成。彈性敏感元件的作用是使被測壓力作用于某個面積上并轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變，然后由位移敏感元件或應(yīng)變計轉(zhuǎn)換為與壓力成一定關(guān)系的電信號。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)：中國專利公開號CN1537222，公開日：2004.10.13，記載了一種“壓力變換器”，其特征是不易受到水壓導(dǎo)入位置的誤差或放置水深的干擾，能夠得到與有效土壓準(zhǔn)確對應(yīng)的信號，在夾持在承受土壓的兩塊剛性板之間的空隙中安裝有過濾器，使水壓發(fā)生作用，而砂壓不起作用。但其缺點是，該設(shè)備無法用于測量淺水湖泊風(fēng)生波浪所造成的湖底脈動壓力，而且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，體積較大，不方便攜帶。

另外一個與本發(fā)明相關(guān)的專利是，中國專利公開號CN101718605A，公開日：2010.06.02，記載了一種“測量大壩、河流湖泊底部土壤中水壓力傳感器及測量方法”，其特征是土壤中的水從滲透口經(jīng)過天然火山石滲透膜進(jìn)入壓力腔室中，經(jīng)過滲透的水壓力作用在硅壓力芯體的316L不銹鋼膜片上，硅壓力芯體感受壓力并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出；硅壓力芯體輸出的電信號傳輸?shù)诫娦盘柗糯筇幚戆迳希?jīng)電信號放大及電壓轉(zhuǎn)換成電流4～20mA信號；4～20mA電流信號經(jīng)輸出電纜傳輸?shù)娇刂撇蓸邮摇Ｔ搶＠龅募夹g(shù)雖然可以測量土體內(nèi)部的滲透壓力，但由于缺乏內(nèi)置抗射頻、抗電磁干擾電路等關(guān)鍵部件，無法測量淺水湖泊風(fēng)生波浪所造成的湖底脈動壓力，而且無法準(zhǔn)確的確定測量處的水深。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有壓力測量方法存在的上述不足，提供一種淺水湖泊風(fēng)生波浪湖底脈動壓力響應(yīng)的測量裝置和方法，可以精確的采集到風(fēng)生波浪的脈動壓力。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明所述的淺水湖泊風(fēng)生波浪湖底脈動壓力響應(yīng)的測量裝置，包括：壓力傳感器，導(dǎo)氣電纜，固定支架，可移動支架，帶刻度的立桿，采集卡，穩(wěn)壓直流電源。其中壓力傳感器固定在可移動支架一端上，可移動支架的另一端通過套筒固定在固定支架上，固定支架通過底板固定在需測定的床面。帶刻度的立桿的底部固定在可移動支架上，帶刻度的立桿在豎直方向可上下移動，壓力傳感器通過導(dǎo)氣電纜分別與穩(wěn)壓直流電源和采集卡連接，采集卡連接到電腦。

所述的壓力傳感器采用壓力敏感原件，帶微處理器的數(shù)字補償放大電路，不銹鋼外殼激光焊，內(nèi)置抗射頻、抗電磁干擾電路。

所述固定支架的底板中間設(shè)置一帶螺紋的開孔，剛好使固定支架的底部通過。帶孔的底板設(shè)置在測量水底上，用于安裝測量的立桿，且在底板下沉安放過程中由于帶有小孔，對水體濃度分布和水底底泥的擾動很小。

所述固定支架上部設(shè)置一開孔，剛好使帶刻度的立桿通過。

所述可移動支架中間設(shè)置一帶螺紋的開孔，剛好使帶刻度的立桿通過。

所述的采集卡為iUSBDAQ采集卡，其作用是采集壓力傳感器上電壓變化情況。

所述的穩(wěn)壓直流電源輸出電壓為0-30V，其作用是為壓力傳感器提供5V直流電。

基于上述裝置，本發(fā)明所述的淺水湖泊風(fēng)生波浪湖底脈動壓力響應(yīng)的測量方法，包括如下步驟：

首先，確定研究區(qū)域的水深，調(diào)整可移動支架的位置，使其位于所需測量水深的位置；

其次，將壓力傳感器固定在可移動支架上，該壓力傳感器通過導(dǎo)氣電纜分別與穩(wěn)壓直流電源(提供5伏直流電)和采集卡連接，該采集卡與電腦連接。

然后，可移動支架通過套筒固定在固定支架上，固定支架通過底板固定在床面上。

最后，分別開啟穩(wěn)壓直流電源，電腦，分析軟件，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，完成壓力測量結(jié)束。