[實用新型]一種水力模型泡漩或漩渦流測量系統

有效

• 申請號: 201220276095.6
• 申請日: 2012-06-12
• 公開（公告）號: CN202631226U
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 吳新生;廖小永;范北林;林木松;馮源;劉同宦;陳錦;王黎
• 申請（專利權）人: 長江水利委員會長江科學院
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 孔敏

技術領域

本實用新型涉及水利工程及水力學研究模型試驗領域，具體是一種水力模型泡漩或漩渦流測量系統。

背景技術

在水力模型(水工、河工、港工模型)試驗研究中，對泡漩水和漩渦流的觀測，是研究其水流流態形成機理和治理方法，以及船舶安全航行的一個重要內容。其中，泡漩是波浪翻滾并有漩渦的水流，漩渦是水流遇低洼處所激成的螺旋形水渦，泡漩水或漩渦流是河流主要礙航灘險之一，對船舶安全航行威脅極大，當船舶行駛至泡漩水或漩渦區域時將引起顛簸，造成駕駛困難，對于船隊可能會發生碰撞，或造成歪船、嚴重時使船舶翻傾沉沒，水流泡漩或漩渦流直接影響船舶航運安全。

泡漩水與漩渦流形成的必然條件是水流動能與位能之間發生轉換，水流之間發生這種能量轉換又需要一定的邊界條件和水力條件。為了獲得這些參數和采取工程措施，水力工程模型試驗檢測泡漩水或漩渦流的特征一般是指：(1)泡漩與漩渦流的涌起高度或漩下深度(即波動量)；(2)泡漩的周期或水面的波動頻率；(3)泡漩水與漩渦流出現的區域范圍。檢測到的以上特征供有關研究與工程設計和工程治理參考。

以往在模型上最原始的觀測是人工目測觀察記錄，沒有測量泡漩水的專用儀器，更沒有針對泡漩水參數測量的專用系統，后來有采用不同類型流速儀的測量方式，但不能反映泡漩的多參數特性。由于泡漩水流變化迅速，沒有快速測量的設備同步檢測泡漩的波動高度和周期，以及發生的范圍與流場強度，給模型試驗研究帶來難題。

發明內容

本實用新型提供一種水力模型泡漩或漩渦流測量系統，其通過阻抗式變換器與攝影圖像技術相結合，能快速、多點測量泡漩水與大面積漩渦流水流流態，實現測量參數與動態圖像的自動同步顯示、記錄和存儲，解決了現有技術不能同時獲取泡漩水強度、流速流態產生的區域范圍等測量參數的難題。

一種水力模型泡漩或漩渦流測量系統，包括多個泡漩水傳感器、與各個漩水傳感器對應連接的信號處理電路、A/D轉換卡、計算機、多個CCD攝像機、圖像采集卡，每一信號處理電路通過A/D轉換卡與計算機連接，每一CCD攝像機通過圖像采集卡與計算機連接，所述泡漩水傳感器的波高傳感元件采用阻抗變換器，測量時放置于水流中一定深度；所述CCD攝像機布置在河道水流上方。

如上所述的水力模型泡漩或漩渦流測量系統，所述泡漩水傳感器包括依次連接的多諧振蕩器、功率放大器、耦合變壓器、阻抗變換器，所述信號處理電路包括依次連接的水溫/水質補償平衡電路、差動電路、相敏檢波器、光電隔離模塊，其中耦合變壓器的兩個次級繞組分別水溫/水質補償平衡電路和阻抗變換器連接，水溫/水質補償平衡電路和阻抗變換器的輸出端分別與差動電路的兩個輸入端連接。

本實用新型將電子測量技術與攝影技術以及計算機技術有機結合，為水力學物理模型試驗研究測量水流泡漩與漩渦流提供了一種新的測量系統，并且大大提高試驗自動化和工作效率，有利于提升水力學物理模型試驗研究水平。

附圖說明

圖1是本實用新型水力模型泡漩或漩渦流測量系統的結構框圖；

圖2是本實用新型水力模型泡漩或漩渦流測量系統的電路原理框圖；

圖3是使用本實用新型測得的水流波動-時間過程曲線(即泡漩波高圖)；

圖4-1是模型平面布置及泡漩表面流場范圍圖；

圖4-2是模型泡漩表面流場局部放大圖；

圖5是利用本實用新型進行水力模型泡漩或漩渦流測量的流程框圖。

圖中：1-泡漩水傳感器，2-信號處理電路，3-A/D轉換卡，4-計算機，5-CCD攝像機，6-圖像采集卡，7-穩壓電源，11-多諧振蕩器，12-功率放大器，13-耦合變壓器，14-阻抗變換器，21-差動電路，22-水溫/水質補償平衡電路，23-相敏檢波器，24-光電隔離模塊。

具體實施方式

下面將結合本實用新型中的附圖，對本實用新型中的技術方案進行清楚、完整地描述。