[實(shí)用新型]基于超大型水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的水沙觀測儀器支架系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520464273.1
• 申請日: 2015-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN204758257U
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 解鳴曉;陽志文;楊華;張瑞波;李鑫;張義豐;趙洪波
• 申請（專利權(quán)）人: 交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01M10/00
• 分類號(hào): G01M10/00;G01C13/00;G01B11/00
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標(biāo)代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及河口海岸動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)、泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)等基礎(chǔ)理論的實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域，特別涉及一種基于超大型水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的水沙觀測儀器支架系統(tǒng)。

背景技術(shù)

室內(nèi)波浪、水流及泥沙運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)是河口海岸動(dòng)力學(xué)理論研究和發(fā)展的重要手段，并可直接為實(shí)際工程問題提供設(shè)計(jì)參數(shù)。因此，保證實(shí)驗(yàn)的針對性和有效性，特別是測量數(shù)據(jù)的精度具有關(guān)鍵意義。

長期以來，受限于實(shí)驗(yàn)場地規(guī)模條件，大多數(shù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)方案均按照相似準(zhǔn)則將天然海岸中地形及波浪、水流動(dòng)力進(jìn)行比尺縮放，并在小型水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)內(nèi)開展實(shí)驗(yàn)，例如小型長直波浪水流槽、小型波浪水流池、環(huán)形超大型水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等，待實(shí)驗(yàn)完成后，再將所得參數(shù)按相似準(zhǔn)則反推至原型。然而，這一方法由于不能滿足全部的相似律而產(chǎn)生水動(dòng)力和泥沙運(yùn)動(dòng)的不匹配，即“比尺效應(yīng)”，造成反推至原型尺度時(shí)產(chǎn)生偏差，進(jìn)而導(dǎo)致研究結(jié)果的不可靠。

考慮到小型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)存在的固有缺陷，近年來研究者越來越重視原型尺度下的大型水沙動(dòng)力實(shí)驗(yàn)研究。目前，我國僅有交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所(以下簡稱“天科所”)成功地建設(shè)了超大型波浪水流槽實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(長450m、寬5m、高12m，有效實(shí)驗(yàn)段108m、有效實(shí)驗(yàn)水深8m)，可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)直接生成現(xiàn)場當(dāng)量條件的波浪、水流動(dòng)力條件，為河口海岸動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論研究提供難得的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)的高速發(fā)展，當(dāng)前存在眾多高精度的流速、含沙量觀測儀器，例如高精度三維點(diǎn)式流速儀Vectrino、ADV，高精度點(diǎn)式含沙量測量儀OBS3+、高精度面式流速測量儀PIV等，為開展測量提供了基礎(chǔ)儀器條件。

然而，在實(shí)驗(yàn)方案中，除對觀測儀器設(shè)備的選取外，實(shí)驗(yàn)儀器的觀測方案，特別是儀器傳感器探頭的安裝是關(guān)鍵問題。如傳感器安裝方式不得當(dāng)，則會(huì)使得測量數(shù)據(jù)失真，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。在以往基于小型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的測量中，由于波流動(dòng)力較弱，且實(shí)驗(yàn)水深僅有數(shù)十厘米，從而在傳感器安裝方面一般采用桿件式支架，即將儀器傳感器固定在具有刻度的硬桿之上，并通過實(shí)驗(yàn)人員手動(dòng)升降桿件來控制傳感器位置。

在基于超大型水動(dòng)力平臺(tái)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，由于動(dòng)力環(huán)境與現(xiàn)場幾乎相當(dāng)，最大波高達(dá)3.5m、最大流速達(dá)0.5m/s，最大實(shí)驗(yàn)水深達(dá)8m，動(dòng)力極為強(qiáng)勁。因此，在如此高強(qiáng)度水動(dòng)力環(huán)境、大水深條件下，采用以往基于小型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的桿件式測量方案已不再可行。其原因有三：(1)由于實(shí)驗(yàn)水深較大，桿件長度必須很長(達(dá)到數(shù)米)，如采用單點(diǎn)鉸接固定，則桿件必然在彎矩作用下存在一定柔度，在強(qiáng)浪、強(qiáng)流作用下桿件將出現(xiàn)偏移與振蕩，進(jìn)而導(dǎo)致傳感器發(fā)生往復(fù)位移，導(dǎo)致所測數(shù)據(jù)失真，且桿件在往復(fù)荷載作用下有折斷的風(fēng)險(xiǎn)，危及觀測儀器安全；(2)如采用多點(diǎn)鉸接的桁架來降低桿件的運(yùn)動(dòng)自由度，則將使得支架規(guī)模宏大，對周邊的水動(dòng)力場和泥沙場均造成很大的擾動(dòng)，傳感器附近將發(fā)育渦旋結(jié)構(gòu)，使得實(shí)際測量所得要素和設(shè)定要素存在較大差異，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的不可用；(3)大型水動(dòng)力平臺(tái)規(guī)模宏大，采用人工升降固定支架的方式難以精確控制傳感器坐標(biāo)，將造成傳感器位置的偏差，造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的不可靠，并可能對實(shí)驗(yàn)人員生命財(cái)產(chǎn)安全造成隱患。

綜上所述，考慮到大型水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有和以往小型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)完全不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，測量方案勢必需重新考量。因此，開發(fā)一種安全可靠、量測儀器的傳感器位置精度控制性強(qiáng)、對流場擾動(dòng)小，且自動(dòng)化程度高的新型測量儀器支架系統(tǒng)，無論從實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，還是從推動(dòng)河口海岸水沙動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論研究發(fā)展的角度，均是十分重要的。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種基于超大型水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的水沙觀測儀器支架系統(tǒng)，該系統(tǒng)安全可靠、對流場擾動(dòng)小，并且自動(dòng)化程度高。

本實(shí)用新型為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：一種基于超大型水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的水沙觀測儀器支架系統(tǒng)，包括設(shè)置在超大型水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)底部的固定支架，所述固定支架設(shè)有環(huán)形主體支架，所述環(huán)形主體支架的法向與來浪和來流方向垂直，在所述環(huán)形主體支架內(nèi)固定有豎直設(shè)置的直線導(dǎo)軌，在所述直線導(dǎo)軌上裝配有滑塊，在所述滑塊上固定有托架，所述滑塊的四個(gè)角部外側(cè)分別通過彈簧與所述環(huán)形主體支架連接，所述滑塊的兩側(cè)分別與牽引鋼絲的兩端連接，所述牽引鋼絲張拉在定滑輪和滾筒上，所述定滑輪安裝在所述環(huán)形主體支架的底部，所述滾筒安裝在超大型水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之外，所述滾筒與變速箱的輸出軸連接，所述變速箱由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述伺服電機(jī)由驅(qū)動(dòng)器控制，所述驅(qū)動(dòng)器由控制主機(jī)控制。