[發(fā)明專利]非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610066184.0
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105628336A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐立模;陳紅;閆靜;王瑤;張立;王浩;孫嬌
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 李曉靜

本發(fā)明公開了一種非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置，包括套筒、水面跟蹤器和控制器，所述水面跟蹤器位于套筒內(nèi)，所述套筒內(nèi)設(shè)有第一發(fā)光LED、第二發(fā)光LED、第一光電二極管和第二光電二極管，所述第一發(fā)光LED和第一光電二極管正對布置布置，所述第二發(fā)光LED和第二光電二極管正對布置，第一光電二極管和第二光電二極管分別與控制器信號連接，控制器分別與第一跟蹤電機和第二跟蹤電機連接。本發(fā)明的水深自動跟蹤裝置，水面跟蹤器依靠浮力自動跟隨水面上下移動，然后通過第一跟蹤電機和第二跟蹤電機，實現(xiàn)對應(yīng)水深跟蹤需求，通過光電二極管和發(fā)光LED的高靈敏度性能共同控制跟蹤電機啟動，提高了跟蹤精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置及方法，屬于水利工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)

一定水深處的流速、高程等水流參量具有特定物理意義，如0.6倍水深處的流速代表了垂線平均流速，而自由水面流速為垂線平均流速的1.18倍；另外，水面相對于基準面的高程差即為水位，因而，在水流模擬試驗中也常需要追蹤一定水深的水流參量。天然水流非恒定，水面不斷變化，水深也隨之變化，為此，需要根據(jù)水深變化自動調(diào)整相關(guān)儀器布置以實現(xiàn)特定水深處水流參量的測量，這樣的跟蹤裝置稱為水深自動跟蹤裝置?，F(xiàn)有自動跟蹤裝置存在以下問題：1)水面檢測方法主要采用水電阻或水導(dǎo)通方式，受水質(zhì)等影響探針易極化導(dǎo)致跟蹤精度低；2)受研究目標限制，只能跟蹤單一水深，如自由水面(全水深)，而無法滿足不同水深跟蹤需要；3)非恒定流模擬試驗中水面存在一定表面波，其易導(dǎo)致跟蹤裝置一直往復(fù)運動，影響儀器測量結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置及方法，實現(xiàn)各種水深跟蹤需要，并通過硬件閾值調(diào)節(jié)減小水面波干擾。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置，包括套筒、水面跟蹤器和控制器，所述水面跟蹤器位于套筒內(nèi)，所述套筒內(nèi)設(shè)有第一發(fā)光LED、第二發(fā)光LED、第一光電二極管和第二光電二極管，所述第一發(fā)光LED和第一光電二極管正對布置，所述第二發(fā)光LED和第二光電二極管正對布置，第一光電二極管和第二光電二極管分別與控制器信號連接，控制器分別與第一跟蹤電機和第二跟蹤電機連接，第一跟蹤電機通過第一傳動裝置與套筒連接，第二跟蹤電機通過第二傳動裝置與監(jiān)測裝置連接；通過水面跟蹤器跟隨水面上下移動，控制第一光電二極管和第二光電二極管的信號通斷，控制器根據(jù)信號通斷分別控制第一跟蹤電機和第二跟蹤電機的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)監(jiān)測裝置監(jiān)測對應(yīng)水深。

作為優(yōu)選，所述水面跟蹤器截面形態(tài)為土形，采用輕質(zhì)材料制作，密度小于水密度的0.8倍。

作為優(yōu)選，所述第一發(fā)光LED為藍色光，第一光電二極管前布置藍光窄帶濾光片，第二發(fā)光LED為紅色光，第二光電二極管前布置紅光窄帶濾光片。

作為優(yōu)選，所述第一發(fā)光LED下邊界與第二發(fā)光LED下邊界距離h，h設(shè)置為水面波最大高度。

作為優(yōu)選，初始狀態(tài)下，所述水面跟蹤器上界面與第一發(fā)光LED1下邊界處于同一平面。

一種上述的非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置，包括以下步驟：

1)將跟蹤裝置布置于水面，水面跟蹤器阻擋藍光，第一光電二極管信號斷路，第二光電二極管信號導(dǎo)通，第一跟蹤電機不動作；

2)水面上升，水面跟蹤器向上運動，第一光電二極管信號斷路，第二光電二極管信號斷路，控制器控制第一跟蹤電機正轉(zhuǎn)，單次脈沖帶動套筒上升0.2倍h，水面跟蹤器相對下降0.2倍h，控制器同時控制第二跟蹤電機正轉(zhuǎn)，單次脈沖監(jiān)測裝置運動距離為B*0.2*hmm，B為水深的倍數(shù)，則第二跟蹤電機實現(xiàn)B倍水深上升跟蹤，重復(fù)上述過程，直至第二光電二極管信號導(dǎo)通，第一光電二極管信號斷路，第一跟蹤電機和第二跟蹤電機不動作；