[發(fā)明專利]一種多點(diǎn)式液面波動(dòng)形態(tài)測(cè)量裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810009996.0
• 申請(qǐng)日: 2018-01-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108253876B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇福永;溫治;樓國(guó)鋒;劉訓(xùn)良;豆瑞鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B7/02
• 分類號(hào): G01B7/02
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供一種多點(diǎn)式液面波動(dòng)形態(tài)測(cè)量裝置及方法，屬于液面波動(dòng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括探頭、導(dǎo)線、轉(zhuǎn)接線、數(shù)據(jù)采集器和電腦，探頭排布成點(diǎn)陣形勢(shì)，布置在液面附近，液面淹沒(méi)部分探頭，探頭與轉(zhuǎn)接線通過(guò)導(dǎo)線連接，當(dāng)探頭接觸導(dǎo)電液體后，探頭、液體、導(dǎo)線、轉(zhuǎn)接線和數(shù)據(jù)采集器形成閉合電流回路；數(shù)據(jù)采集器連接電腦，將信號(hào)上傳至電腦。該裝置可實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)自動(dòng)液面形態(tài)數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)顯示，特別適用于中小型實(shí)驗(yàn)容器內(nèi)液面波動(dòng)參數(shù)的記錄和在線觀測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及液面波動(dòng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種多點(diǎn)式液面波動(dòng)形態(tài)測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)

液面波動(dòng)形態(tài)作為一項(xiàng)重要的波動(dòng)參數(shù)，是水利工程、水力模型實(shí)驗(yàn)臺(tái)以及液體容器內(nèi)液面波動(dòng)和液位測(cè)量等內(nèi)容的一個(gè)重要部分。

目前，測(cè)量對(duì)于液面波動(dòng)形態(tài)的測(cè)量主要限于波高，波高的儀器總體可分為接觸式和非接觸式兩種，按照測(cè)量原理分類，可分為壓力式波浪儀、基于加速度原理的波浪測(cè)量浮標(biāo)、電容式波高測(cè)量?jī)x以及運(yùn)用聲光反射來(lái)測(cè)量的波高儀等。

壓力式波浪儀通過(guò)采集單一水位變化數(shù)據(jù)，然后通過(guò)簡(jiǎn)單人工水位記錄的方法來(lái)測(cè)量波高。其優(yōu)點(diǎn)在于方便快捷操作簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備的要求低、對(duì)精度需求不高的場(chǎng)合可以考慮；缺點(diǎn)在于其采集的數(shù)據(jù)量小，并且僅限于靜態(tài)觀測(cè)，對(duì)長(zhǎng)期在線波浪觀測(cè)并不適合，而且不能根據(jù)水域溫度和鹽度的影響來(lái)進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。

基于水面重力式的波浪測(cè)量?jī)x器，利用重力加速度的原理，通過(guò)波高傾斜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)波高的測(cè)量。現(xiàn)在這種技術(shù)有比較成熟、可信的測(cè)量精確度，但只適合海面波浪的波動(dòng)參數(shù)的測(cè)量。

電容式測(cè)量?jī)x是根據(jù)電容的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)波高測(cè)量的液位儀表。電容式波高傳感器是其主要構(gòu)件，采用電極結(jié)構(gòu)的電容敏感元件作為轉(zhuǎn)換元件，具有響應(yīng)速度快、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)量精度相對(duì)較差。

激光和超聲波式測(cè)量?jī)x器區(qū)別于以上儀器，屬于非接觸式。其工作原理很相似，在水面上方設(shè)置測(cè)距裝置，以一定的頻率發(fā)射激光或聲波來(lái)測(cè)量探頭與水面的垂直距離，分析所測(cè)距離信號(hào)的變化規(guī)律，即可得出波面高度。此套儀器成本高、精度要求高，一般測(cè)量環(huán)境很難滿足。

綜上所述，雖然波面測(cè)量技術(shù)近些年有所發(fā)展，但尋求一種原理簡(jiǎn)單、成本低廉、簡(jiǎn)便易實(shí)現(xiàn)的測(cè)量?jī)x器仍然是迫切的需要。本發(fā)明技術(shù)方案得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題《鋼鐵流程低品位余熱高效利用技術(shù)開(kāi)發(fā)與研究》(課題編號(hào)：2016YFC0401201)的大力支持。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決裝有無(wú)金屬腐蝕性導(dǎo)電液體的容器內(nèi)液面波動(dòng)及液面位置的測(cè)量問(wèn)題，提供一種多點(diǎn)式液面波動(dòng)形態(tài)測(cè)量裝置及方法。

該測(cè)量裝置包括探頭、導(dǎo)線、轉(zhuǎn)接線、數(shù)據(jù)采集器和電腦，探頭布置在導(dǎo)電液體的液面附近，探頭與轉(zhuǎn)接線通過(guò)導(dǎo)線連接，當(dāng)探頭接觸導(dǎo)電液體后，探頭、導(dǎo)電液體、導(dǎo)線、轉(zhuǎn)接線和數(shù)據(jù)采集器形成閉合電流回路；數(shù)據(jù)采集器連接電腦，將信號(hào)上傳至電腦。

其中，探頭排布成點(diǎn)陣形式，導(dǎo)電液體的液面淹沒(méi)部分探頭，淹沒(méi)探頭數(shù)量占總數(shù)量的1/4-1/2。

數(shù)據(jù)采集器的信號(hào)采集周期為50ms。

數(shù)據(jù)采集器插入電腦PCI接口。

探頭點(diǎn)陣之間通過(guò)固定和滑移部件支撐，固定和滑移部件噴涂絕緣漆。

采用該測(cè)量裝置進(jìn)行測(cè)量的方法，包括如下步驟：

(1)將點(diǎn)陣式探頭所組成的測(cè)量裝置放置于靜止液面的上方，距離液面的高度根據(jù)實(shí)際需要自行選取；

(2)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，波動(dòng)的液面會(huì)將接觸到的探頭信號(hào)改變；

(3)采集所有探頭信號(hào)隨時(shí)間的變化情況；

(4)對(duì)探頭信號(hào)隨時(shí)間的變化情況進(jìn)行分析，利用探頭的陣列數(shù)據(jù)便可以繪制出波形的三維圖像。