[实用新型]一种水力模型泡漩或漩涡流测量系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及水利工程及水力学研究模型试验领域，具体是一种水力模型泡漩或漩涡流测量系统。

背景技术

在水力模型(水工、河工、港工模型)试验研究中，对泡漩水和漩涡流的观测，是研究其水流流态形成机理和治理方法，以及船舶安全航行的一个重要内容。其中，泡漩是波浪翻滚并有漩涡的水流，漩涡是水流遇低洼处所激成的螺旋形水涡，泡漩水或漩涡流是河流主要碍航滩险之一，对船舶安全航行威胁极大，当船舶行驶至泡漩水或漩涡区域时将引起颠簸，造成驾驶困难，对于船队可能会发生碰撞，或造成歪船、严重时使船舶翻倾沉没，水流泡漩或漩涡流直接影响船舶航运安全。

泡漩水与漩涡流形成的必然条件是水流动能与位能之间发生转换，水流之间发生这种能量转换又需要一定的边界条件和水力条件。为了获得这些参数和采取工程措施，水力工程模型试验检测泡漩水或漩涡流的特征一般是指：(1)泡漩与漩涡流的涌起高度或漩下深度(即波动量)；(2)泡漩的周期或水面的波动频率；(3)泡漩水与漩涡流出现的区域范围。检测到的以上特征供有关研究与工程设计和工程治理参考。

以往在模型上最原始的观测是人工目测观察记录，没有测量泡漩水的专用仪器，更没有针对泡漩水参数测量的专用系统，后来有采用不同类型流速仪的测量方式，但不能反映泡漩的多参数特性。由于泡漩水流变化迅速，没有快速测量的设备同步检测泡漩的波动高度和周期，以及发生的范围与流场强度，给模型试验研究带来难题。

发明内容

本实用新型提供一种水力模型泡漩或漩涡流测量系统，其通过阻抗式变换器与摄影图像技术相结合，能快速、多点测量泡漩水与大面积漩涡流水流流态，实现测量参数与动态图像的自动同步显示、记录和存储，解决了现有技术不能同时获取泡漩水强度、流速流态产生的区域范围等测量参数的难题。

一种水力模型泡漩或漩涡流测量系统，包括多个泡漩水传感器、与各个漩水传感器对应连接的信号处理电路、A/D转换卡、计算机、多个CCD摄像机、图像采集卡，每一信号处理电路通过A/D转换卡与计算机连接，每一CCD摄像机通过图像采集卡与计算机连接，所述泡漩水传感器的波高传感元件采用阻抗变换器，测量时放置于水流中一定深度；所述CCD摄像机布置在河道水流上方。

如上所述的水力模型泡漩或漩涡流测量系统，所述泡漩水传感器包括依次连接的多谐振荡器、功率放大器、耦合变压器、阻抗变换器，所述信号处理电路包括依次连接的水温/水质补偿平衡电路、差动电路、相敏检波器、光电隔离模块，其中耦合变压器的两个次级绕组分别水温/水质补偿平衡电路和阻抗变换器连接，水温/水质补偿平衡电路和阻抗变换器的输出端分别与差动电路的两个输入端连接。

本实用新型将电子测量技术与摄影技术以及计算机技术有机结合，为水力学物理模型试验研究测量水流泡漩与漩涡流提供了一种新的测量系统，并且大大提高试验自动化和工作效率，有利于提升水力学物理模型试验研究水平。

附图说明

图1是本实用新型水力模型泡漩或漩涡流测量系统的结构框图；

图2是本实用新型水力模型泡漩或漩涡流测量系统的电路原理框图；

图3是使用本实用新型测得的水流波动-时间过程曲线(即泡漩波高图)；

图4-1是模型平面布置及泡漩表面流场范围图；

图4-2是模型泡漩表面流场局部放大图；

图5是利用本实用新型进行水力模型泡漩或漩涡流测量的流程框图。

图中：1-泡漩水传感器，2-信号处理电路，3-A/D转换卡，4-计算机，5-CCD摄像机，6-图像采集卡，7-稳压电源，11-多谐振荡器，12-功率放大器，13-耦合变压器，14-阻抗变换器，21-差动电路，22-水温/水质补偿平衡电路，23-相敏检波器，24-光电隔离模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。