[发明专利]低浓度浑水中泥沙浓度与水流脉动速度同步测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种低浓度浑水中泥沙浓度与水流脉动速度同步测量系统，属于水流测量技术领域。

背景技术

在对水流脉动流速的测量方面，已经有不少较成熟的仪器，如激光多普勒流速仪、粒子图像测速仪、声学多普勒流速仪等都能获得理想的脉动流速资料。但是在浑水水流中，由于悬移质泥沙的影响，光信号在水流中衰减严重，激光多普勒流速仪、粒子图像测速仪这些靠激光来进行流速测量的仪器都难以应用。声学多普勒流速仪是靠超声波信号进行流速测量的，在低浓度浑水中，超声波信号衰减较小，能够实现流速的长时间连续测量，测量精度也相当高。

在泥沙浓度的测量中，目前能够保证足够精度的测量方法仍然是采样法，但是利用采样法获得的浓度仅仅是泥沙浓度的平均值，而不是脉动值，而且在采样过程中，水流的紊动结构已经遭到破坏，此外，利用采样法也无法实现长时间的连续测量。由于以上问题，同步测量浑水水流中某一位置的泥沙浓度及水流脉动信息仍缺少有效的测量系统。这在很大程度上困扰着对浑水水流问题的研究。例如关于悬移质对水流能量损失的影响，现有的研究成果一直存在分歧，重要的原因在于缺乏能够同时测量泥沙浓度与水流脉动速度的装置，无法有效地分析悬移质颗粒与水流脉动速度之间的相互影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低浓度浑水中泥沙浓度与水流脉动速度同步测量系统，能够在不干扰水流的情况下，获取水流中某一位置泥沙浓度与水流脉动速度的同步信息，也能够实现泥沙浓度的长时间测量及脉动浓度测量。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种低浓度浑水中泥沙浓度与水流脉动速度同步测量系统，包括泥沙采样装置和声学多普勒流速仪；在一次测量中，采用所述泥沙采样装置实现泥沙溶液的准确取样并确定泥沙平均浓度值；同时采用所述声学多普勒流速仪测量水流脉动速度，并输出平均信号强度和脉动信号强度；然后根据平均信号强度与泥沙平均浓度值，建立函数关系式；利用建立的函数关系式和脉动信号强度，计算出对应的泥沙浓度值，从而实现泥沙浓度和水流脉动速度的同步测量。

作为本发明的进一步优化方案，所述泥沙采样装置包括进水口、由水平部和竖直部相连组成的L形圆管、固定装置、橡胶管和装在橡胶管出口处的控制阀门；所述L形圆管的水平部端口与进水口相连，竖直部端口与橡胶管相连；所述L形圆管的竖直部固定在固定装置上并能够上下移动；所述L形圆管的竖直部带有刻度，所述固定装置带有指针，所述固定装置的指针指向所述L形圆管的竖直部的刻度，将指针指向的刻度值和泥沙溶液液面距离指针位置的高度值作差，即得到实际采样位置的深度值，实现采样位置的精确定位。

作为本发明的进一步优化方案，所述L形圆管是内径为6mm的不锈钢材质的引流管。

作为本发明的进一步优化方案，所述L形圆管的水平部长度为20cm。

作为本发明的进一步优化方案，所述进水口设计为扁平形状，宽高比为3:1。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，可以有效地获取泥沙浓度与水流脉动速度的同步信息，在测量过程中，测点位置的水流不受干扰，能够实现泥沙浓度的长时间测量及脉动浓度测量，为浑水水流问题的研究提供新的悬移质浓度测量系统。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是不同水深处泥沙浓度与信号强度的对应关系。

图3是水深为15 cm时泥沙浓度和信号强度的函数关系式。

图4是不同水深处泥沙浓度与信号强度的对应关系。

图5是水深为12cm时泥沙浓度与信号强度的函数关系式。

图6是泥沙浓度对声学多普勒流速仪的影响示意图。

其中，1-进水口；2- L形不锈钢圆管；3-固定装置；4-橡胶管；5-控制阀门；6-声学多普勒流速仪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，一种低浓度浑水中泥沙浓度与水流脉动速度同步测量系统，包括泥沙采样装置和声学多普勒流速仪6；所述泥沙采样装置实现泥沙溶液的准确取样并确定泥沙平均浓度值；所述声学多普勒流速仪测量水流脉动速度，同时输出平均信号强度和脉动信号强度。

所述泥沙采样装置包括进水口1、L形不锈钢圆管2、固定装置3、橡胶管4和装在橡胶管出口处的控制阀门5；所述L形不锈钢圆管2的水平端口与进水口相连，竖直端口与橡胶管相连；所述L形不锈钢圆管2的竖直部分固定在固定装置3上并能够上下移动.