[发明专利]一种电模拟渗流测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于水工水力学及电子测量技术领域，特别涉及一种电模拟渗流测试系统及方法。

背景技术

渗流理论在水利、土建、给水排水、环境保护、地质、石油、化工等许多领域都有广泛的应用。在水利工程中，土壤及透水地基上水工建筑物的渗漏及稳定，水井、集水廊道等集水建筑物的供水能力，水库及河渠边岸的侧渗引起的滑坡等问题都与渗流有关。

目前用于测试渗流的仪器根据惠斯通电桥平衡原理制作，通过增大模型电压或减小模型电阻和测量电路电阻，实现高灵敏度测量的目的，然而这类方法的主要问题是当模型电压过大的情况下，模型中温度将显著上升，从而引起对流干扰，严重影响测量结果，因此这类方法要求加在模型两极板间的电压小于30v(一般为10v)，二向模型的功率通常小于1w。相应的为了提高灵敏度，仪器中必须设计一个运算放大和差分放大电路，二者通过电流互感器联系，为给差分放大器供电必须设置变压器，加上仪器信号发生装置及其它元器件等。仪器元器件较多，不利于工作，更为重要的是桥路的一支起着电压设定的作用，其精度直接影响到测试结果的准确程度。该支路一般用在琴键开关上焊接10个等值电阻来测定模型电场中的各点电位，从而测出等势线。焊接工艺造成的附加电阻一定程度上造成了等势线的测量误差，且随着琴键开关触头不断被氧化，容易出现接触不良现象。

根据惠斯通电桥原理制作的仪器，在测量上最大缺陷是只能测量几种固定百分比(如10％、20％……80％、90％)的等势线，不能测任意百分比的等势线，这样仪器不能满足渗流试验研究时需要对模型特殊部位进行加密测试的要求。

渗流量的测量是渗流试验研究的内容之一，通常是用测量模型电阻，再根据电压表的读数计算通过模型的电流，然后计算渗流量，而模型电阻需要用电桥平衡原理来测量，这样模型中必须设计两套电桥电路，一个用于测模型等势线，一个测模型电阻，两者测量需要用转换开关进行转换，电路设计相对比较复杂，仪器维护较麻烦。

如前所述，现有电模拟渗流测量仪器存在电路设计复杂、元器件较多、使用的琴键开关容易出现接触不良、不能满足渗流试验研究时对特殊部位的等势线进行加密测量、仪器维护频繁等问题，严重影响其在渗流试验研究和教学中的推广和应用。

发明内容

本发明的目的就是针对目前电模拟渗流测试仪器存在的问题，提出一种全阵式电模拟渗流测试系统及方法，为满足水工渗流试验研究提供支持。

本发明所提供的技术方案如下：

一种电模拟渗流测试系统，包括信号发生单元1、渗流测试单元7和直流稳压电源15；直流稳压电源15分别与信号发生单元1、渗流测试单元7连接；

所述信号发生单元1包括依次连接的退耦电路2、自激多谐振荡器3、耦合电路一4、信号放大器5、耦合电路二6；

所述渗流测试单元7包括分压电路8、测量电路转换装置9、等势线测量电路10、渗流量测量电路11、ICL7135转换器12、AT89C51单片机13、显示屏14，分压电路8与测量电路转换装置9连接，测量电路转换装置9分别与等势线测量电路10、渗流量测量电路11连接，等势线测量电路10、渗流量测量电路11分别与ICL7135转换器12连接，ICL7135转换器12、AT89C51单片机13、显示屏14依次连接；等势线测量电路10或渗流量测量电路11只有一个处于工作状态，通过测量电路转换装置9来控制；

信号发生单元1中的耦合电路二6与渗流测试单元7中的分压电路8连接。

一种电模拟渗流测试方法，包括以下步骤：

步骤1：采用阻容电路对电源进行退耦处理，自激多谐振荡器电路发生1500Hz的脉冲信号，经过耦合，再将信号进行放大和二次耦合，模拟电信号发生过程；

步骤2：采用分压电路，将模拟电信号加在由待测模型和已知阻值的固定电阻组成的串联电路中，通过分压调节来控制待测模型的电势差；

步骤3：分别采用等势线测量电路和渗流量测量电路来测量待测模型中的等势线和渗流量，二者之间通过一种自复位开关来实现电路切换；

步骤4：采用ICL7135和单片机将测量信号转换成数字输出，并在显示屏中显示，测试数值类型和单位通过显示屏单位名称来识别；

作为优选步骤1中可选用施密特触发器构成的多谐振荡器发生脉冲电信号，但信号频率必须达到步骤1中的要求；

作为优选步骤3可以采用等势线和渗流量同步测量的方法，两个测量电路同时工作；

作为优选步骤4中可采用等势线和渗流量测量数据同时在一个显示屏上显示，但上述步骤4中的电路连接方式是使用元器件最少的。