[发明专利]流速流向自动测量仪及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种流速测量仪器及其测量方法，具体涉及一种新型流速流向自动测量仪及其测量方法。

背景技术

流速是矢量参数，包含大小和方向，其中流向具有非常重要的科研价值和工程意义：1)水流运动规律研究，水流结构分析的基础是流场，流场必须含有流向，否则无法获取水流结构，不利于水流运动规律研究；2)所有涉河工程建设，都需要做防洪影响研究，断面流速分布、水流动力轴线和水流顶冲点的变化都依赖于流向分析，因此，流速测量需要同步测量流速大小和流速方向。

常用流速测量仪器有：毕托管、微型旋桨流速仪、热线热膜流速仪(Hot Wire/Hot Film Anemometry，HWFA)、超声波多谱勒流速仪(Acoustic Doppler Velocimetry，ADV)、激光多谱勒流速仪(Laser Doppler Velocimetry/Anemometry，LDV/LDA)和粒子图像测速仪(Particle Image Velocimetry，PIV)。毕托管和旋桨流速仪只能进行流速大小测量，无法测量流速方向。HWFA、ADV、LDV和PIV可同时测量流速大小和流速方向，但价格昂贵，难以大规模应用。为完成流向测量，目前主要采用机械流向仪测量，通过人工判断量角器获取流向角度，测量误差大、自动化程度低、同步性差(模型试验需要测量数百个流向点，依靠人工测量，实时性和同步性差)。

因此，有必要发明具有同步实现流速大小和方向的测量仪器。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种流速流向自动测量仪及其测量方法，可以同时测量流速和流向，自动化程度高，成本低。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的流速流向自动测量仪，包括固定台、中空钢管、面阵CCD和开闭门，所述中空钢管与固定台连接，中空钢管顶部设有注剂口，中空钢管尾部设有开闭门和水平孔，开闭门与电磁铁连接，开闭门通过电磁铁的作用带动开闭门上下移动关闭或打开水平孔，面阵CCD固定连接在中空钢管上，面阵CCD采集图像传送到处理器，处理器位于固定台上，固定台下方依次设有活动销、固定板和固定基座。

其中，面阵CCD固定连接于中空钢管，面阵CCD平面与中空钢管成直角，并与开闭门和水平孔位于同一侧，面阵CCD、开闭门和水平孔三者的水平中心线相互平行。所述固定台与固定基座刚性连接，固定板与固定基座相互平行，并与活动销形成T形连接，正转或反转活动销，带动固定板靠近或远离固定基座，从而调节固定板与固定基座之间的距离。流向测量时，开闭门和水平孔侧应位于水流下游。

一种基于上述的新型流速流向自动测量仪的测量方法，包括以下步骤：

1)使固定基座平行于待测流速断面杆，旋转活动销，使固定板与待测流速断面杆紧密连接；

2)控制电磁铁，排斥开闭门，封闭中空钢管水平孔；

3)从注剂口加入示踪染料，示踪染料进入中空钢管；

4)控制电磁铁，吸引开闭门，使中空钢管水平孔打开，记录时间为t₀；

5)示踪染料从水平孔中流出，跟随水流运动；

6)经Δt₁时间，控制电磁铁，排斥开闭门，封闭中空钢管水平孔；同时，控制面阵CCD获取示踪染料图像M₁，再经Δt₂获取示踪染料图像M₂；

7)通过对图像M₁和图像M₂处理，获取示踪染料运动轨迹线顶点坐标分别为(x₁,y₁)、(x₂,y₂)，图像处理示踪染料图像Δt₂运动距离为S，则流速大小为

V＝S/Δt₂