[实用新型]一种适用于浑浊流体的流速流向监测装置

说明书

技术领域

本实用新型属于流体测量技术，涉及了一种适用于浑浊流体的流速流向监测装置，具体地说，提出了一种阻尼杆式的流速流向测量装置，可用于浑浊流体的实时监测。 

背景技术

在流体测量领域，目前的测量技术与方法主要有超声波多普勒技术、激光技术、热线热膜测速技术等先进的流体测量手段，但这些技术及设备有的价格昂贵，有的不便使用，不能作为机载设备安装在空间受限的航行器上，随着人类在近海、湖泊等浅水水下活动的不断深入，对于浅水水流信息的获取变得越来越重要，这些区域的流体浑浊度较大，限制了一些测量设备的使用，急需一种价格低廉、低能耗、可大量安装使用的测量设备，可安装在如水下机器人、海洋平台水下部分等设施用于实时感知流体信息。 

实用新型内容

本实用新型提供的一种浑浊流体监测装置，目的在于为解决现有流体测量传感器的缺陷，特别是提供一种制造成本低、能效小、可批量安装使用、可在浑浊水体等恶劣环境下实时监测流体信息。 

本实用新型提供的一种浑浊流体监测装置，其特征在于，该装置包括触杆、连接件、弹性阻尼体、基座、导光管、光学透镜、光学定位传感器、光源发射模块和数据处理器； 

所述触杆为中心轴对称结构，呈柱状；所述基座为空心结构，其上盖板上固定安装有弹性阻尼体； 

所述连接件的一端包裹在触杆内部，另一端穿过弹性阻尼体中心位置并位于基座内部，且连接件中部固定在弹性阻尼体上，连接件的底端安装 有光源发射模块，导光管用于将光源发射模块发出的散射光导出，其中心轴线与触杆的中心轴线重合，且与触杆保持同步运动，且与弹性阻尼体的中心方向相反，光源发射模块下方依次布置有光学透镜和光学定位传感器，光学透镜与光学定位传感器及静止位置的触杆共轴线；由光源发射模块发出的散射光经导光管导出，并通过光学透镜聚光后投射至光学定位传感器上，在光学定位传感器上生成一个亮度均匀并集中的光斑；数据处理器与光学定位传感器电信号连接，用于接收光学定位传感器提供的光斑中心的坐标信息，并计算得到流体的流速和流向。 

本实用新型装置可以实时监测单点的流体信息，将监测装置按阵列分布，可以根据测量环境的需要，形成完整的测量曲面，实时监测环境中的流体流场变化情况。 

本实用新型装置将流体运动通过形状可恢复的带阻尼的杠杆机构转化为光源的同步运动，采用光电成像定位技术一次性同时测量流体的流速及流向信息，不需要矢量运算，不需要同时使用多个间接传感器，可广泛用于空中及水下流体信息的实时监测，本实用新型可测量流经与测量装置底部平面平行的流体的二维信息。 

附图说明

图1为本实用新型提供的浑浊流体监测装置的整体结构示意图； 

图2为弹簧-惯量-阻尼简化模型示意图； 

图3为静水标定实验装置示意图； 

图4为成像结果分析原理图； 

图5为成像平面矢量坐标图； 

图中，1为触杆，2为连接件，3为弹性阻尼体，4为基座，5为导光管，6为光学透镜，7为光学定位传感器，8为定位栓，9为光源发射模块，10为数据处理器，11为弹性导线，12为光学透镜固定支座，13为光学定位传 感器固定支座；14为调速电机，15为直线导轨，16为拉绳，17为载物台，18为水槽，19为水。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 

本实用新型装置中，流体对触杆1的冲击作用产生偏移运动，弹性阻尼体3约束流体的冲击，使得如图1所示的结构模型可简化为图2所示的弹簧-惯量-阻尼模型，其中，θ为流速v的流体冲击触杆1使其偏转的角度(即偏离静止位置的角度)，F为流体的冲击力，又称拖曳力，L₁为从触杆1顶端到弹性阻尼体3中心的长度，L₂为从弹性阻尼体3的中心到达连接件2底端的长度，c₁、c₂分别为弹性阻尼体3简化模型中扭转阻尼系数和拉伸阻尼系数，k₁、k₂分别为弹性阻尼体3简化模型中扭转刚度系数和拉伸刚度系数，J为触杆1的转动惯量。 

该模型的二阶传递函数为：