[发明专利]非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置及方法

说明书

本发明公开了一种非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置，包括套筒、水面跟踪器和控制器，所述水面跟踪器位于套筒内，所述套筒内设有第一发光LED、第二发光LED、第一光电二极管和第二光电二极管，所述第一发光LED和第一光电二极管正对布置布置，所述第二发光LED和第二光电二极管正对布置，第一光电二极管和第二光电二极管分别与控制器信号连接，控制器分别与第一跟踪电机和第二跟踪电机连接。本发明的水深自动跟踪装置，水面跟踪器依靠浮力自动跟随水面上下移动，然后通过第一跟踪电机和第二跟踪电机，实现对应水深跟踪需求，通过光电二极管和发光LED的高灵敏度性能共同控制跟踪电机启动，提高了跟踪精度。

技术领域

本发明涉及一种非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置及方法，属于水利工程领域。

背景技术

一定水深处的流速、高程等水流参量具有特定物理意义，如0.6倍水深处的流速代表了垂线平均流速，而自由水面流速为垂线平均流速的1.18倍；另外，水面相对于基准面的高程差即为水位，因而，在水流模拟试验中也常需要追踪一定水深的水流参量。天然水流非恒定，水面不断变化，水深也随之变化，为此，需要根据水深变化自动调整相关仪器布置以实现特定水深处水流参量的测量，这样的跟踪装置称为水深自动跟踪装置。现有自动跟踪装置存在以下问题：1)水面检测方法主要采用水电阻或水导通方式，受水质等影响探针易极化导致跟踪精度低；2)受研究目标限制，只能跟踪单一水深，如自由水面(全水深)，而无法满足不同水深跟踪需要；3)非恒定流模拟试验中水面存在一定表面波，其易导致跟踪装置一直往复运动，影响仪器测量结果。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置及方法，实现各种水深跟踪需要，并通过硬件阈值调节减小水面波干扰。

技术方案：为实现上述目的，本发明的非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置，包括套筒、水面跟踪器和控制器，所述水面跟踪器位于套筒内，所述套筒内设有第一发光LED、第二发光LED、第一光电二极管和第二光电二极管，所述第一发光LED和第一光电二极管正对布置，所述第二发光LED和第二光电二极管正对布置，第一光电二极管和第二光电二极管分别与控制器信号连接，控制器分别与第一跟踪电机和第二跟踪电机连接，第一跟踪电机通过第一传动装置与套筒连接，第二跟踪电机通过第二传动装置与监测装置连接；通过水面跟踪器跟随水面上下移动，控制第一光电二极管和第二光电二极管的信号通断，控制器根据信号通断分别控制第一跟踪电机和第二跟踪电机的转动，实现监测装置监测对应水深。

作为优选，所述水面跟踪器截面形态为土形，采用轻质材料制作，密度小于水密度的0.8倍。

作为优选，所述第一发光LED为蓝色光，第一光电二极管前布置蓝光窄带滤光片，第二发光LED为红色光，第二光电二极管前布置红光窄带滤光片。

作为优选，所述第一发光LED下边界与第二发光LED下边界距离h，h设置为水面波最大高度。

作为优选，初始状态下，所述水面跟踪器上界面与第一发光LED1下边界处于同一平面。

一种上述的非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置，包括以下步骤：

1)将跟踪装置布置于水面，水面跟踪器阻挡蓝光，第一光电二极管信号断路，第二光电二极管信号导通，第一跟踪电机不动作；

2)水面上升，水面跟踪器向上运动，第一光电二极管信号断路，第二光电二极管信号断路，控制器控制第一跟踪电机正转，单次脉冲带动套筒上升0.2倍h，水面跟踪器相对下降0.2倍h，控制器同时控制第二跟踪电机正转，单次脉冲监测装置运动距离为B*0.2*hmm，B为水深的倍数，则第二跟踪电机实现B倍水深上升跟踪，重复上述过程，直至第二光电二极管信号导通，第一光电二极管信号断路，第一跟踪电机和第二跟踪电机不动作；