[发明专利]一种一维脉动流速测量装置的率定系统及方法

说明书

本发明提供一种一维脉动流速测量装置的率定系统及方法，该系统包括玻璃水槽、固定支架和高频粒子图像测速系统；固定支架包括横向支撑件、上定位夹、下定位夹和螺栓，固定支架通过横向支撑件布置于玻璃水槽上方，上定位夹与下定位夹垂向布置于横向支撑件的中心线上，固定孔口位于玻璃水槽的中轴线上，待校验的流速仪安装在固定支架上，利用上定位夹和下定位夹确保待校验流速仪竖直向下；高频粒子图像测速系统包括信号同步器、与信号同步器连接的高重复频率脉冲激光器、高速CMOS摄相机。本发明校验过程可靠，获得信息更加丰富，更能反映待检验流速仪的性能，具有操作简单，精度较高，工作效率高等优点。

技术领域

本发明涉及仪器设备校核领域，具体是一种一维脉动流速测量装置的率定系统及方法。

背景技术

水流流速的测量一直是流体力学中较为基础的一项任务，大部分关于流体力学的研究都以流速信息为载体，所以准确的测量流速至关重要。面对不同的流速测量要求，产生了不同的流速测量方式。从简单的毕托管、旋桨流速仪到热线热膜流速仪，再到激光多普勒流速仪(LDV)，例子图像测速仪(PIV)以及超声多普勒流速仪(ADV)和超声多普勒流速剖面仪(ADCP)等。测量精度不断提高，测量得到的流速信息不断丰富。不同的测量方法所依据的测量原理也有所区别，以应用较为广泛的ADV和测量精度较高的PIV为例，ADV通过向水体中待测水体发射超声波并接收固体粒子的散射信号，计算发射信号及回波信号之间的频率差进行流速测量；而PIV则通过连续拍摄激光照亮区域的粒子运动图片，计算两帧图片间粒子的运动速度进而转化为流速。二者本质上都是以水体中存在的微小固体颗粒为载体，进行流速信息获取，区别在于获取的方式不同。不同的测量方法的测量结果往往存在差异，差异不仅来源于测量原理的不同，还可能来远远测量方法本身的局限性。以超声测量法(ADV和ADCP)为例，超声控制电路的本底噪声、水体中散射体的数量及水体中的空气泡都会对测量结果和质量造成影响。PIV也同样收到相机、激光及后处理软件算法等影响，但PIV总体上测量精度较高。

目前流速仪的校验方法主要分为两大类：静水法和动水法。动水法多利用水泵和水槽产生一定流速的水流，同时利用已有的测量技术进行对比测量。静水法多通过检测车的运行速度作为参照进行校验，检测时将需要检测的流速设备固定于假设在水槽上方轨道上的检测车上，启动检测车至速度稳定状态并记录检测车的速度，以此作为基准速度进行流速测量校核；为了达到稳定的车速，试验水槽的长度需要包括启动段，稳定运行段及制动段，单次测量的时长与稳定运行段的长度及车速相关，通常静水法的试验水槽较长，占地较大；同时，采用静水法进行校核时，以稳定的车速作为参照，而车速更多的是一种时均速度，无法对瞬时流速进行校核；随着试验工况的增加，往往需要进行重复操作，工作量较大。

发明内容

针对以上缺陷，本发明提供一种一维脉动流速测量装置的率定系统及方法。

本发明采用如下技术方案实现：

一种一维脉动流速测量装置的率定系统，包括玻璃水槽、固定支架和高频粒子图像测速系统；所述固定支架包括横向支撑件、上定位夹、下定位夹和螺栓，所述固定支架通过横向支撑件布置于玻璃水槽上方，所述上定位夹与下定位夹垂向布置于横向支撑件的中心线上，固定孔口位于玻璃水槽的中轴线上，待校验的流速仪安装在固定支架上，利用上定位夹和下定位夹确保待校验流速仪竖直向下，并使用螺栓紧固；所述高频粒子图像测速系统包括高重复频率脉冲激光器、高速CMOS摄相机、信号同步器，高重复频率脉冲激光器、高速CMOS摄相机分别与信号同步器连接。

进一步的，所述玻璃水槽的水槽侧壁及底板由超白玻璃拼接而成，玻璃接头由玻璃胶粘接以平滑过渡和止水，玻璃水槽的整体误差小于±0.2mm，并可实现0～1.5％高精度无级平滑调坡。

进一步的，所述玻璃水槽宽度不小于30cm，深度不小于25cm、长度方向从前至后分为进口过渡段、试验段和尾门影响过渡段。

进一步的，所述尾门影响过渡段长度满足尾门对试验段流态不产生影响，试验段不受进口过渡段及尾门影响过渡段的影响。