CN105259368A - 一种光学感应式流速测定方法及高灵敏度流速计 - Google Patents

Abstract

本发明属于水文水体流速测量方法及装置技术领域，具体涉及一种光学感应式流速测定方法及高灵敏度流速计。通过将叶轮的转速转换为光信号，进而转换为电信号来换算为水流速度的测定方法制备了高灵敏度的流速计，包括电源、激光发射器、镜面反射器、传感器、数字信号处理器和液晶显示器。本发明的高灵敏度流速计的探测头为水阻力很小的叶轮，轮柄及支撑杆纤细，流线型，放入测量水体中对本身流场影响极小，能够精确测出小水体中局部的流速。本发明所需配件廉价，将大大降低产品成本，且对于精细化养殖系统中流场的监测与研究具有很大的应用价值。

Description

一种光学感应式流速测定方法及高灵敏度流速计

技术领域

本发明属于水文水体流速测量方法及装置技术领域，具体涉及一种光学感应式流速测定方法及高灵敏度流速计。

背景技术

流速计、海流计主要用于测量海区、河流、管道等的水流速度，普遍存在体积大、灵敏度低的问题，适用于小尺度、小范围的实验系统或溪流极浅水域的流速计产品极少，依据的技术原理主要为机械传动，多普勒原理、电磁原理。

现有海流计类型有：

1.机械海流计：利用水流带动机械转子或机械旋浆转动来测量流速的。

2.电磁海流计：流过一个环形线圈的电流在传感器周围产生一个磁场，流动的水体作为一个运动的导体切割磁力线时，根据法拉第感应定律，在磁场中运动的导体产生电势，根据电势和水流速度的比例关系得到水流的相关数据。

3.多普勒海流计：当波源和观察者做相对运动时，观察者接收到的频率就会和波源频率不同。因此，相对于探头随水移动的小颗粒、小气泡也会使探头发出频率的改变，且随水中悬浮运动速度的增加而增加，由此测出多普勒频移，也就测出了水的流速。

4.声传播时间海流计：声波在海水中传播时，在传播距离相同的情况下，逆流声波所用的时间要比顺流声波所用的时间长，通过测量逆流顺流两次声波的，可以计算出海水的流速。

根据以上技术所制造的流速计均难以实现微型化、便携式，无法适应于小水体，局部的流速测量，或灵敏度不够高。一些海流计因为探头大，如多普勒海流计、声学海流计，放入水体中后会改变水体中本来的流场，影响测量，不能满足测量需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是，现有技术中的流速计依据的技术原理主要为机械传动，多普勒原理、电磁原理，采用这些技术原理制造的流速计难以实现微型化、便携式，无法适应于小水体、局部的流速测量，灵敏度亦不够高，不能满足测量需求。

为解决上述问题，我们提出了一种光学感应式流速测定方法及高灵敏度流速计，通过将叶轮的转速转换为光信号，进而转换为电信号来换算为水流速度的测定方法制备了高灵敏度的流速计。探测头为水阻力很小的叶轮，轮柄及支撑杆纤细，流线型，放入测量水体中对本身流场影响极小，能够精确测出小水体中局部的流速。本发明所需配件廉价，将大大降低产品成本，且对于精细化养殖系统的构建与监测具有很大的优势。

为实现上述目的，本发明提供一种光学感应式流速测定方法，通过将叶轮的转速转换为光信号，进而转换为电信号来换算为水流速度；具体为激光发射器，发射出入射激光光束，入射激光光束射到镜面反射器上，得到反射激光光束；传感器接收反射激光光束，测量转换为电脉冲信号；电脉冲信号传输给数字信号处理器进行换算处理，最后由液晶显示器进行显示。

一种应用上述光学感应式流速测定方法所制备的高灵敏度流速计，包括电源、激光发射器、镜面反射器、传感器、数字信号处理器和液晶显示器；电源分别与激光发射器、镜面反射器、传感器、数字信号处理器和液晶显示器相连，提供电力来源；激光发射器发射出入射激光光束，射到镜面反射器上，反射出反射激光光束，反射激光光束由传感器接收，测量转换为电脉冲信号，传输给数字信号处理器；数字信号处理器，内置时钟，通过记录接收电脉冲信号的时间间隔，将电脉冲信号进行换算处理为水流速度，并与液晶显示器相连，将处理后的信号经液晶显示器显示。

进一步的，所述高灵敏度流速计还包括测量杆，所述液晶显示器位于测量杆顶端或通过电线与测量杆相连；测量杆底端连接可转动的测试探头，测试探头上设置有叶轮，叶轮一侧设有鲨鱼尾鳍片，保证测量时始终保持与水流方向垂直。

进一步的，所述流速计的叶轮与支撑杆之间的接触点采用耐磨强度高的刚玉为轴承，与机械手表的轴承连接类似，以减少叶轮转动的摩擦，提高叶轮转动的灵敏度。

进一步的，测量杆下方设置有由低端向上递增的刻度，用于测试水体深度。

进一步的，测量杆长度可调的套杆，方便携带。

进一步的，电源为充电锂电池和/或干电池。

进一步的，所述高灵敏度流速计采用高级耐腐蚀材料制成，以适应于淡水和海水的使用环境。

进一步的，所述高灵敏度流速计内设存储器，所述存储器与液晶显示器相连，存储数据，方便测试后进行记录分析。

本发明的有益效果在于：

1.本发明采用了一种新的方法检测流速，即通过叶轮机械转动，转变为光信号（激光或其他波段的光），通过传感器转变为可识别的电信号，从而换算成流速，精确度和灵敏度都有了很大提高。

2.本发明的探测器一端的外部结构。探测器头部为可转动的，一端加装鲨鱼尾鳍型结构，以保证测量时始终保持与水流方向垂直

3.本发明的流速计探头体积小，连接杆纤细，水中工作时阻力小，适于测量常规流速计不能探测到的边角区域水流速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的光学感应式流速测定方法原理示意图；

图2是本发明的实施例1高灵敏度流速计结构示意图；

图3是本发明的实施例2高灵敏度流速计结构示意图；

图4是本发明的高灵敏度流速计测试探头的结构示意图。

图中，1-测量杆，2-液晶显示器，3-测试探头,4-叶轮，5-鲨鱼尾鳍片,6-刻度，7-电线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1:

如图1、图2、图4所示，一种应用上述光学感应式流速测定方法所制备的高灵敏度流速计，包括电源、激光发射器、镜面反射器、传感器、数字信号处理器和液晶显示器；电源分别与激光发射器、传感器、数字信号处理器和液晶显示器相连，提供电力来源；激光发射器发射出入射激光光束，射到镜面反射器上，反射出反射激光光束，反射激光光束由传感器接收，测量转换为电脉冲信号，传输给数字信号处理器；数字信号处理器，通过测试收到电脉冲信号的时间间隔，将电脉冲信号进行换算处理为水流速度，并与液晶显示器相连，将处理后的信号经液晶显示器显示。

进一步的，所述高灵敏度流速计还包括测量杆1，所述液晶显示器2位于测量杆顶端或通过电线与测量杆相连；测量杆底端连接可转动的测试探头3，测试探头上设置有叶轮4，叶轮4一侧设有鲨鱼尾鳍片5，保证测量时叶轮始终保持与水流方向垂直。

进一步的，测量杆1下方设置有由低端向上递增的刻度6。

进一步的，测量杆1长度可调的套杆。

进一步的，电源为充电锂电池和/或干电池。

进一步的，所述高灵敏度流速计叶轮及支撑杆采用904L钢材制作，叶轮轴与支撑杆的连接点中间为刚玉材质的耐磨轴承。

进一步的，所述高灵敏度流速计内设存储器，所述存储器与液晶显示器相连，存储数据。

实施例2:

如图3所示，液晶显示器2通过电线7与测量杆1相连。

其余均与实施例1相同。

本发明所依据的技术原理为将机械转动转换为光脉冲信号，可以实现流速计的小型化，甚至微型化，可用于测量实验系统内局部的水流速度，常规流速计无法触及到的小范围水流速度，也可用于测量河流、溪涧的水流速度。本发明采用激光与叶轮传输信号，减少了机械传动的摩擦，延长使用寿命，提高了设备可靠性。

Claims (7)

1.一种光学感应式流速测定方法，其特征在于：通过将叶轮的转速转换为光信号，进而转换为电信号来换算为水流速度；具体为激光发射器，发射出入射激光光束，入射激光光束射到镜面反射器上，得到反射激光光束；传感器接收反射激光光束，测量转换为电脉冲信号；电脉冲信号，传输给数字信号处理器进行换算处理，最后由液晶显示器进行显示。

2.一种应用如权利要求1所述的光学感应式流速测定方法所制备的高灵敏度流速计，其特征在于：包括电源、激光发射器、镜面反射器、传感器、数字信号处理器和液晶显示器；电源分别与激光发射器、传感器、数字信号处理器和液晶显示器相连，提供电力来源；激光发射器发射出入射激光光束，射到镜面反射器上，反射出反射激光光束，反射激光光束由传感器接收，测量转换为电脉冲信号，传输给数字信号处理器；数字信号处理器，将电脉冲信号进行换算处理为水流速度，并与液晶显示器相连，将处理后的信号经液晶显示器显示。

3.如权利要求2所述的高灵敏度流速计，其特征在于：还包括手持杆，所述液晶显示器位于手持杆顶端或通过电线与手持杆相连；手持杆底端设有激光发射器和传感器，通过转轴连接可转动的测试探头，测试探头的转轮表面设置有镜面反射器，测试探头上设置有叶轮，叶轮一侧设有鲨鱼尾鳍片。

4.如权利要求3所述的光学感应式高灵敏度流速计，其特征在于：手持杆下方设置有由底端向上递增的刻度。

5.如权利要求3或4所述的光学感应式高灵敏度流速计，其特征在于：手持杆为长度可调的套杆。

6.如权利要求2所述的光学感应式高灵敏度流速计，其特征在于：电源为充电锂电池和/或干电池。

7.如权利要求2所述的光学感应式高灵敏度流速计，其特征在于：所述高灵敏度流速计内设存储器，所述存储器与液晶显示器相连，存储数据。