CN107024335A - 一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法及其装置 - Google Patents

一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法及其装置 Download PDF

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Abstract

一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法及其装置，包括升降机构(1)，平水装置(2)和数据采集与分析系统(3)，其特征在于，升降机构上部两端分别设置第一直线光轴(4)和第二直线光轴(5)，在升降机构一端的第一直线光轴(4)上设置参数测定探头(6)，参数测定探头(6)置于实验用水体(a)中，在升降机构一端的第二直线光轴(5)上设置压力探头(7)，压力探头(7)浸入置于平水装置(2)的水体中，参数测定探头(6)和压力探头(7)通过信号线接入数据采集与分析系统(3)。根据本发明，可实现波流水槽试验水域探头所在的相对静止水面的深度与相关参数的实时同步输出，即，该装置不仅适用于水面平稳的情况，也适用于水面波动的情况，由此，为波流水槽试验中垂向参数的测量提供新的测试手段。

Description

一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法 及其装置
技术领域
本发明涉及一种模型实验用测试领域，具体地，本发明涉及一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法及其装置，用于模拟水流及波浪作用下的水体状态参数的垂向分布测试。
背景技术
水体垂向参数是模型试验中的一项重要指标，包括含沙量、流速、密度、盐度等，在泥沙特性试验研究中，含沙量的垂向分布特征尤为重要。试验中垂向参数的测量通常采用的方法是将探头降低至水体指定深度测取所需参数，通过几个深度参数的测定值来近似描述该参数的垂向分布特征。要想得到更加精确的垂向分布曲线，使用上述方法往往费时费力，并且由于垂向点测量间隔过久和测取点水深位置不准导致垂线分布失真的情况。
现场观测中垂向参数的测取采用信号同步输出法，即在参数采集探头上集成或是绑定压力探头，将探头采集到的信号与其所在水深的信号进行同步输出，通过调节采样频率可以实现垂线分布的密集测量。但这种方法只能在水面静止或是在水面相对较为平稳的情况下才能采集到较为准确的垂向分布，不适用于水面波动较大的情况。
波流水槽的试验包括相对波高较大的波浪条件，如能提出一种适用于波流水槽垂向参数的测试装置，将给试验参数的测取提供一个良好的手段。
为此，本邻域寻求一种同步测试探头水深与探头信号的方法及其装置，该方法及其装置不仅适用于水面平稳的情况，也适用于水面波动的情况。所述测试方法可实现波流水槽试验水域探头所在的相对静止水面的深度与相关参数的实时同步输出，同时，为波流水槽试验中垂向参数的测量提供新的测试手段。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于：
提供一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法，所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法系同步测试探头水深与探头信号的方法，所述方法基于信号同步输出法，可实现波流水槽试验水域探头所在的相对静止水面的深度与相关参数的实时同步输出，即，该方法不仅适用于水面平稳的情况，也适用于水面波动的情况，由此，为波流水槽试验中垂向参数的测量提供新的测试手段。
本发明也提供一种用于波流水槽试验的垂向参数测试装置，所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试装置系同步测试探头水深与探头信号的装置，所述装置基于信号同步输出法，可实现波流水槽试验水域探头所在的相对静止水面的深度与相关参数的实时同步输出，即，该装置不仅适用于水面平稳的情况，也适用于水面波动的情况，由此，为波流水槽试验中垂向参数的测量提供新的测试手段。
本发明所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法，其技术方案如下：
一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法，用于模拟水流及波浪作用下的水体状态参数的垂向分布测试，使用包括升降机构1，平水装置2和数据采集与分析系统3的用于波流水槽试验的垂向参数测试装置，其特征在于，
所述升降机构两端分别设置有用于实现平稳垂直升降的第一直线光轴和第二直线光轴，
所述第一直线光轴底端设置有置于实验用水体a中的参数测定探头6，所述实验用水体a连通真实水体，通过参数测定探头6在实验用水体a中的升降，得以测定实验用水体a中不同深度的垂向参数，
所述第二直线光轴底端设置有置于平水装置2内的水体b中的压力探头7，设置于所述平水装置2内的水体b的探头7的高度和设置于实验用水体a内的测定探头6的高度保持同一，
所述平水装置内形成自循环的平水系统，通过压力探头7在平水装置2内的水体b中的升降，得以测定平水装置2内的水体b中不同深度的压力参数，由压力探头给出的压力参数得到压力探头所在位置的准确水深，进而得到测定探头6所在位置的准确水深。
根据本发明所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法，其特征在于，
所述平水装置2包括由连通水管连接的溢水容器、设置于溢水容器下方的溢水收集器及设置于溢水容器中的水泵，调整第一直线光轴和第二直线光轴底侧高度，试验初始状态必须保证探头7先于探头6入水体，并保证探头7始终保持浸入水体b的状态，探头6置于水体a的水面。
根据本发明所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法，参数测定探头6和压力探头7通过信号线接入数据采集与分析系统3，所述数据采集与分析系统对压力探头标定值精确到0.1mm。
根据本发明所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法，其特征在于，
所述实验用水体a通过水槽连通真实水体，所述水槽宽为1-1.5m。
根据本发明所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法，其特征在于，
所述平水装置内形成如下自循环的平水系统：
溢水容器溢水→溢水收集器收集溢水→水泵将溢水收集器中的水抽入溢水容器中，平水装置中的水始终保持溢流状态。
本发明也提供一种用于波流水槽试验的垂向参数测试装置，其技术方案如下：
一种用于波流水槽试验的垂向参数测试装置，用于模拟水流及波浪作用下的水体状态参数的垂向分布测试，包括升降机构1，平水装置2和数据采集与分析系统3，其特征在于，
所述升降机构两端分别设置有用于实现平稳垂直升降的第一直线光轴和第二直线光轴，
所述第一直线光轴底端设置有参数测定探头6，参数测定探头6置于实验用水体a中，所述实验用水体a连通真实水体，通过参数测定探头6在实验用水体a中的升降，得以测定实验用水体a中不同深度的垂向参数，
所述第二直线光轴底端设置有压力探头7，压力探头7置于平水装置2内的水体b中，设置于所述平水装置2内的水体b的探头7的高度和设置于实验用水体a内的测定探头6的高度保持相对同一，
通过压力探头7在平水装置2内的水体b中的升降，得以测定平水装置2内的水体b中不同深度的压力参数，由压力探头给出的压力参数得到压力探头所在位置的准确水深，进而得到测定探头6所在位置的准确水深。
根据本发明所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试装置，其特征在于，
所述平水装置2包括由连通水管连接的溢水容器、设置于溢水容器下方的溢水收集器及设置于溢水容器中的水泵，
所述平水装置内形成如下自循环的平水系统：
溢水容器溢水→溢水收集器收集溢水→水泵将溢水收集器中的水抽入溢水容器中，平水装置中的水始终保持溢流状态，
同时，试验初始状态下压力探头7保持浸入水体b的状态，参数测定探头6置于水体a的水面，压力探头7始终保持浸入水体b的状态。
根据本发明所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试装置，其特征在于，
所述实验用水体a通过水槽连通真实水体，所述水槽宽为1-1.5m。
根据本发明所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试装置，其特征在于，
所述升降机构包括：杆状底座、设置于杆状底座上方的横梁、杆状底座及其上方的横梁分别设置有通孔，直线光轴用卧式固定支撑座在横梁上进行固定，杆状底座上的通孔设置有直线轴承，直线光轴可穿过底座两端的通孔处的直线轴承带动横梁作垂直上下移动。
根据本发明所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试装置，其特征在于，
所述平水装置2的溢水容器为竖直筒状，所述设置于溢水容器下方的溢水收集器为直径大于溢水容器的盆状。
根据本发明，平水装置是利用水下压力和水深之间的关系，由压力探头给出的压力数值而得到探头所在位置的准确水深，进而可以得到参数测定探头6所在位置的准确水深。
所述直线光轴为用于悬挂并作垂直平稳同步升降探头6及探头7的直形、外周无螺纹等凸起形状物的升降杆。升降机构包括：杆状底座、设置于杆状底座上方的横梁、杆状底座及其上方的横梁分别设置有通孔，直线光轴用卧式固定支撑座在横梁上进行固定，杆状底座上的通孔设置有直线轴承，直线光轴可穿过底座两端的通孔处的直线轴承带动横梁作垂直上下移动。
所述平水装置2设置在探头7的下方，用于测定探头6所在位置的水深，包括由连通水管连接的溢水容器、设置于溢水容器下方的溢水收集器及设置于溢水容器中的水泵，调整第一直线光轴和第二直线光轴底侧高度，试验初始，必须保证探头7先于探头6入水体，并保证探头7始终保持浸入水体b的状态。
根据本发明所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试装置，参数测定探头6和压力探头7通过信号线接入数据采集与分析系统3。
根据本发明所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试装置，参数测定探头采用obs3+，如果测定其它参数，选用相应测量仪器，比如：测定流速，可设置流速仪等，数据采集与分析系统使用DH3820。
根据本发明的一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法及其装置，可实现波流水槽试验水域探头所在的相对静止水面的深度与相关参数的实时同步输出，即，该装置不仅适用于水面平稳的情况，也适用于水面波动的情况，由此，为波流水槽试验中垂向参数的测量提供新的测试手段。
1)本发明使用升降机构和平水装置，通过升降机构两端直线光轴的同步升降实现垂向参数与其相对静止水面水深的实时同步输出。
2)本发明适用于波流水槽试验，弥补了现有技术的短板。
3)本发明可以通过控制采样频率和升降机构的速度，实现垂向参数的任意间距和时间跨度的采集。
4)本发明采用的装置结构简单，成本低。
附图说明
图1为本发明的用于波流水槽试验的垂向参数测试装置的结构示意图；
图2为波浪作用过程中，该装置采集到的某深度段的垂向分布信号曲线图；
图3为波浪作用停止后，稳水状况下采集到的垂向分布信号曲线图。
图中：1升降机构；2平水装置；3数据采集与分析系统；4第一直线光轴；5第二直线光轴；6参数采集探头；7压力探头。8为底座，9为设置于底座下方的横梁，10为直线轴承，11为卧式固定支撑座。
a为试验用水体；b为平水装置内的水体。
具体实施方式
实施例
一种用于波流水槽试验的垂向参数测试装置，包括升降机构1，平水装置2和数据采集与分析系统3，升降机构上部两端分别设置第一直线光轴4和第二直线光轴5。在升降机构一端的第一直线光轴4上设置参数测定探头6，参数测定探头6置于实验用水体a中。所述实验用水体a通过水槽连通真实水体，实验用水体a水槽宽为1-1.5m。
在升降机构一端的第二直线光轴5上设置压力探头7，压力探头7浸入平水装置2的水体中，参数测定探头6和压力探头7通过信号线接入数据采集与分析系统3。
另外，平水装置2安放在探头7的下方，并保证探头7始终保持浸入状态，且保证平水装置2始终保持溢水状态，探头6置于水体a的水面。
平水装置是利用水下压力和水深之间的关系，由压力探头给出的压力数值而得到探头所在位置的准确水深，进而可以得到参数测定探头6所在位置的准确水深。
所述升降机构包括：杆状底座、设置于杆状底座上方的横梁、杆状底座及其上方的横梁分别设置有通孔，直线光轴用卧式固定支撑座在横梁上进行固定，杆状底座上的通孔设置有直线轴承，直线光轴可穿过底座两端的通孔处的直线轴承带动横梁作垂直上下移动。
设置于所述平水装置2内的水体b的探头7的高度和设置于实验用水体a内的测定探头6的高度保持相对同一。通过参数测定探头6在实验用水体a中的升降，得以测定实验用水体a中不同深度的垂向参数。
所述直线光轴为用于悬挂并作垂直平稳同步升降探头6及探头7的直形、外周无螺纹等凸起形状物的升降杆。由此保证直线光轴可穿过底座两端的通孔处的直线轴承，带动横梁作无阻碍的垂直上下移动。
所述平水装置2包括由连通水管连接的溢水容器、设置于溢水容器下方的溢水收集器及设置于溢水容器中的水泵，所述平水装置内形成如下自循环的平水系统：
溢水容器溢水→溢水收集器收集溢水→水泵将溢水收集器中的水抽入溢水容器中，平水装置中的水始终保持溢流状态。
调整第一直线光轴和第二直线光轴底侧高度，试验初始状态必须保证探头7先于探头6入水体，并保证探头7始终保持浸入水体b的状态。
根据本实施例，参数测定探头6和压力探头7通过信号线接入数据采集与分析系统3。所述数据采集与分析系统对压力探头标定值精确到0.1mm。
参数测定探头采用obs3+，数据采集与分析系统使用DH3820。
使用本发明的一种波浪模型试验的垂向参数测试装置测试步骤如下：
1)使用DH3820对压力探头进行标定，精确到0.1mm；
2)将压力探头和obs3+接入DH3820；
3)运行平水装置，使其保持为溢水状态；
4)将平水装置安放在压力探头的下方，并保证压力探头始终保持浸入状态；
5)控制升降机构的升降速度，对信号进行实时采集。
根据本发明的一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法及其装置，可实现波流水槽试验水域探头所在的相对静止水面的深度与相关参数的实时同步输出，即，该装置不仅适用于水面平稳的情况，也适用于水面波动的情况，由此，为波流水槽试验中垂向参数的测量提供新的测试手段。

Claims (10)

1.一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法，用于模拟水流及波浪作用下的水体状态参数的垂向分布测试，使用包括升降机构(1)，平水装置(2)和数据采集与分析系统(3)的用于波流水槽试验的垂向参数测试装置，其特征在于，
所述升降机构两端分别设置有用于实现平稳垂直升降的第一直线光轴和第二直线光轴，
所述第一直线光轴底端设置有置于实验用水体(a)中的参数测定探头(6)，所述实验用水体(a)连通真实水体，通过参数测定探头(6)在实验用水体(a)中的升降，得以测定实验用水体(a)中不同深度的垂向参数，
所述第二直线光轴底端设置有置于平水装置(2)内的水体(b)中的压力探头(7)，设置于所述平水装置(2)内的水体(b)的压力探头(7)的高度和设置于实验用水体(a)内的参数测定探头(6)的高度保持相对同一，
所述平水装置内形成自循环的平水系统，通过压力探头(7)在平水装置(2)内的水体(b)中的升降，得以测定平水装置(2)内的水体(b)中不同深度的压力参数，由压力探头给出的压力参数得到压力探头所在位置的准确水深，进而得到参数测定探头(6)所在位置的准确水深。
2.如权利要求1所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法，其特征在于，
所述平水装置(2)包括由连通水管连接的溢水容器、设置于溢水容器下方的溢水收集器及设置于溢水容器中的水泵，调整第一直线光轴和第二直线光轴底侧高度，确保试验初始状态压力探头(7)浸入水体(b)，参数测定探头(6)置于水体(a)的水面，并保证压力探头(7)始终保持浸入水体b的状态。
3.如权利要求1所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法，参数测定探头(6)和压力探头(7)通过信号线接入数据采集与分析系统(3)，所述数据采集与分析系统对压力探头标定值精确到0.1mm。
4.如权利要求1所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法，其特征在于，
所述实验用水体(a)通过水槽连通真实水体，所述水槽宽为1-1.5m。
5.如权利要求1所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法，其特征在于，
所述平水装置内形成如下自循环的平水系统：
溢水容器溢水→溢水收集器收集溢水→水泵将溢水收集器中的水抽入溢水容器中，平水装置中的水始终保持溢流状态。
6.一种用于波流水槽试验的垂向参数测试装置，用于模拟水流及波浪作用下的水体状态参数的垂向分布测试，包括升降机构(1)，平水装置(2)和数据采集与分析系统(3)，其特征在于，
所述升降机构两端分别设置有用于实现平稳垂直升降的第一直线光轴和第二直线光轴，
所述第一直线光轴底端设置有参数测定探头(6)，参数测定探头(6)置于实验用水体(a)中，所述实验用水体(a)连通真实水体，通过参数测定探头(6)在实验用水体(a)中的升降，得以测定实验用水体(a)中不同深度的垂向参数，
所述第二直线光轴底端设置有压力探头(7)，压力探头(7)置于平水装置(2)内的水体(b)中，设置于所述平水装置(2)内的水体(b)的压力探头(7)的高度和设置于实验用水体(a)内的参数测定探头(6)的高度保持相对同一，
通过压力探头(7)在平水装置(2)内的水体(b)中的升降，得以测定平水装置(2)内的水体(b)中不同深度的压力参数，由压力探头给出的压力参数得到压力探头所在位置的准确水深，进而得到参数测定探头(6)所在位置的准确水深。
7.如权利要求6所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试装置，其特征在于，
所述平水装置(2)包括由连通水管连接的溢水容器、设置于溢水容器下方的溢水收集器及设置于溢水容器中的水泵，
所述平水装置内形成如下自循环的平水系统：
溢水容器溢水→溢水收集器收集溢水→水泵将溢水收集器中的水抽入溢水容器中，平水装置中的水始终保持溢流状态，
同时，保证压力探头(7)始终保持浸入水体(b)的状态，参数测定探头(6)初始状态下置于水体(a)的水面。
8.如权利要求6所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试装置，其特征在于，
所述实验用水体(a)通过水槽连通真实水体，所述水槽宽为1-1.5m。
9.如权利要求6所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试装置，其特征在于，
所述升降机构包括：杆状底座、设置于杆状底座上方的横梁、杆状底座及其上方的横梁分别设置有通孔，直线光轴用卧式固定支撑座在横梁上进行固定，杆状底座上的通孔设置有直线轴承，直线光轴可穿过底座两端的通孔处的直线轴承带动横梁作垂直上下移动。
10.如权利要求7所述一种用于波流水槽试验的垂向参数测试装置，其特征在于，
所述平水装置(2)的溢水容器为竖直筒状，所述设置于溢水容器下方的溢水收集器为直径大于溢水容器的盆状。
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