CN108253876B - 一种多点式液面波动形态测量装置及方法 - Google Patents

一种多点式液面波动形态测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多点式液面波动形态测量装置及方法，属于液面波动测量技术领域。该装置包括探头、导线、转接线、数据采集器和电脑，探头排布成点阵形势，布置在液面附近，液面淹没部分探头，探头与转接线通过导线连接，当探头接触导电液体后，探头、液体、导线、转接线和数据采集器形成闭合电流回路；数据采集器连接电脑，将信号上传至电脑。该装置可实现在线连续自动液面形态数据采集和实时显示，特别适用于中小型实验容器内液面波动参数的记录和在线观测。

Description

一种多点式液面波动形态测量装置及方法
技术领域
本发明涉及液面波动测量技术领域，特别是指一种多点式液面波动形态测量装置及方法。
背景技术
液面波动形态作为一项重要的波动参数，是水利工程、水力模型实验台以及液体容器内液面波动和液位测量等内容的一个重要部分。
目前，测量对于液面波动形态的测量主要限于波高，波高的仪器总体可分为接触式和非接触式两种，按照测量原理分类，可分为压力式波浪仪、基于加速度原理的波浪测量浮标、电容式波高测量仪以及运用声光反射来测量的波高仪等。
压力式波浪仪通过采集单一水位变化数据，然后通过简单人工水位记录的方法来测量波高。其优点在于方便快捷操作简单，对设备的要求低、对精度需求不高的场合可以考虑；缺点在于其采集的数据量小，并且仅限于静态观测，对长期在线波浪观测并不适合，而且不能根据水域温度和盐度的影响来进行自动校准。
基于水面重力式的波浪测量仪器，利用重力加速度的原理，通过波高倾斜数据采集系统实现对波高的测量。现在这种技术有比较成熟、可信的测量精确度，但只适合海面波浪的波动参数的测量。
电容式测量仪是根据电容的变化来实现波高测量的液位仪表。电容式波高传感器是其主要构件，采用电极结构的电容敏感元件作为转换元件，具有响应速度快、体积小等优点，但测量精度相对较差。
激光和超声波式测量仪器区别于以上仪器，属于非接触式。其工作原理很相似，在水面上方设置测距装置，以一定的频率发射激光或声波来测量探头与水面的垂直距离，分析所测距离信号的变化规律，即可得出波面高度。此套仪器成本高、精度要求高，一般测量环境很难满足。
综上所述，虽然波面测量技术近些年有所发展，但寻求一种原理简单、成本低廉、简便易实现的测量仪器仍然是迫切的需要。本发明技术方案得到了国家重点研发计划课题《钢铁流程低品位余热高效利用技术开发与研究》(课题编号：2016YFC0401201)的大力支持。
发明内容
本发明为了解决装有无金属腐蚀性导电液体的容器内液面波动及液面位置的测量问题，提供一种多点式液面波动形态测量装置及方法。
该测量装置包括探头、导线、转接线、数据采集器和电脑，探头布置在导电液体的液面附近，探头与转接线通过导线连接，当探头接触导电液体后，探头、导电液体、导线、转接线和数据采集器形成闭合电流回路；数据采集器连接电脑，将信号上传至电脑。
其中，探头排布成点阵形式，导电液体的液面淹没部分探头，淹没探头数量占总数量的1/4-1/2。
数据采集器的信号采集周期为50ms。
数据采集器插入电脑PCI接口。
探头点阵之间通过固定和滑移部件支撑，固定和滑移部件喷涂绝缘漆。
采用该测量装置进行测量的方法，包括如下步骤：
(1)将点阵式探头所组成的测量装置放置于静止液面的上方，距离液面的高度根据实际需要自行选取；
(2)进行相关实验，波动的液面会将接触到的探头信号改变；
(3)采集所有探头信号随时间的变化情况；
(4)对探头信号随时间的变化情况进行分析，利用探头的阵列数据便可以绘制出波形的三维图像。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1、突破了现有方法的原理，首次采用电路闭合与断开产生的电平信号作为测量依据；
2、使用数据采集器，解决了多触点信号接收问题；
3、数据采集器实现了较大信号接收频率；
4、电信号传导使响应速度快；
5、多点式探头的布置方式，可满足较大测量范围。
附图说明
图1为本发明的多点式液面波动形态测量装置部件连接示意图；
图2为本发明的多点式液面波动形态测量装置布置示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的装有无金属腐蚀性导电液体的容器内液面波动及液面位置的测量问题，提供一种多点式液面波动形态测量装置及方法。
如图1所示，该测量装置包括探头、导线、转接线、数据采集器和电脑，探头布置在导电液体的液面附近，探头与转接线通过导线连接，当探头接触导电液体后，探头、导电液体、导线、转接线和数据采集器形成闭合电流回路；数据采集器连接电脑，将信号上传至电脑。
如图2所示，探头排布成点阵形式，导电液体的液面淹没部分探头，淹没探头数量占总数量的1/4-1/2。
数据采集器的信号采集周期为50ms。
数据采集器插入电脑PCI接口。
在测量过程中，电脑根据电路闭合点的三维位置信号绘制整个液面的波动状况及波动高度。
在实际使用过程中，首先将探头排布成点阵形势，布置在液面附近，使液面淹没部分探头。
探头点阵之间通过固定和滑移部件支撑，固定和滑移部件喷涂绝缘漆。探头和导线直接连接，导线延伸与转接线连接。
转接线通过串口与数据采集器取得连接，数据采集器共有若干接口用于连接相应的探头。
数据采集器与电脑之间通过PCI接口取得连接，为了得到波高信号在线显示和采集功能，用VB编程语言在电脑上编制应用软件，在指定采样频率下采集波高信号。
具体工作过程如下：
接触到导电液体的探头与液体、导线、转接线和数据采集器形成闭合电流回路，数据采集器接收到电流信号，并将电流信号上传至电脑，应用软件以“1”记录电信号，相应的探头标志按钮显示白色；未接触液体的探头，数据采集器收不到电流信号，应用软件以“0”记录电信号，相应按钮显示为黑色。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种多点式液面波动形态测量装置，其特征在于：包括探头、导线、转接线、数据采集器和电脑，探头布置在导电液体的液面附近，探头与转接线通过导线连接，当探头接触导电液体后，探头、导电液体、导线、转接线和数据采集器形成闭合电流回路；数据采集器连接电脑，将信号上传至电脑；
所述探头排布成点阵形式，导电液体的液面淹没探头总数量的1/4-1/2；
所述数据采集器插入电脑PCI接口；
采用该装置进行测量的方法，包括如下步骤：
(1)将点阵式探头放置于静止液面的上方；
(2)进行相关实验，波动的液面会将接触到的探头信号改变；
(3)采集所有探头信号随时间的变化情况；
(4)对探头信号随时间的变化情况进行分析，利用探头的阵列数据绘制出波形的三维图像；
所述数据采集器的信号采集周期为50ms；
所述探头点阵之间通过固定和滑移部件支撑，固定和滑移部件喷涂绝缘漆。
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