CN110006509B - 基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台 - Google Patents

基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台 Download PDF

Info

Publication number
CN110006509B
CN110006509B CN201910107062.5A CN201910107062A CN110006509B CN 110006509 B CN110006509 B CN 110006509B CN 201910107062 A CN201910107062 A CN 201910107062A CN 110006509 B CN110006509 B CN 110006509B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tank body
water
ultrasonic transducer
flow
automatic lifting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910107062.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110006509A (zh
Inventor
周新志
崔岢
代伟嵩
陈雨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan University
Original Assignee
Sichuan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan University filed Critical Sichuan University
Priority to CN201910107062.5A priority Critical patent/CN110006509B/zh
Publication of CN110006509A publication Critical patent/CN110006509A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110006509B publication Critical patent/CN110006509B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

本发明涉及流量计检定领域，是指基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台，解决了现有技术中无法对流量进行有效检测的问题。本发明包括恒位水箱，整流板组，槽体，水泵抽水水箱，循环水泵，基于动态网格的测流系统；所述测流系统包括超声换能器组；微控制器；水位监测装置和自动升降装置；所述自动升降装置上设置有超声换能器；所述超声换能器组、水位检测装置和自动升降装置分别连接微控制器。本发明在现有技术的基础上设置基于动态网格的测流系统，通过动态调整网格的大小与数量、重建算法，重建网格内的流速，提高流速计算的精准度；通过对变化率明显的区域或网格的多超声换能器线路调用和计算，进一步提高流量测量的精准度。

Description

基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台
技术领域
本发明涉及流量计检定领域，特别是指基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台。
背景技术
槽体中水流运动是一种非常复杂的自然现象，对于各种作用力存在的情况和它们发展的规律，至今还没有清楚的了解，传统的槽体实验槽的基础设施建设工程庞大、运行维护复杂且成本也较高等问题，但本身也存在诸如流速可调范围小、断面不可调、无法自动更新水源及缺乏智能监测工具等新问题。
为配合整体枢纽布置或研究某些水流问题，需建置槽体实验槽，借助于槽体实验槽观测水流流态，描绘或摄录实验过程中各种水流现象。现有的槽体实验槽大都无法做到高精度的实时流量测量。
传统的槽体实验槽的基础设施建设工程庞大、运行维护复杂且成本也较高、水量损耗巨大、无法实时精准测量流量等问题
亟待出现一种结构简单、测量精准的新型实验装置。
发明内容
本发明提出基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台，解决了现有技术中无法对流量进行有效检测的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台，包括保证出水量恒定的恒位水箱，整流板组，槽体，保证装置水循环的水泵抽水水箱，控制出水的循环水泵，基于动态网格的测流系统；所述测流系统包括设置于待测槽体两侧、均匀分布于槽体深度方向的超声换能器组；用于控制和运算的微控制器；水位监测装置和自动升降装置；所述自动升降装置上设置有超声换能器；所述自动升降装置设置于槽体两侧超声换能器组垂直方向，与槽体水面平行；所述超声换能器组、水位检测装置和自动升降装置分别连接微控制器。
进一步地，所述槽体底部还设置有超声换能器，所述超声换能器与设置于自动升降装置上的超声换能器平行设置。
优选地，所述设置于自动升降装置和槽体底部的超声换能器不少于两个。
进一步地，还包括用于测量流量的二维超声波流量计。
本发明公开的基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台，在现有技术的基础上设置基于动态网格的测流系统，通过动态调整网格的大小与数量，通过重建算法，重建每一个网格内的流速的平均流速，提高流速计算的精准度；通过对变化率明显的区域或网格的多超声换能器线路调用和计算，进一步提高流量测量的精准度。
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，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：超声换能器布置图；
图2：声波传输路径与网格划分图；
图3：动态变化后声波传输路径与网格划分图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台，包括保证出水量恒定的恒位水箱，整流板组，槽体，保证装置水循环的水泵抽水水箱，控制出水的循环水泵，基于动态网格的测流系统；所述测流系统包括设置于待测槽体两侧、均匀分布于槽体深度方向的超声换能器组；用于控制和运算的微控制器；水位监测装置和自动升降装置；所述自动升降装置上设置有超声换能器；所述自动升降装置设置于槽体两侧超声换能器组垂直方向，与槽体水面平行；所述超声换能器组、水位检测装置和自动升降装置分别连接微控制器
进一步地，所述槽体底部还设置有超声换能器，所述超声换能器与设置于自动升降装置上的超声换能器平行设置。
优选地，所述设置于自动升降装置和槽体底部的超声换能器不少于两个。
进一步地，还包括用于测量流量的二维超声波流量计。
基于动态网格的流量测量方法，包括以下步骤：A设置超声换能器：在待测槽体两侧分别设置超声换能器组；在槽体中设置自动升降装置，自动升降装置上设置超声换能器；设置水位检测装置；B调整自动升降装置位置：通过水位监测装置监测水位，通过微控制器控制自动升降装置，使自动升降装置上的超声换能器没入水中；C设置动态网格：根据没入水中的超声换能器，通过微控制器动态调用流量场网格；D流量场重建：通过微控制器运算生成流量场；E信号传递：通过通信装置将信号传送至远程控制装置。
进一步地，所述步骤A还包括在槽体底部，平行于自动升降装置方向设置超声换能器。
进一步地，所述步骤D具体的是判断流量场变化率，并调用超声换能器对变化率变化明显的区域，动态改变网格大小和数量与超声换能器线路调用，通过算法实现流量场的重建。
进一步地，还包括步骤F实时监测：重复步骤C、D和E，将实时流量场通过通信装置传送至远程控制装置；所述步骤F设置于步骤E后。
如图2本发明的声波传输路径图所示，将待测的区域划分为多个小网格，6x6的网格，即动态网格。如图3动态变化后声波传输路径与网格划分图所示，当水位发生变化时，超声波的路径与重建区域的网格数也动态的变化，该布置方式可以实现多网格的流速进行测量，可准确测量实时流量。
在使用过程中，当水位没过1和6号超声换能器时，所有超声波均投入工作，重建全部区域；当水位在1与2换能器中间时，1与6停止使用，重建区域变2、5、10、7组成的区域；水位依次下降重建区域与网格数量也依次缩小；同理，淤泥变高5与10停止使用，重建区域也相应的缩小为1、4、9、6组成的区域。通过水位检测装置，实时调整重建平面与超声波路径达到精准还原二维流速场。
超声二维测流量的原理如下：
设声波发射点A到接收点B距离为L(单位为m)，则在静止水中声波飞渡时间Δt(单位为s)为
Figure BDA0001967005330000051
cAB为声波在路径AB上的平均声速(单位m/s)。如果有传播方向的流速分量vAB存在，则有
Figure BDA0001967005330000052
其中vAB为沿路径AB的流体速度分量，单位为m/s。
声波发射/接收点调换时，从B点到A点的飞渡时间(单位为s)为
Figure BDA0001967005330000053
其中vAB为沿路径AB的流体速度分量，单位为m/s。
如果将两飞渡时间相减：
Figure BDA0001967005330000054
由于测量对象比c小3个数量级以上，故分母中
Figure BDA0001967005330000055
可以省略。
Figure BDA0001967005330000056
设声波飞度路径与水流方向的夹角为θ，则有w＝v/cosθ，其中w为水流的速度
Figure BDA0001967005330000057
用Lki表示第k条路径通过第i个网格的长度，wi表示第个立体网格内声波的平均速度，则声波沿着第k条路径的飞度时间差
Figure BDA0001967005330000058
Figure BDA0001967005330000059
最小二乘法是令方程式的平方和为最小
AT·A·W＝AT·t
其中W＝(w1,...,wn)T，t＝(Δt1,...,Δtm)T，
Figure BDA0001967005330000061
其中，
Figure BDA0001967005330000062
其中θki为第i个网格内第k条路径与水流方向的夹角，c为声波速度。
Figure BDA0001967005330000063
wn为第i个流速，dl为声波传输路径的微分。
W＝(AT·A)-1·AT·t
通过测水位装置得出水位高低，实时调整重建二维流速场的大小，实时重建二维流速场数据，最终流量为
Figure BDA0001967005330000064
其中，wi表示第i个网格内平均流速，Si表示第i个网格的面积,n表示划分的网格数。
本发明公开的基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台，在现有技术的基础上设置基于动态网格的测流系统，通过动态调整网格的大小与数量，通过重建算法，重建每一个网格内的流速的平均流速，提高流速计算的精准度；通过对变化率明显的区域或网格的多超声换能器线路调用和计算，进一步提高流量测量的精准度。
当然，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员应该可以根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台，包括保证出水量恒定的恒位水箱，整流板组，槽体，保证装置水循环的水泵抽水水箱，控制出水的循环水泵，其特征在于：还包括：基于动态网格的测流系统；
所述测流系统包括设置于待测槽体两侧、均匀分布于槽体深度方向的超声换能器组；
用于控制和运算的微控制器；
水位监测装置和自动升降装置；
所述自动升降装置上设置有超声换能器；所述自动升降装置设置于槽体两侧超声换能器组垂直方向，与槽体水面平行；
所述超声换能器组、水位检测装置和自动升降装置分别连接微控制器；
微控制器根据水位监测装置监测的水位控制自动升降装置，使自动升降装置上的超声换能器没入水中；并动态调用流量场网格；判断流量场变化率，调用超声换能器对变化率变化明显的区域，动态改变网格大小和数量与超声换能器线路调用，实现流量场的重建。
2.根据权利要求1所述的基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台，其特征在于：所述槽体底部还设置有超声换能器，所述超声换能器与设置于自动升降装置上的超声换能器平行设置。
3.根据权利要求2所述的基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台，其特征在于：所述设置于自动升降装置和槽体底部的超声换能器不少于两个。
4.根据权利要求1所述的基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台，其特征在于：还包括用于测量流量的二维超声波流量计。
CN201910107062.5A 2019-02-02 2019-02-02 基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台 Active CN110006509B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910107062.5A CN110006509B (zh) 2019-02-02 2019-02-02 基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910107062.5A CN110006509B (zh) 2019-02-02 2019-02-02 基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110006509A CN110006509A (zh) 2019-07-12
CN110006509B true CN110006509B (zh) 2023-04-18

Family

ID=67165668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910107062.5A Active CN110006509B (zh) 2019-02-02 2019-02-02 基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110006509B (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2581950Y (zh) * 2002-04-29 2003-10-22 四川万江水利信息化技术有限公司 水情测报与计量用水智能装置
CN1576803A (zh) * 2003-07-16 2005-02-09 Avl里斯脱有限公司 超声波气流计和测量内燃发动机废气流量的装置以及获取气体流量的方法
JP2010117201A (ja) * 2008-11-12 2010-05-27 Yazaki Corp 流量計
CN102607653A (zh) * 2012-04-06 2012-07-25 清华大学 一种基于超声波的管道流速成像和流量测量方法
CN102735294A (zh) * 2011-04-02 2012-10-17 苏州科技学院 基于红外焦平面和重建技术的风速场测量装置的测量方法
WO2013059659A1 (en) * 2011-10-19 2013-04-25 Verasonics, Inc. Estimation and display for vector doppler imaging using plane wave transmissions
CN103074873A (zh) * 2013-02-07 2013-05-01 天津大学 一种非理想流场下的多声道超声流量计声道布置方法
CN203148473U (zh) * 2013-04-04 2013-08-21 四川大学 一种实验用水槽
CN103906998A (zh) * 2011-10-31 2014-07-02 韦尔泰克有限公司 用于确定流速的井下工具
WO2015153135A1 (en) * 2014-04-01 2015-10-08 Saudi Arabian Oil Company Flow data acquisition and telemetry processing systems
CN107167188A (zh) * 2017-04-27 2017-09-15 四川大学 一种应用于矩形明渠流量计量的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7194919B2 (en) * 2003-05-29 2007-03-27 Transonic Systems, Inc. Acoustically coupled ultrasonic transit time flow sensors

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2581950Y (zh) * 2002-04-29 2003-10-22 四川万江水利信息化技术有限公司 水情测报与计量用水智能装置
CN1576803A (zh) * 2003-07-16 2005-02-09 Avl里斯脱有限公司 超声波气流计和测量内燃发动机废气流量的装置以及获取气体流量的方法
JP2010117201A (ja) * 2008-11-12 2010-05-27 Yazaki Corp 流量計
CN102735294A (zh) * 2011-04-02 2012-10-17 苏州科技学院 基于红外焦平面和重建技术的风速场测量装置的测量方法
WO2013059659A1 (en) * 2011-10-19 2013-04-25 Verasonics, Inc. Estimation and display for vector doppler imaging using plane wave transmissions
CN103906998A (zh) * 2011-10-31 2014-07-02 韦尔泰克有限公司 用于确定流速的井下工具
CN102607653A (zh) * 2012-04-06 2012-07-25 清华大学 一种基于超声波的管道流速成像和流量测量方法
CN103074873A (zh) * 2013-02-07 2013-05-01 天津大学 一种非理想流场下的多声道超声流量计声道布置方法
CN203148473U (zh) * 2013-04-04 2013-08-21 四川大学 一种实验用水槽
WO2015153135A1 (en) * 2014-04-01 2015-10-08 Saudi Arabian Oil Company Flow data acquisition and telemetry processing systems
CN107167188A (zh) * 2017-04-27 2017-09-15 四川大学 一种应用于矩形明渠流量计量的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"声学法深海热液速度场测量重建算法研究";白燕 等;《海洋科学》;第35卷(第03期);第42-49页 *
"差分方程辨识稳定水位流量关系的实现";杨四海 等;《华侨大学学报》;第26卷(第4期);第420-423页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110006509A (zh) 2019-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109060056B (zh) 一种非接触式雷达测流的河道断面流量计算方法
CN107632168B (zh) 一种河道二维流速及流量测量系统及方法
CN102289570B (zh) 基于降雨-径流-洪水演进计算的洪水预报方法
CN110359415A (zh) 一种基于个体模式的鱼道过鱼模拟方法
Battjes Refraction of water waves
CN113124941A (zh) 一种河道流量非接触式测量及精确计算方法
CN113642274B (zh) 一种基于流场模型的河流流量计算方法
CN112464584A (zh) 自由表面流的水位和流量推求方法
CN106202629A (zh) 一种跨海桥梁基础所受波浪力的计算方法
Andersson et al. A study of the location of the entrance of a fishway in a regulated river with CFD and ADCP
CN110006509B (zh) 基于动态网格的声学流量测量的自循环槽体实验平台
JP2011112393A (ja) 河川流量測定方法及び河川流量測定装置
CN113887142A (zh) 一种基于渠道横切面的平均流速计算方法
CN105956327A (zh) 地面灌溉地表水流运动过程模拟方法
CN110057413B (zh) 基于动态网格的流量测量装置及其方法
CN110715632B (zh) 强潮河口海湾桥墩局部冲刷深度预测及预警的专用终端
CN103412991B (zh) 一种网箱对水流影响的模拟方法
CN110543679B (zh) 一种多波况大尺寸固定式海工平台水平力计算方法
CN114896909A (zh) 一种基于水位高度的明渠流量计算方法
Shounda et al. Spatial-averaged turbulence statistics over regular arrays of hemispherical roughness
Sarkar et al. Formation and migration of ripple pattern due to pure wave
Paudel et al. Dethridge wheel for pico-scale hydropower generation: An experimental and numerical study
Yin et al. Hydrodynamic characteristics of a pneumatic breakwater with combined wave–current actions: A numerical investigation
CN205373998U (zh) 一种基于压力传感器的薄层水流滚波测量装置
CN114357903A (zh) 基于河床形态参数的冲积河流阻力计算、模拟方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant