CN111537764A - 相关性声学水体流速测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种相关性声学水体流速测量装置，属于水利工程测量领域。包括：复合金属支架、声波发射传感器、声波接收传感器、换能器、计算机；所述的复合金属支架包括：铜质门型框，铝制门型框，所述的铜质门型框为黄铜片压制，黄铜片的厚度为3mm；所述的铝制门型框，为任意型材铝合金压制，铝合金厚度为4.5mm。所述的铜质门型框和铝制门型框外型尺寸完全相同；所有换能器都通过驱动装置连接在计算机上。提出了一种新的利用声相关法测量流速的装置能够进行无阻碍、无接触流速测量。
Description
技术领域
本发明提出一种相关性声学水体流速测量装置，属于水利工程测量领域。
背景技术
声相关性测速方法是一种比较新的测速方法，具有无接触的优势。朱维庆等研究了测量流体速度的声相关测速理论和信号处理方法。获得了在声呐阵夫琅和费区域内适用的声呐阵时空相关函数，它是指数函数，这是相关测流速的理论模型。重点研究了时空声相关函数最大值附近的特性，它包含流速的主要信息。提出了局域最小二乘估计作为速度估计准则，采用序列二次规划作为最优化的方法，由此建立了声相关流速测量的信号处理方法。进行多次海上系统试验，验证了理论模型；给出了声相关海流剖面仪测得的流速、流向和流速剖面，与声多普勒海流剖面仪进行了对比，结果符合；最后给出了声相关海流剖面仪的测速均方差，稍大于理论值。
但没有给出声相关测速设备和其在淡水水利工程中的安装方法。
发明内容
本发明提相关性声学水体流速测量装置：
包括：复合金属支架、声波发射传感器、声波接收传感器、换能器、计算机。
所述的复合金属支架包括：铜质门型框，铝制门型框，所述的铜质门型框为黄铜片压制，黄铜片的厚度为3mm；所述的铝制门型框，为任意型材铝合金压制，铝合金厚度为4.5mm。所述的铜质门型框和铝制门型框外型尺寸完全相同。
所述的门铜质门型框包括两个长方体立柱和一个长方体横柱；
所述的长方体立柱高度范围为25cm-25m；
所述的长方体横柱长度为12.5cm-12.5m；
所述的长方体立柱与长方体横柱的长度比例关系为1：2；
所述的长方体立柱与长方体横柱的截面形状相同，且截面为矩形，矩形的长宽比为2：1；
所述的在长方体立柱上，上述矩形长边方向开有直径为60mm的传感器安装孔，安装声波发射传感器和声波接收传感器；
所述的传感器安装孔均匀分布在长方体立柱上，最上面的传感器安装孔中心距离长方体立柱顶端不小于2.5cm，最底部的传感器安装孔中心距离长方体立柱底端不小于3cm。
所述的铜质门型框上游面安装有四个相同的齿轮，齿轮两两用齿条相连，一个齿轮活动时，其他齿轮在齿条作用下同步活动；
所述的齿轮下游侧固定推拉螺栓，推拉螺栓也是四个，推拉螺栓与齿轮同步活动；
所述的推拉螺栓另一端穿过铝制门型框上的螺纹，在齿轮旋转时推拉螺栓同步旋转将铝制门框与铜质门框拉近或者缩短；
所述的推拉螺栓最大推出长度为10cm，当推拉螺栓完全缩进时，两门型框相互紧靠；
所述的铜质门型框为上游框，铝制门型框为下游框。
所述的声波发射传感器和声波接收传感器共两套，其中一套按照一对一的型式，安装在铜质门型框上的传感器安装孔上；另外声波发射传感器和声波接收传感器，按照一对一的型式，安装在铝质门型框上的传感器安装孔上；
安装在两个门型框同一个位置的两个声波发射传感器连接到同一个换能器的两个输出端；
安装在两个门型框同一个位置的两个声波接收传感器连接到同一个换能器的两个输入端；
所有换能器都通过驱动装置连接在计算机上。
本装置安装时，复合金属支架装入矩形断面内，铜质门型框面向上游，铝制门型框面向下游，长方体横柱嵌入矩形断面底面。
进行测量时，计算机通过驱动装置和换能器对声波发射传感器发出信号，声波发射传感器发出声音信号，声音信号通过水体后被对面的声音接收传感器接收，并被转成电信号被计算机采集识别。
计算机采集两个门型框同一个位置的声波接收传感器信号，并进行相关性对比；
当操作员通过调整齿轮调整推拉螺栓的位置，进而调整两个门型框的距离，当两个门型框同一个位置的声波接收传感器获得的声音信号相关性最高时停止调整齿轮，开始测量。
本发明的有益效果在于：
1、提出了一种新的利用声相关法测量流速的装置；
2、提出声相关法测量流速装置的安装和使用方法；
3、本发明提供了一种无阻碍、无接触测速装置。
附图说明
图1本发明声相关法测量流速的装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出实施例并对本发明进行具体描述。
实施例一
本发明提相关性声学水体流速测量装置：
包括：复合金属支架、声波发射传感器13、声波接收传感器15、换能器、计算机。
所述的复合金属支架包括：铜质门型框1，铝制门型框2，所述的铜质门型框1为黄铜片压制，黄铜片的厚度为3mm；所述的铝制门型框2，为任意型材铝合金压制，铝合金厚度为4.5mm。所述的铜质门型框1和铝制门型框2外型尺寸完全相同。
所述的门铜质门型框1包括两个长方体立柱和一个长方体横柱；
所述的长方体立柱高度范围为25cm-25m；
所述的长方体横柱长度为12.5cm-12.5m；
所述的长方体立柱与长方体横柱的长度比例关系为1：2；
所述的长方体立柱与长方体横柱的截面形状相同，且截面为矩形，矩形的长宽比为2：1；
所述的在长方体立柱上，上述矩形长边方向开有直径为60mm的传感器安装孔，安装声波发射传感器13和声波接收传感器15；
所述的传感器安装孔均匀分布在长方体立柱上，最上面的传感器安装孔中心距离长方体立柱顶端不小于2.5cm，最底部的传感器安装孔中心距离长方体立柱底端不小于3cm。
所述的铜质门型框1上游面安装有四个相同的齿轮12，齿轮12两两用齿条14相连，一个齿轮12活动时，其他齿轮12在齿条14作用下同步活动；
所述的齿轮12下游侧固定推拉螺栓3，推拉螺栓3也是四个，推拉螺栓3与齿轮12同步活动；
所述的推拉螺栓3另一端穿过铝制门型框上的螺纹，在齿轮旋转时推拉螺栓3同步旋转将铝制门框2与铜质门框1拉近或者推远；
所述的推拉螺栓3最大推出长度为10cm，当推拉螺栓3完全缩进时，两门型框相互紧靠；
所述的铜质门型框1为上游框，铝制门型框2为下游框。
所述的声波发射传感器和声波接收传感器共两套，其中一套按照一对一的型式，安装在铜质门型框1上的传感器安装孔上；另外声波发射传感器和声波接收传感器，按照一对一的型式，安装在铝质门型框2上的传感器安装孔上；
安装在两个门型框同一个位置的两个声波发射传感器13连接到同一个换能器的两个输出端；
安装在两个门型框同一个位置的两个声波接收传感器15连接到同一个换能器的两个输入端；
所有换能器都通过驱动装置连接在计算机上。
本装置安装时，复合金属支架装入矩形断面内，铜质门型框1面向上游，铝制门型框2面向下游，长方体横柱嵌入矩形断面底面。
进行测量时，计算机通过驱动装置和换能器对声波发射传感器发出信号，声波发射传感器发出声音信号，声音信号通过水体后被对面的声音接收传感器接收，并被转成电信号被计算机采集识别。
计算机采集两个门型框同一个位置的声波接收传感器信号，并进行相关性对比；
当操作员通过调整齿轮调整推拉螺栓3的位置，进而调整两个门型框的距离，当两个门型框同一个位置的声波接收传感器获得的声音信号相关性最高时停止调整齿轮，开始测量。
Claims (4)
1.相关性声学水体流速测量装置，其特征在于：包括：复合金属支架、声波发射传感器、声波接收传感器、换能器、计算机；
所述的复合金属支架包括：铜质门型框，铝制门型框，所述的铜质门型框为黄铜片压制，黄铜片的厚度为3mm；所述的铝制门型框，为任意型材铝合金压制，铝合金厚度为4.5mm；
所述的铜质门型框和铝制门型框外型尺寸完全相同。
2.根据权利要求1所述的相关性声学水体流速测量装置，其特征在于：所述的铜质门型框包括两个长方体立柱和一个长方体横柱；
所述的长方体立柱高度范围为25cm-25m；
所述的长方体横柱长度为12.5cm-12.5m；
所述的长方体立柱与长方体横柱的长度比例关系为1：2；
所述的长方体立柱与长方体横柱的截面形状相同，且截面为矩形，矩形的长宽比为2：1；
所述的在长方体立柱上，上述矩形长边方向开有直径为60mm的传感器安装孔，安装声波发射传感器和声波接收传感器；
所述的传感器安装孔均匀分布在长方体立柱上，最上面的传感器安装孔中心距离长方体立柱顶端不小于2.5cm，最底部的传感器安装孔中心距离长方体立柱底端不小于3cm。
3.根据权利要求1所述的相关性声学水体流速测量装置，其特征在于：所述的铜质门型框上游面安装有四个相同的齿轮，齿轮两两用齿条相连，一个齿轮活动时，其他齿轮在齿条作用下同步活动；
所述的齿轮下游侧固定推拉螺栓，推拉螺栓也是四个，推拉螺栓与齿轮同步活动；
所述的推拉螺栓另一端穿过铝制门型框上的螺纹，在齿轮旋转时推拉螺栓同步旋转将铝制门框与铜质门框拉近或者缩短；
所述的推拉螺栓最大推出长度为10cm，当推拉螺栓完全缩进时，两门型框相互紧靠；
所述的铜质门型框为上游框，铝制门型框为下游框。
4.根据权利要求1所述的相关性声学水体流速测量装置，其特征在于：所述的声波发射传感器和声波接收传感器共两套，其中一套按照一对一的型式，安装在铜质门型框上的传感器安装孔上；另外声波发射传感器和声波接收传感器，按照一对一的型式，安装在铝质门型框上的传感器安装孔上；
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