CN111795798A - 波浪水槽内自动调整高度的水沙测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波浪水槽内自动调整高度的水沙测量装置及测量方法，水沙测量装置包括水槽，还包括架设在水槽上的T型桁架，T型桁架包括水平支架和竖直支架，水平支架的两端通过固定装置对称安装在水槽侧壁上，竖直支架的顶端固设在水平支架的中心位置，其底端伸入水槽内；升降装置的一端连接在竖直支架的底端，其另一端通过第一刚性拉杆连接套壳的一端，套壳的另一端连接测量装置本体；还包括控制部分，其同时与升降装置、测量装置本体连通；本发明解决现有技术中无法在动床实验中准确地识别底床高程，并且自动调整仪器位置使之持续测量目标位置水沙数据的问题。

Description

波浪水槽内自动调整高度的水沙测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种波浪水槽内自动调整高度的水沙测量装置及测量方法，属于物理模型试验中关于水沙数据测量领域。

背景技术

物理模型试验由于其不受现场条件的限制、便于实施并且造价较低等特点，是一种广泛而高效的研究手段。通过选取合适的比尺关系，往往能通过物理模型实验发现各个要素之间的关系。波浪水槽实验是用来研究波浪、水流、泥沙之间相互作用的重要手段；在波浪的作用下，沙质底床会发生不同程度的冲淤变化，伴随着底床高程增大或减小。

以往在布置测量仪器的过程中，总是将仪器布置在一个特定的高程用于测量距离底床特定高度的水沙数据，比如测量底部边界层的流速和含沙量浓度；然而，在波浪的作用下，底床高程会发生相应的变化；在冲刷区域，底床和测量仪器的距离会逐渐增大，以至于仪器无法测量到目标位置的水沙数据；在淤积区域，底床与仪器的位置会逐渐减小，甚至可能将仪器掩埋，因而损坏测量仪器。如何在动床实验中准确地识别底床高程，并且自动调整仪器位置，从而达到持续测量目标位置水沙数据的目的依旧是一个难点。

发明内容

本发明提供一种波浪水槽内自动调整高度的水沙测量装置及测量方法，解决现有技术中无法在动床实验中准确地识别底床高程，并且自动调整仪器位置使之可以持续测量目标位置水沙数据的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种波浪水槽内自动调整高度的水沙测量装置，包括水槽，还包括架设在水槽上的T型桁架，T型桁架包括水平支架和竖直支架，水平支架的两端通过固定装置对称安装在水槽侧壁上，竖直支架的顶端固设在水平支架的中心位置，其底端伸入水槽内；

升降装置的一端连接在竖直支架的底端，升降装置的另一端通过第一刚性拉杆连接套壳的一端，套壳的另一端连接测量装置本体；

还包括控制部分，其同时与升降装置、测量装置本体连通，通过测量装置本体获取的信号控制电路的通断以及电流方向的改变实现对升降装置升降的控制；

作为本发明的进一步优选，前述的测量装置本体包括剖面小威龙流速仪和红外后向散射浊度仪，剖面小威龙流速仪通过固定架固设在套壳上；

第二刚性拉杆呈F型状设置，其横向结构固定在套壳圆周表面，其竖向结构顶端固定红外后向散射浊度仪，且红外后向散射浊度仪与水槽底部的距离小于剖面小威龙流速仪与水槽底部的距离；

作为本发明的进一步优选，前述的升降装置为升降器，在竖直支架外围均匀布设螺纹，升降器内电机的电机轴套设在竖直支架上，升降器的另一端通过第一刚性拉杆与套壳的一端连接；

前述的控制部分包括RC滤波电路、电机连通电路以及电磁继电器装置，电磁继电器装置包括电磁铁，将电磁铁竖直安装在底板上，底板上还垂直安装支撑杆，活动杆的一端可旋转安装在支撑杆的顶端，活动杆中间位置嵌设条形磁铁，条形磁铁与电磁铁顶端接触或者未接触，条形磁铁与电磁铁接触处为S极，在活动杆与底板之间安装弹簧，通过弹簧实现活动杆在支撑杆上的回弹；

活动杆的另一端落入电机连通电路内，电机通过第一铜导线与第一电源形成第一回路，电机通过第二铜导线与第二电源形成第二回路，第一回路上布设第一触点，第二回路上布设第二触点，当条形磁铁与电磁铁顶端接触时，活动杆的另一端与第二触点接触，此时第二回路连通；

电磁铁同时与RC滤波电路连通，RC滤波电路通过电信号转换器与剖面小威龙流速仪连通；

作为本发明的进一步优选，在升降器内还安装报警灯，报警灯的顶端与底端均安装第一感应触点，在竖直支架的一端与另一端均安装第二感应触点，报警灯、第一感应触点、第二感应触点通过导线形成连通，当第二感应触点与第一感应触点接触连通后，报警灯发出警报；

作为本发明的进一步优选，水平支架的两端通过固定装置对称安装在水槽侧壁上，固定装置呈T型结构设置，其竖直部分嵌设在水平支架内；

T型桁架的水平支架的厚度为竖直支架厚度的两倍；

一种基于上述任意所述的波浪水槽内自动调整高度的水沙测量装置的测量方法，具体步骤如下：

剖面小威龙流速仪获取水槽内水沙数据，通过电信号转换器转化为电压信号，当剖面小威龙流速仪距离水槽底床的距离大于测量所需要的距离时，剖面小威龙流速仪输出信号为1，经过电信号转换器转化为正电压，此时电磁铁的顶端为N极，由于条形磁铁与电磁铁接触处为S极，电磁铁吸附条形磁铁，电机连通电路的第二回路连通，电机逆时针旋转，此时升降器向水槽底部方向移动；

当剖面小威龙流速仪距离水槽底床的距离小于测量所需要的距离时，剖面小威龙流速仪输出信号为-1，经过电信号转换器转化为负电压，此时电磁铁的顶端为S极，由于条形磁铁与电磁铁接触处为S极，电磁铁排斥条形磁铁，电机连通电路的第一回路连通，电机顺时针旋转，此时升降器向水槽开口方向移动；

当剖面小威龙流速仪距离水槽底床的距离满足测量要求时，剖面小威龙流速仪输出信号为0，经过电信号转换器转化后输出电压为0，电磁继电器装置不发生移动，电机未发生旋转；

当电机旋转的幅度大于升降器可调整的范围时，即第一感应触点与第二感应触点接触时，报警灯发出亮灯警报。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明在控制部分中设置RC滤波电路，可以剔除水槽底床附近高浓度的泥沙运动或者杂质运动等产生的高频信号的影响；

2、本发明的测量装置本体在升降器的带动下可根据水槽底床的位置自动调节仪器的高度，达到对距动床底部某一高程的水沙数据持续测量的目的；

3、本发明通过第一感应触点、第二感应触点的设置，当底床高程的变化大于升降器可调整的范围时，报警灯会亮灯警报。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的优选实施例的整体结构示意图；

图2是本发明的优选实施例的控制部分结构示意图；

图3是本发明的优选实施例的T型桁架结构示意图；

图4是本发明的优选实施例的报警灯结构示意图。

图中：1为T型桁架，2为螺纹，3为升降装置，4为剖面小威龙流速仪，5为第一刚性拉杆，6为套壳，7为红外后向散射浊度仪，8为第二刚性拉杆，9为固定架，10为固定装置，11为水槽，12为RC滤波电路，13为电磁继电器装置，14为电机，15为电磁铁，16为弹簧，17为条形磁铁，18为第一电源，19为铜导线，20为第二电源，21为报警灯，22为第一感应触点，23为第二感应触点。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

在现有技术中，为了测量特定高度的底床的水沙数据，需要将仪器布设在相对应的特定高度，但是在波浪的作用下，底部边界层发生流动，含沙量浓度发生改变，此时仪器依旧处于特定高度，那么带来的直接后果是无法准确识别底床高程。

基于上述，本申请提供一种波浪水槽11内自动调整高度的水沙测量装置，在水槽11开口端架设T型桁架1， T型桁架1包括水平支架和竖直支架，水平支架的两端通过固定装置10对称安装在水槽11侧壁上，竖直支架的顶端固设在水平支架的中心位置，其底端伸入水槽11内；升降装置3的一端连接在竖直支架的底端，升降装置3的另一端通过第一刚性拉杆5连接套壳6的一端，套壳6的另一端连接测量装置本体；还包括控制部分，其同时与升降装置3、测量装置本体连通，通过测量装置本体获取的信号控制电路的通断以及电流方向的改变实现对升降装置3升降的控制。

实施例1：

在本申请提供的优选实施例中，测量装置本体包括剖面小威龙流速仪4和红外后向散射浊度仪7，剖面小威龙流速仪4通过固定架9固设在套壳6上；第二刚性拉杆8呈F型状设置，其横向结构固定在套壳6圆周表面，其竖向结构顶端固定红外后向散射浊度仪7，且红外后向散射浊度仪7与水槽11底部的距离小于剖面小威龙流速仪4与水槽11底部的距离。

在本优选实施例中，主要依靠剖面小威龙流速仪4获取水槽11底床某一高程水沙数据的持续测量。

优选实施例中，升降装置3为升降器，在竖直支架外围均匀布设螺纹2，升降器内电机14的电机14轴套设在竖直支架上，升降器的另一端通过第一刚性拉杆5与套壳6的一端连接；在这里发明人想说的是，只要满足升降的结构均可使用在本申请中，不仅仅局限为升降器。

控制部分包括RC滤波电路12、电机14连通电路以及电磁继电器装置13，剖面小威龙流速仪4通过电信号转换器与RC滤波电路12连通，也就是说，剖面小威龙流速仪4将获取的底床水沙信息通过电信号转换器转化为电信号，进入RC滤波电路12，图2中可以看出RC滤波的具体结构，包括电阻和电容，是常见的一个滤波电路，其目的是为了剔除底床附近高浓度的泥沙运动或者杂质运动产生的高频信号的影响，当剖面小威龙流速仪4距离底床的距离大于测量所需要的距离时，剖面小威龙流速仪4输出信号“1”，经过电信号转换器后输出正电压，在图2中表现为上+下-；当剖面小威龙流速仪4距离底床的距离小于测量所需要的距离时，剖面小威龙流速仪4输出信号“-1”，经过电信号转换器后输出负电压，在图2中表现为上-下+；当测量仪器距离底床的距离满足测量要求时，剖面小威龙流速仪4输出信号“0”，经过电信号转换器后输出电压为0。

图2中可以看出电磁继电器装置13的结构示意图，此电磁继电器装置13做了改进，可以更好的实现对电机14的旋转控制，具体的包括电磁铁15，将电磁铁15竖直安装在底板上，底板上还垂直安装支撑杆，活动杆的一端可旋转安装在支撑杆的顶端，活动杆中间位置嵌设条形磁铁17，条形磁铁17与电磁铁15顶端可以接触也可以不接触，条形磁铁17与电磁铁15接触处为S极，在活动杆与底板之间安装弹簧16，通过弹簧16实现活动杆在支撑杆上的回弹；电磁继电器装置13的目的是为了控制升降机的上升与下降，但是其如何控制是通过从RC滤波电路12中获取的信号进行操作的，也就是说，当剖面小威龙流速仪4距离底床的距离大于测量所需要的距离时，剖面小威龙流速仪4输出信号“1”，经过电信号转换器后输出正电压，此时电磁铁15的上端为N极，吸附上方的条形磁铁17，当剖面小威龙流速仪4距离底床的距离小于测量所需要的距离时，剖面小威龙流速仪4输出信号“-1”，经过电信号转换器后输出负电压，此时电磁铁15的上端为S极，排斥上方的条形磁铁17；

活动杆的另一端落入电机14连通电路内，电机14通过第一铜导线19与第一电源18形成第一回路，电机14通过第二铜导线19与第二电源20形成第二回路，第一回路上布设第一触点，第二回路上布设第二触点；当电磁铁15与条形磁铁17吸附时，活动杆的另一端与第二触点接触，第二回路连通，电机14逆时针旋转，此时升降机下移；当电磁铁15排斥条形磁铁17时，活动杆的另一端与第一触点接触，第一回路连通，电机14顺时针转动，升降机上移；当测量仪器距离底床的距离满足测量要求时，剖面小威龙流速仪4输出信号“0”，经过电信号转换器后输出电压为0；电磁继电器装置13不动，电机14不转。

电机14在旋转时，为了避免其旋转的位置超出底床高程的变化，图4所示，在升降器内还安装报警灯21，报警灯21的顶端与底端均安装第一感应触点22，在竖直支架的一端与另一端均安装第二感应触点23，报警灯21、第一感应触点22、第二感应触点23通过导线形成连通，当第二感应触点23与第一感应触点22接触连通后，报警灯21发出警报。

在优选实施例中，图3所示，水平支架的两端通过固定装置10对称安装在水槽11侧壁上，固定装置10可以有很多种结构，只要起到固定作用即可，在优选实施例中，其呈T型结构设置，其竖直部分嵌设在水平支架内；此装置的设置使得T型桁架1在波浪的作用下不会发生摇晃；T型桁架1的水平支架的厚度为竖直支架厚度的两倍。

实施例2：

一种基于上述所述的波浪水槽11内自动调整高度的水沙测量装置的测量方法，具体步骤如下：

剖面小威龙流速仪4获取水槽11内水沙数据，通过电信号转换器转化为电压信号，当剖面小威龙流速仪4距离水槽11底床的距离大于测量所需要的距离时，剖面小威龙流速仪4输出信号为1，经过电信号转换器转化为正电压，此时电磁铁15的顶端为N极，由于条形磁铁17与电磁铁15接触处为S极，电磁铁15吸附条形磁铁17，电机14连通电路的第二回路连通，电机14逆时针旋转，此时升降器向水槽11底部方向移动；

当剖面小威龙流速仪4距离水槽11底床的距离小于测量所需要的距离时，剖面小威龙流速仪4输出信号为-1，经过电信号转换器转化为负电压，此时电磁铁15的顶端为S极，由于条形磁铁17与电磁铁15接触处为S极，电磁铁15排斥条形磁铁17，电机14连通电路的第一回路连通，电机14顺时针旋转，此时升降器向水槽11开口方向移动；

当剖面小威龙流速仪4距离水槽11底床的距离满足测量要求时，剖面小威龙流速仪4输出信号为0，经过电信号转换器转化后输出电压为0，电磁继电器装置13不发生移动，电机14未发生旋转；

当电机14旋转的幅度大于升降器可调整的范围时，即第一感应触点22与第二感应触点23接触时，报警灯21发出亮灯警报。

本申请通过实施例1的测量装置以及实施例2的测量方法，可以自动调整整个测量装置的位置，准确识别待测底床高程，能够持续测量目标位置的水沙数据。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种波浪水槽内自动调整高度的水沙测量装置，包括水槽，其特征在于：还包括架设在水槽上的T型桁架，T型桁架包括水平支架和竖直支架，水平支架的两端通过固定装置对称安装在水槽侧壁上，竖直支架的顶端固设在水平支架的中心位置，其底端伸入水槽内；

升降装置的一端连接在竖直支架的底端，升降装置的另一端通过第一刚性拉杆连接套壳的一端，套壳的另一端连接测量装置本体；

还包括控制部分，其同时与升降装置、测量装置本体连通，通过测量装置本体获取的信号控制电路的通断以及电流方向的改变实现对升降装置升降的控制。

2.根据权利要求1所述的波浪水槽内自动调整高度的水沙测量装置，其特征在于：前述的测量装置本体包括剖面小威龙流速仪和红外后向散射浊度仪，剖面小威龙流速仪通过固定架固设在套壳上；

第二刚性拉杆呈F型状设置，其横向结构固定在套壳圆周表面，其竖向结构顶端固定红外后向散射浊度仪，且红外后向散射浊度仪与水槽底部的距离小于剖面小威龙流速仪与水槽底部的距离。

3.根据权利要求1所述的波浪水槽内自动调整高度的水沙测量装置，其特征在于：前述的升降装置为升降器，在竖直支架外围均匀布设螺纹，升降器内电机的电机轴套设在竖直支架上，升降器的另一端通过第一刚性拉杆与套壳的一端连接；

前述的控制部分包括RC滤波电路、电机连通电路以及电磁继电器装置，电磁继电器装置包括电磁铁，将电磁铁竖直安装在底板上，底板上还垂直安装支撑杆，活动杆的一端可旋转安装在支撑杆的顶端，活动杆中间位置嵌设条形磁铁，条形磁铁与电磁铁顶端接触或者未接触，条形磁铁与电磁铁接触处为S极，在活动杆与底板之间安装弹簧，通过弹簧实现活动杆在支撑杆上的回弹；

活动杆的另一端落入电机连通电路内，电机通过第一铜导线与第一电源形成第一回路，电机通过第二铜导线与第二电源形成第二回路，第一回路上布设第一触点，第二回路上布设第二触点，当条形磁铁与电磁铁顶端接触时，活动杆的另一端与第二触点接触，此时第二回路连通；

电磁铁同时与RC滤波电路连通，RC滤波电路通过电信号转换器与剖面小威龙流速仪连通。

4.根据权利要求3所述的波浪水槽内自动调整高度的水沙测量装置，其特征在于：在升降器内还安装报警灯，报警灯的顶端与底端均安装第一感应触点，在竖直支架的一端与另一端均安装第二感应触点，报警灯、第一感应触点、第二感应触点通过导线形成连通，当第二感应触点与第一感应触点接触连通后，报警灯发出警报。

5.根据权利要求1所述的波浪水槽内自动调整高度的水沙测量装置，其特征在于：水平支架的两端通过固定装置对称安装在水槽侧壁上，固定装置呈T型结构设置，其竖直部分嵌设在水平支架内；

T型桁架的水平支架的厚度为竖直支架厚度的两倍。

6.一种基于上述任意权利要求所述的波浪水槽内自动调整高度的水沙测量装置的测量方法，其特征在于：具体步骤如下：

剖面小威龙流速仪获取水槽内水沙数据，通过电信号转换器转化为电压信号，当剖面小威龙流速仪距离水槽底床的距离大于测量所需要的距离时，剖面小威龙流速仪输出信号为1，经过电信号转换器转化为正电压，此时电磁铁的顶端为N极，由于条形磁铁与电磁铁接触处为S极，电磁铁吸附条形磁铁，电机连通电路的第二回路连通，电机逆时针旋转，此时升降器向水槽底部方向移动；

当剖面小威龙流速仪距离水槽底床的距离小于测量所需要的距离时，剖面小威龙流速仪输出信号为-1，经过电信号转换器转化为负电压，此时电磁铁的顶端为S极，由于条形磁铁与电磁铁接触处为S极，电磁铁排斥条形磁铁，电机连通电路的第一回路连通，电机顺时针旋转，此时升降器向水槽开口方向移动；

当剖面小威龙流速仪距离水槽底床的距离满足测量要求时，剖面小威龙流速仪输出信号为0，经过电信号转换器转化后输出电压为0，电磁继电器装置不发生移动，电机未发生旋转；

当电机旋转的幅度大于升降器可调整的范围时，即第一感应触点与第二感应触点接触时，报警灯发出亮灯警报。

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