CN111862739A - 可远程共享的流体静力学实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可远程共享的流体静力学实验平台。包括可电脑操控的流体静力学实验装置、服务管理器以及用户终端；所述可电脑操控的流体静力学实验装置包括:大水箱、小水箱、泄水降压电磁阀、连通大气电磁阀、密封水箱电磁阀、液位计、实验台、摄像头、加压泵、真空泵、真空表、压力变送器、U型测压管、连通管、真空测压管、测压管、触摸屏电脑和PLC控制系统。本发明解决了高校开设流体静力学演示实验存在的相关问题，并合理利用资源，为国内缺乏该实验条件的中高校的相关专业服务，扩大受益人群范围。使得有关实践环节的相关实验也能通过共享远程实验，得以实现。可解决仿真模拟实验缺乏真实体验的问题等，达到教学目的，实现共享教育理念。

Description

可远程共享的流体静力学实验平台

技术领域

本发明涉及教育教学及工业控制技术领域，尤其涉及一种可远程共享的流体静力学实验平台。

背景技术

目前国内各高校给排水科学与工程专业一般需开设相关专业实验，其中包括流体静力学实验等。现阶段实验设备一般包括水箱、测压管、加压打气球、阀门等。在水力学实验运行过程中，通过设备上安装的电磁阀、压力变送器、液位计等得出实验结果数据。

现阶段国内流体静力学实验平台可归为两种：一是由学生动手进行实验操作。由于实际操作必须根据实验指导书进行操作，要排除各种因素的影响，且实验中不可避免的存在系统误差，为得到准确的实验结果需进行多次实验，但在实际操作中，很难进行多次实验以得到准确的实验结果；且在实际操作中，在记录每一个数据前，需人为观察仪表数值，待其稳定后方可得到有效数据。以上导致购置了实验设备的高校仅能为本地学生提供实验机会，实验资源得不到充分利用，并且本地学生的实验过程存在不方便性、难以得到准确实验数据等缺点，而在缺乏实验条件的地区无法开展相关实验，学生缺乏实际操作机会，无法掌握实验操作能力，得不到切实直观的实验数据。

二是基于互联网的远程实验方案，主要是采用软件仿真实验平台进行网上仿真或虚拟实验，这种方案的实验现象和数据都是在理想情况下由软件计算得到的，完全由软件来虚拟化实验环境，不具有实验过程中应有的真实性，实验过程固化，不能模拟实际情况中存在的各种干扰因素和误差，实验虽便于了解实验过程，但实验效果难以比拟真实实验，对学生创新能力和发现问题意识的培养不利。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种依托于互联网与传感器等相关实验仪器，将流体静力学实验结合成一个的共享系统，从而在真实实验环境和条件下进行自循环虹吸原理演示相关实验。

一种可远程共享的流体静力学实验平台包括：1个或多个可电脑操控的流体静力学实验装置、服务管理器以及1个或多个用户终端。

所述可电脑操控的流体静力学实验装置与服务管理器之间通过互联网(有线或无线)连接；所述服务管理器与用户终端之间通过互联网(有线或无线)连接。

所述可电脑操控的流体静力学实验装置包括：大水箱、小水箱、泄水降压电磁阀、连通大气电磁阀、密封水箱电磁阀、液位计、实验台、摄像头、加压泵、真空泵、真空表、压力变送器、U型测压管、连通管、真空测压管、测压管、PLC控制系统和触摸屏电脑。

测压管、U型测压管、真空测压管、连通管均与大水箱连接，开启加压泵，由各个管内的液位计传输信号到PLC控制系统，开启真空泵，由各个管内的液位计传输信号到PLC控制系统，再通过打开电磁阀，液位计将不同的信号传到PLC控制系统。

进一步，如上所述的可远程共享的流体静力学实验平台，所述服务管理器含一个管理平台，管理平台包括可电脑操控的流体静力学装置的登录接口及用户登录及选择某台可电脑操控的流体静力学实验装置开展相关实验的接口，服务管理器与可电脑操控的流体静力学实验装置之间通过有线或无线的互联网连接；服务管理器与用户终端通过有线或无线的互联网连接。

进一步，如上所述的可远程共享的流体静力学实验平台，所述用户终端包括计算机或手机；所述手机或计算机通过有线或无线的互联网与服务管理器的操作平台连接，远程操控所选择的可电脑操控的流体静力学实验装置，完成流体静力学实验。

进一步地，所述测压管均在大水箱上，每个测压管内安装有液位计、真空测验管上又安装有真空表和压力变送器；把所测的数据通过采集传输到PLC控制系统，数据反映在电脑触摸屏上，进而由数据测得各个点的流体静压强。

有益效果：

本发明提供的可远程共享的流体静力学实验平台，依托于互联网与传感器等相关实验仪器，将流体静力学相关实验结合成一个共享系统，在真实实验环境和条件下进行流体静力学相关实验，在用户端实时显示各测点的流量、压力、流速等要求的测量参数。在保证实验真实性以及可操作性的前提下，可将结果进行输出，各传感器及其摄像头可将实验过程及数据实时展现在用户端上，用户通过远程操控可在移动便携设备或计算机输入实验前相关数据，并实时观察实验过程及数据，并导出相关实验数据。

本发明在一定程度上解决了如今中高校开设流体静力学实验存在的相关问题，并合理利用资源，为国内缺乏该实验条件的高校的给排水科学与工程专业的学生服务，通过共享远程实验，达到教学目的，实现共享教育理念。

附图说明

图1为本发明可远程共享的流体静力学实验平台的原理图。

图2为本发明可电脑操控的流体静力学实验装置结构示意图。

图中标记：1-大水箱；2-小水箱；3-1-泄水降压电磁阀、3-2-连通大气电磁阀、3-3-密封水箱电磁阀；4-液位计；5-实验台；6-摄像头；7-加压泵；8-真空泵；9-真空表；10-压力变送器；11-U型测压管；12-连通管；13-真空测压管；14-测压管；15-触摸屏电脑；16-PLC控制系统。

图3为本发明可电脑操控的流体静力学实验装置的原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

实施例：

图1为本发明可远程共享的流体静力学实验平台的原理图；如图1所示，本发明提供的一种可远程共享的流体静力学实验平台包括：3个可远程共享的流体静力学实验装置、服务管理器以及30个用户终端；

所述可远程共享的流体静力学实验装置与服务管理器之间通过互联网(有线或无线)连接；所述服务管理器与用户终端之间通过互联网(有线或无线)连接。

本发明提供的可电脑操控的流体静力学实验装置，用户终端的形式为电脑客户端或移动终端等，管理服务器能连接至少一个用户终端。

本发明提供的可电脑操控的流体静力学实验平台，利用所述用户终端上配有的键盘或触摸屏，进入管理服务器中的操作平台，进而控制所选择的可电脑操控的流体静力学实验装置，完成远程实验操作，获取实时实验影像及数据，通过管理服务器传至用户终端，完成一个流体静力学实验。

所述可远程共享的流体静力学实验平台可同时开展流体静力学实验平台教学实验。实际应用中，该远程实验系统中可以有多台可电脑操控流体静力学实验平台，由管理服务器统一管理。

图2为本发明可电脑操控的流体静力学实验平台结构示意图；如图2所示，所述可远程共享的流体静力学实验装置包括：大水箱1、小水箱2、泄水降压电磁阀3-1、连通大气电磁阀3-2、密封水箱电磁阀3-3、液位计4、实验台5、摄像头6、加压泵7、真空泵8、真空表9、压力变送器10、U型测压管11、连通管12、真空测压管13、测压管14、触摸屏电脑15和PLC控制系统16。

测压管14、U型测压管11、真空测压管13、连通管12均与大水箱1连接，开启加压泵7，由各个管内的液位计4传输信号到PLC控制系统16，开启真空泵8，由各个管内的液位计4传输信号到PLC控制系统16，再通过打开泄水降压电磁阀3-1、连通大气电磁阀3-2、密封水箱电磁阀3-3，液位计4把所测的数据通过采集传输到PLC控制系统16，数据反映在电脑触摸屏15上，进而由数据测得各个点的流体静压强。

本发明提供的可远程共享的流体静力学实验平台，依托于互联网技术，将多台可电脑操控的流体静力学实验装置结合成一个共享系统，在真实实验环境和条件下进行流体静力学实验，在用户端实时显示测压管及水箱液位、真空管压力等测量参数，通过摄像头6观看实验现象。在保证实验真实性以及可操作性的前提下，可将结果进行比较等，各传感器及其摄像头6可将实验过程及数据实时展现在用户端上，用户通过远程操控可在移动便携设备输入实验前相关数据，并实时观察实验过程及数据，并导出相关实验数据。

该远程实验系统中可以同时容纳多个用户终端通过网络访问管理服务器，各个用户终端之间独立存在，不同学生在不同的用户终端上进行实验。用户终端可以为电脑客户端，也可以为手机等移动终端，具体形式不做限定。

所述压力变送器10安装在真空测压管13内，电磁阀共三个，连通大气电磁阀3-2安装在大水箱1上面，用于泄气连通大气压；密封水箱电磁阀3-3安装在真空测压管13上，用于密封大水箱1；泄水降压电磁阀3-1安装在大水箱1下方，用于泄水降低水箱内气压。

所述可远程共享的流体静力学实验平台包括放在实验平台架下的大水箱1，大水箱1内装有液位计4，连接大水箱1的各个测压管上装有液位计4(真空测压管13还装有真空表9和压力变送器10，大水箱1的上、下端安装有改变箱内气压的泄水降压电磁阀3-1能方便的提高或降低箱内气压。

进一步，如上所述的可远程共享的流体静力学实验平台，所述服务管理器含一个管理平台，管理平台包括可电脑操控的流体静力学实验装置的登录接口及用户登录及选择某台可电脑操控的流体静力学实验装置开展相关实验的接口，服务管理器与可电脑操控的流体静力学实验装置之间通过互联网(有线或无线)连接；服务管理器与用户终端通过互联网(有线或无线)连接。

进一步，如上所述的可远程共享的流体静力学实验平台，所述用户终端包括计算机或手机；所述手机或计算机通过互联网(有线或无线)与服务管理器的操作平台连接，远程操控所选择的可电脑操控的流体静力学实验装置，完成流体静力学实验。

所述数据采集设备包括水位：由大水箱1和测压管14内的液位计4测得；压力：由真空测压管13上的真空表9和压力变送器10测得。

所述图像采集设备包括但不限于摄像头6，所述摄像头6固定于可电脑控制的的流体静力学实验装置操作平台支架上，与PLC控制系统16相连，进而与触摸屏电脑16相连，在触摸屏电脑15上显示及控制(远景或近景)。由于学生远离实验装置，不能去现场观察设备的运行，远端学生可通过摄像头6来观察设备的运行情况及相关实验现象或实验结果。

采用“硬件设备实体-真实实验场景-远程操作面板”的模式，根据学生在用户终端输入的实验控制信息远程操控可电脑操控的流体静力学实验装置，开展所需相关专业实验。学生通过网络可以随时随地进行实验，而不需要专门到固定的实验室进行实验，实现了网络异地教学，对学生的创新能力和综合能力的提高可起到很大的促进作用。同时，实验中产生的实验数据为远程实验装置产生的真实数据，而并非是软件模拟仿真数据，为学生提供了便利的同时也能调动学生做是实验的积极性。另外，由于将实验硬件设置在远程实验设备上，对用户终端的硬件要求不高，学生可以在普通的电脑甚至是移动终端上完成实验。本发明实现了实验资源的社会共享，弥补了共享教育实践环节的不足，充分突显了共享教育在当下互联网环境下的新发展。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种可远程共享的流体静力学实验平台，其特征在于可远程共享的流体静力学实验平台包括：1个或多个可电脑操控的流体静力学实验装置、服务管理器以及：1个或多个用户终端；

所述可电脑操控的流体静力学实验装置包括：大水箱(1)、小水箱(2)、泄水降压电磁阀（3-1)、连通大气电磁阀（3-2）、密封水箱电磁阀（3-3）、液位计(4)、实验台(5)、摄像头(6)、加压泵(7)、真空泵(8)、真空表(9)、压力变送器(10)、U型测压管(11)、连通管(12)、真空测压管(13)、测压管(14)、触摸屏电脑(15)和PLC控制系统(16);

U型测压管（11）、测压管（14）、真空测压管（13）、连通管（12）均与大水箱（1）连接，开启加压泵（7），由各个管内的液位计（4）传输信号到PLC控制系统(16)，开启真空泵（8），由各个管内的液位计（4）传输信号到PLC控制系统(16)，再通过打开泄水降压电磁阀（3-1)、连通大气电磁阀（3-2）、密封水箱电磁阀（3-3）、液位计(4)将不同的信号传到PLC控制系统(16)。

2.根据权利要求1所述的可远程共享的流体静力学实验平台，其特征在于，所述服务管理器含一个管理平台，管理平台包括可电脑操控的流体静力学实验装置的登录接口及用户登录及选择某台可电脑操控的流体静力学实验装置开展相关实验的接口，服务管理器与可电脑操控的流体静力学实验装置之间通过互联网有线或无线连接；服务管理器与用户终端通过有线或无线的互联网连接。

3.根据权利要求1所述的可远程共享的流体静力学实验平台，其特征在于，所述用户终端包括计算机或手机；所述手机或计算机通过有线或无线的互联网与服务管理器的操作平台连接，远程操控所选择的可电脑操控的流体静力学实验装置，完成流体静力学各部分实验。

4.根据权利要求1所述的可远程共享的流体静力学实验平台，其特征在于，所述测压管(14)均在大水箱（1）上，每个测压管(14)内安装有液位计（4）、真空测压管(13)上安装有真空表（9）和压力变送器（10）；把所测的数据通过采集传输到PLC控制系统(16)，数据反映在触摸屏电脑（15），进而由数据测得各个点的流体静压强。

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