CN201025483Y - 非接触光电式坡面薄层流流速仪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一套非接触光电式坡面薄层流流速仪装置，是用于在水土流失研究与监测中广泛应用的测量流体表面流速的仪器，包括红外发光装置、红外光电接收放大装置及数据采集系统，红外发光装置设置在一个透明真空的壳体中，构成红外发光体，设置在透明真空壳体中的红外发光装置装有触压式开关。红外光电接收放大装置通过信号线连接到设在数据采集系统的连接端口上。本实用新型仪器结构简单、操作简易、维护量小、精度高、自动化程度高、抗干扰性强且可长期稳定使用，对流场无影响，可广泛应用于水利工程、石油输运、水土流失等监测与研究中对流体深度和测量精度有局限的流速测量。

Description

非接触光电式坡面薄层流流速仪装置

技术领域

本实用新型涉及一种流速测量装置，更具体涉及一种非接触光电式坡面薄层流流速测量装置，主要用于水土流失研究与监测中的径流流速的测量，也可广泛应用于水利工程、石油工程等监测与研究中对流体深度和测量精度有局限的流速测量。

背景技术

流体流动速度的精确测量一直是科学工作者关注和急于解决的难题，许多问题的解决和实际流动模型的改进都依赖高质量测量结果的获得。在流体力学中，流体的流动速度是流场最为基本的物理量，对流动特征的认识很大程度上取决于速度场的获得。大多数描述流场的导出量都直接和速度参量建立联系，如环量、涡量、流函数等等。

在水土流失研究和监测中，径流流速是径流计算、土壤侵蚀预报中不可缺少的水动力参数。开展径流流速的研究对于深入研究径流的动力机制，进一步揭示土壤侵蚀机理至关重要。虽然流体流速的测量方法和测量仪器较多，但是多用于河流和明渠以及工业管道中，并不适用径流流速的测量。目前尚没有广泛应用的测量坡面径流流速的专用仪器。

土壤侵蚀所形成的坡面径流实际上是水沙液固两相流，是多相流的一种。两相流体的流动状况十分复杂，属于难测流体。在坡面水土流失实验研究过程中，大气降雨的突发性和短历时、高含沙水流等因素，人工观测极易造成漏测、误测；人工降雨小区试验中的坡面流流层微薄，流速变化大，流态不稳定。这些都对水流流速测量装置提出了较高的要求：

1、能够实时测量坡面微小水流的状态；

2、测量范围宽，并能测量高含沙水流；

3、具有较高的测量精度。

发明内容

针对上述存在的问题，本实用新型的目的是在于提供一种能够准确测量出坡面薄层流流速的非接触光电式薄层流流速测量装置，其技术解决方案为：非接触光电式坡面薄层流流速仪装置，包括红外发光装置、红外光电接收放大装置及数据采集系统，红外发光装置设置在一个透明真空的壳体中，构成红外发光体，红外光电接收放大装置通过信号线连接到设在数据采集系统的连接端口上，数据采集系统内设置有计时模块、主机、显示器。设在数据采集系统上的连接端口至少为1个以上。设置在透明真空壳体中的红外发光装置装有触压式开关。

由于采用了以上技术方案，本实用新型的非接触光电式坡面薄层流流速仪装置结构简单、操作简易、维护量小、精度高、自动化程度高、抗干扰性强且可长期稳定使用，对流场无影响，克服了以往传统流速仪在薄层流流速测量中的空白，可广泛应用于水利工程、石油输运、水土流失等监测与研究中对流体深度和测量精度有局限的流速测量，具有很好的实用价值。

附图说明

图1红外光电接收放大装置附图

图2非接触光电式坡面薄层流流速仪装置组成框图

图3非接触光电式坡面薄层流流速仪装置测量直观图

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述

见附图

非接触光电式坡面薄层流流速仪装置，非接触光电式坡面薄层流流速仪装置，包括红外发光装置、红外光电接收放大装置及数据采集系统，红外发光装置设置在一个透明真空的壳体中，构成红外发光体，红外光电接收放大装置通过信号线连接到设在数据采集系统的连接端口上，红外光电接收放大装置由高灵敏度光电晶体管1、光电流放大器2、红外发光二极管LED3组成，由红外发光体发出的光信号被高灵敏度光电晶体管1接收，产生微弱的电信号，微弱的电信号经由光电流放大器2放大后，放大的电信号通过红外发光二极管LED3使其发光，电信号被数据采集系统内设置的计时模块所接收，数据采集系统内设置有计时模块、主机、显示器。设在数据采集系统上的连接端口至少为1个以上。透明真空的壳体可以为球体或长方体。设置在透明真空壳体中的红外发光装置装有触压式开关。

具体实施例

根据测量要求，将4个红外光电接收放大装置接入数据采集系统的连接端口上，并按等距离L布置在流体途经的路径上。红外发光体选择长方体，悬浮于被测流体中，并与流体同步运动。这样流动着的红外发光体发出的光信号被预先按等距离L布置在流体途经的路径上的红外光电接收放大装置中的高灵敏度光电晶体管按时间顺序先后所接收，每接受一次光信号的同时产生微弱的电信号，微弱的电信号经由光电流放大器放大后，放大的电信号通过红外发光二极管LED使其发光，提醒测试人员流动的红外发光体刚好通过红外光电接收放大装置(详见附图3)，电信号通过计时模块被记录保存下来为T_i(i＝0，1，2，3)，因此流体的速度可按下式来计算，当L足够小的时候，就可测出连续流动的流体4个相邻的点速度，大大提高测量的精确度。

$V_i=\frac{L}{T_{i+1}-T_i},(i=\mathrm{0,1,2})$

计时模块记录的数据通过数据线传入计算机，记录的测量数据由安装了测速软件的计算机和普通显示器来控制和计算，最终所需的数据计算结果可由打印机直接打印输出。

此套流速仪装置与传统的流速仪相比，具有以下显著优点：

1)非接触性。此套装置测量仪器不用置于流体中，对流场无任何影响；

2)抗干扰性强。此套装置采用红外调制电路以克服环境光对流速测量的影响；

3)适用性广。此套装置不受被测流体环境(如：流体的温度，流体深度，粘稠度，流体中杂质颗粒的含量和流体中的杂物等)的影响；

4)自动化程度高。此套装置包含计时模块，计算机直接可控的测速软件而无需人为过多地操作，测量结果直接由普通显示器显示出来，并且数据计算结果可由印机直接打印输出。

Claims (5)

1.非接触光电式坡面薄层流流速仪装置，包括红外发光装置、红外光电接收放大装置及数据采集系统，其特征在于：红外发光装置设置在一个透明真空的壳体中，构成红外发光体，红外光电接收放大装置通过信号线连接到设在数据采集系统的连接端口上，数据采集系统内设置有计时模块、主机、显示器。

2.如权利要求1所述的非接触光电式坡面薄层流流速仪装置，其特征在于：设在数据采集系统上的连接端口至少为1个以上。

3.如权利要求1所述的非接触光电式坡面薄层流流速仪装置，其特征在于：透明真空的壳体为球体。

4.如权利要求1所述的非接触光电式坡面薄层流流速仪装置，其特征在于：透明真空的壳体为长方体。

5.如权利要求1所述的非接触光电式坡面薄层流流速仪装置，其特征在于：设置在透明真空壳体中的红外发光装置装有触压式开关。

Images