CN208596177U - 一种声学多普勒流速仪自动采样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种声学多普勒流速仪自动采样装置，所述采样装置首先通过设置X方向导轨、Y方向导轨和Z方向导轨在水槽上方建立三维坐标系，然后分别通过X方向滑轮、Y方向滑轮、Z方向自动螺旋升降机建立ADV固定装置的移动轨道，最后利用电机驱动装置和辅助电气设备完成ADV的探头对于水槽中流速数据自动采集过程，最后将采集到的数据传输到计算机终端。本实用新型利用计算机控制声学多普勒流速仪及其三维控制装置，实现自动、远程、精准的采样。

Description

一种声学多普勒流速仪自动采样装置

技术领域

本实用新型属于流体的自动采样装置，具体涉及一种声学多普勒流速仪自动采样装置。

背景技术

流速是流体力学的一个重要因素，声学多普勒流速仪(ADV)是一款高精度的三维点式流速仪，依据光学多普勒测量原理，测量数据的精度高，仪器自身产生零点漂移，应用范围宽广，可用于实验室测量、海洋测绘等。

在流体力学实验中，经常需要测量水槽中多个位置，多个断面的流速，以及测各断面的不同测点的流速，所以控制声学多普勒流速仪ADV显得尤其重要。但是目前市场上还没有统一的声学多普勒流速仪ADV三维控制装置，一般都是以人工固定为主，这样会影响测试的相关度和信噪比，同时位置的精确度也不高，最终不能精确测量各断面、各测点的流速，而且非常浪费时间。对于这些问题的解决方案和减少测量误差的采样方式现有的产品或装置均未起到很好的效果。

实用新型内容

实用新型目的：针对上述现有技术的不足，本实用新型提供一种声学多普勒流速仪的自动采样装置，该采样装置结构简单、操作稳定、实现了自动化和远程控制。

技术方案：一种声学多普勒流速仪自动采样装置，所述的采样装置包括声学多普勒流速仪、水槽、机架、方向导轨、自动螺旋升降机、固定装置和电机驱动装置，所述水槽上方设有机架和方向导轨，所述的方向导轨包括X方向导轨、Y 方向导轨和Z方向导轨，所述的X方向导轨和Y方向导轨上分别设有X方向滑轮和Y方向滑轮，所述的Z方向导轨内部设有自动螺旋升降机，所述自动螺旋升降机与变频器连接，且通过固定装置安装声学多普勒流速仪。

进一步的，所述的机架包括第一机架和第二机架，所述第二机架上设置Z 方向导轨；

进一步的，所述的X方向滑轮和Y方向滑轮分别与电机驱动装置连接，所述的电机驱动装置与变频器连接；

进一步的，所述X方向导轨设在水槽的X方向上，且X方向导轨上的X方向滑轮固定在第一机架的X方向上，Y方向导轨固定在第一机架的Y方向上，且Y 方向导轨上的Y方向滑轮固定在第二机架的Y方向上；

进一步的，所述第一机架、第二机架、X方向导轨和Y方向导轨上均设有接近开关，所述接近开关和计算机相连接；

更进一步的，所述的采样装置采用辅助电气设备进行控制，所述的辅助电气设备包括接触器、断路器、光电编码器、接近开关和超声波定位器，所述的光电编码器、接近开关和超声波定位仪分别与计算机终端连接。

本实用新型所提供的采样装置其采样方法如下：

一种声学多普勒流速仪自动采样装置的采样方法，包括以下步骤：

(1)将水槽的边界数据导入计算机中，根据边界数据对水槽进行三维建模，建立三维坐标系，并设置坐标原点，确定垂向的Z轴，横向的X轴，纵向的Y 轴，使得水槽中每个位置都有相应的三维坐标；

(2)将待测点的三维坐标并输入到计算机中，确定待测点目标坐标；

(3)计算机系统发射相应的X、Y、Z目标值，进行声学多普勒流速仪的三维移动控制；

(4)当声学多普勒流速仪到达待测点时，完成X、Y、Z方向上的精准数学建模，并将采集到的数据传输给计算机终端或系统，完成待测点采样；

(5)完成多点采样，将采集的瞬时数据进行均值处理得到各测点的时均流速。

工作原理：本实用新型提供的一种声学多普勒流速仪自动采样装置，声学多普勒流速仪固定装置固定在第二机架的上方，自动螺旋升降机固定在声学多普勒流速仪固定装置内侧，完成垂直方向上移动，自动升降机上下都设有接近开关，接近开关与计算机连接，自动螺旋升降机与变频器连接，实现声学多普勒流速仪的三维定点采样。

有益效果：本实用新型与现有技术相比，其显著的效果在于：1、本实用新型所述采样装置将声学多普勒流速仪ADV固定在声学多普勒流速仪ADV固定装置上，其中ADV内设有超声波定位仪和接近开关，声学多普勒装置与计算机连接，可实现三维空间的定位；另一方面，本实用新型所述装置通过计算机控制实现声学多普勒流速仪ADV待测位置的定位、搜寻和移动。本实用新型所述的采样方法可实现自动采样，采样效率提高。

附图说明

图1是本实用新型一种声学多普勒流速仪自动采样装置的结构示意图；

图2是本实用新型一种声学多普勒流速仪自动采样装置正视图；

图3是本实用新型一种声学多普勒流速仪自动采样装置侧视图；

图4是本实用新型一种声学多普勒流速仪自动采样装置俯视图；

图5是图1中的声学多普勒流速仪垂向固定装置的结构示意图；

图6是控制系统原理图；

图7是本实用新型所述采样装置的采样步骤流程图。

附图标记说明：1—声学多普勒流速仪，2—水槽，3—第一机架，4—第二机架，5—X方向导轨，6—Y方向导轨，7—Z方向导轨，8—X方向滑轮，9—Y方向滑轮，10—自动螺旋升降机，11—固定装置，12—电机驱动装置。

具体实施方式

为了详细的说明本实用新型所公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式作进一步的阐述。

如图1所示的是本实用新型所述的一种声学多普勒流速仪自动采样装置，该装置包括多普勒流速仪1、水槽2、第一机架3、第二机架4、X方向导轨5、Y 方向导轨6、Z方向导轨7、X方向滑轮8、Y方向滑轮9、自动螺旋升降机10、固定装置11和电机驱动装置12、辅助电气设备和操作室。首先，选择待测量的水槽2，然后水槽2的上方建立三维坐标系，用来安装声学多普勒流速仪(ADV) 和设置测量探头，通过该装置结合辅助电气设备和计算机终端控制实现采样点的定位和多点移动。

具体的如图1所示，根据三维坐标系位置的确定要求，包括横向、纵向和垂直方向，因此选择X方向、Y方向和Z方向，在水槽2的X方向上设定X方向导轨5，X方向导轨5通过X方向滑轮8与第一机架3固定安装，实现安装声学多普勒流速仪1在X方向上移动。Y方向导轨6固定安装在第一机架3的Y方向上，Y方向滑轮9固定在第二机架4上，第二机架4的Y方向移动，在第二机架 4上安装有Z方向导轨7，在Z方向导轨7的内侧设有自动螺旋升降机10，自动螺旋升降机10与变频器连接，且自动螺旋升降机10上设有固定装置11，通过固定装置11安装声学多普勒流速仪1，声学多普勒流速仪1通过自动螺旋升降机10沿Z方向导轨7上下移动，即声学多普勒流速仪1在Z方向的定位。X方向滑轮8和Y方向滑轮9分别连接电机驱动装置12，由电机驱动装置12控制X 方向滑轮8或Y方向滑轮9在X或Y方向导轨上运动，电机驱动装置12中的电机与变频器连接。其中声学多普勒流速仪1内设有超声波定位仪和接近开关，可实现三维空间的定位；辅助电气设备包括接触器、断路器、光电编码器、接近开关和超声波定位器，光电编码器、接近开关和超声波定位仪与计算机连接。

具体的结构请参见图2-图5，如图2所示的是本实用新型一种声学多普勒流速仪自动采样装置正视图，图3是采样装置侧视图，图4是该装置俯视图，图5 是声学多普勒流速仪垂向固定装置的结构示意图。

对于本实用新型所述一种声学多普勒流速仪自动采样装置，其结构与工作原理是首先对需要待测的水槽2建模，组建其空间三维坐标系和确定坐标点，该坐标点位待测点，本装置均通过设置三者方向的方向导轨实现移动定位。Z轴，垂直方向上，即Z方向导轨7，主要用于安装声学多普勒流速仪1，通过自动螺旋升降机10与变频器连接，并结合计算机终端给出的位置参数进行Z方向上的上下移动。在水槽2上的平面坐标中，即X轴和Y轴，本案设置的X方向导轨5 和Y方向导轨6，需要沿X方向移动时，有X方向滑轮8驱动第一机架3和第二机架4移动，ADV探头为第二机架4上与Z方向导轨7的交点下方，如图5所示。在Y方向上，第二机架4通过Y方向滑轮9实现移动。第一机架3、第二机架4、 X方向导轨5和Y方向导轨6上均设有接近开关，接近开关和计算机相连接。

对于辅助电气设备，除本领域技术人员应得知的必要电路关系外，主要是控制电机驱动装置12和安装在机架上的相应滑轮控制，驱动电机12与方向滑轮连接，包括轴传动或链传动，均与相应的方向滑轮的固定安装位置点同侧固定设置。在声学多普勒流速仪1上，还包括数据传输线路，采集的数据传输到计算机终端处理。计算机终端的控制应当包括对变频器和光电编码器、接近开关和超声波定位仪的控制。另外，ADV内设有超声波定位仪和接近开关，可实现三维空间的定位。

如图6和图7所示的是一种声学多普勒流速仪自动采样装置的采样方法与步骤流程图，步骤如下：

1)将实验水槽的边界数据导入计算机中，计算机对实验水槽进行三维建模，并设置原点，建立三维坐标系，确定垂向的Z轴，横向的X轴，纵向的Y轴，使得水槽中每个位置都有相应的三维坐标；

2)在计算机的操作系统中设置参数，输入待测点的三维坐标，确定目标坐标；

3)计算机系统发射目标坐标，即发射相应的X、Y、Z目标值，系统通过变频调速器控制电机平稳进行，带动X、Y方向滑轮在X、Y方向上的导轨运动，实现声学多普勒流速仪的三维移动控制，实现ADV探头在实验水槽中三维自由定位移动；

4)当声学多普勒流速仪ADV到达待测点时，完成X、Y、Z方向上的精准数学建模，将其数据反馈给系统，完成待测点采样。

5)完成多点采样，最终将采集的瞬时数据进行均值处理得到各测点的时均流速，用Excel将各测点的坐标数据和时均流速按照Tecplot所需的有序型 (Ordered data)中的point数据格式进行排列，再将排列好的数据制作成 Tecplot所需的dat文件，最终可导入Tecplot中处理出图。

通过上述装置和采样方法的结合，本实用新型能够对待测区域的水域进行多点测量和精准定位，同时还具有远程控制，工作方式安全、高效，适用于多种环境下的测量。

Claims (6)

1.一种声学多普勒流速仪自动采样装置，其特征在于：所述采样装置包括声学多普勒流速仪(1)、水槽(2)、机架、方向导轨、自动螺旋升降机(10)、固定装置(11)和电机驱动装置(12)，所述水槽(2)上方设有机架和方向导轨，所述方向导轨包括X方向导轨(5)、Y方向导轨(6)和Z方向导轨(7)，所述的X方向导轨(5)和Y方向导轨(6)上分别设有X方向滑轮(8)和Y方向滑轮(9)，所述的Z方向导轨(7)内部设有自动螺旋升降机(10)，所述自动螺旋升降机(10)与变频器连接，且通过固定装置(11)安装声学多普勒流速仪(1)。

2.根据权利要求1所述的一种声学多普勒流速仪自动采样装置，其特征在于：所述的机架包括第一机架(3)和第二机架(4)，所述第二机架(4)上设置Z方向导轨(7)。

3.根据权利要求1所述的一种声学多普勒流速仪自动采样装置，其特征在于：所述的X方向滑轮(8)和Y方向滑轮(9)分别与电机驱动装置(12)连接，所述电机驱动装置(12)与变频器连接。

4.根据权利要求1所述的一种声学多普勒流速仪自动采样装置，其特征在于：所述X方向导轨(5)设在水槽(2)的X方向上，且X方向导轨(5)上的X方向滑轮(8)固定在第一机架(3)的X方向上，Y方向导轨(6)固定在第一机架(3)的Y方向上，且Y方向导轨(6)上设置的Y方向滑轮(9)固定在第二机架(4)的Y方向上。

5.根据权利要求1所述的一种声学多普勒流速仪自动采样装置，其特征在于：所述的采样装置通过辅助电气设备进行控制，所述的辅助电气设备包括接触器、断路器、光电编码器、接近开关和超声波定位器，所述的光电编码器、接近开关和超声波定位仪分别与计算机终端连接。

6.根据权利要求2所述的一种声学多普勒流速仪自动采样装置，其特征在于：所述第一机架(3)、第二机架(4)、X方向导轨(5)和Y方向导轨(6)上均设有接近开关，所述接近开关和计算机相连接。