CN209910946U - 一种潮流能发电装置尾流场测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种潮流能发电装置尾流场测量系统。该尾流场测量系统的潮流能发电装置设置在试验水槽内；试验水槽的两个侧壁为透明玻璃；移动激光片光发生装置位于试验水槽的一侧；移动激光片光发生装置正对试验水槽侧壁产生激光片光；移动图像采集装置位于试验水槽的正上方，移动图像采集装置的拍摄方向朝向正下方且正对激光片光的照射区域；移动图像采集装置用于在试验水槽中布散示踪粒子后采集激光片光照射区域的图像；移动图像采集装置与计算机连接，计算机用于计算潮流能发电装置的尾流速度场；移动激光片光发生装置和移动图像采集装置可朝同一个水平方向同步移动。本系统能够实现对潮流能发电装置尾流场水流速度的整体测量。

Description

一种潮流能发电装置尾流场测量系统

技术领域

本实用新型涉及潮流能发电领域，特别是涉及一种潮流能发电装置尾流场测量系统。

背景技术

近年来，潮流能作为一种储量巨大、更易于开发的海洋可再生能源越来越得到世界各国的重视。目前，潮流能资源开发和利用的主要形式是潮流能发电，而潮流能发电装置则是实现潮流能发电的主要手段。

潮流能发电装置在实现定型或进行实海况试验前，室内试验和测试是必不可少的环节。目前，潮流能发电装置的室内试验与测试主要针对翼型或叶片的水动力性能、装置发电性能、能量转换效率等方面，在这些测试和试验中，流场的速度通常采用单点流速测量获得，无法反映潮流能发电装置尾流场的特征，而尾流场整体的流速测量对发电装置整体的设计优化、发电装置阵列的布局设计以及实海况布放后的环境影响研究等具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种潮流能发电装置尾流场测量系统，实现对尾流场水流速度的整体测量。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种潮流能发电装置尾流场测量系统，包括：试验水槽、移动激光片光发生装置、移动图像采集装置和计算机；

在所述试验水槽内设置有潮流能发电装置；所述移动激光片光发生装置位于所述试验水槽的一侧；所述试验水槽的两个侧壁为透明玻璃；所述移动激光片光发生装置用于正对所述试验水槽的侧壁产生激光片光；所述移动图像采集装置位于所述试验水槽的正上方，所述移动图像采集装置的拍摄方向朝向正下方，且正对所述激光片光的照射区域；所述移动图像采集装置用于在所述试验水槽中布散示踪粒子后采集所述激光片光的照射区域的图像；所述移动图像采集装置的输出端与所述计算机的输入端连接，所述计算机用于计算所述潮流能发电装置尾流场的速度；所述移动激光片光发生装置和所述移动图像采集装置可朝同一个水平方向同步移动。

可选的，所述移动激光片光发生装置包括激光发生器、片光成型器、激光器平台、第一步进电机、四个第一转轮和两条第一水平导轨；所述激光发生器的激光出射方向正对所述试验水槽侧壁；所述片光成型器位于所述激光发生器的激光出射口；所述激光发生器固定在所述激光器平台的上表面，所述第一步进电机固定在所述激光器平台的下表面，所述四个第一转轮分布在所述激光器平台下表面的四个角，所述第一步进电机的输出轴与四个所述第一转轮的中心轴传动连接；所述两条第一水平导轨相互平行，固定在所述试验水槽一侧的地面上，并与所述试验水槽侧壁平行；四个所述第一转轮沿两条所述第一水平导轨运动。

可选的，所述移动图像采集装置包括数字图像采集器、数采固定架、两个第二步进电机、两个第二转轮和两条第二水平导轨；

两条所述第二水平导轨分别沿所述试验水槽的两个侧壁的上边缘固定；所述数采固定架通过两个所述第二转轮沿两条所述第二水平导轨运动；两个所述第二步进电机分别固定在所述数采固定架两端，两个所述第二步进电机的输出轴与两个所述第二转轮的中心轴传动连接；所述数字图像采集器固定在所述数采固定架上，位于所述激光片光照射区域的正上方，且所述数字图像采集器的拍摄方向朝正下方。

可选的，该尾流场测量系统还包括移动消波槽；所述移动消波槽包括消波槽体、两条牵引线、槽体移动架、两个第三步进电机和两个第三转轮；

所述消波槽体的底部为透明玻璃；所述槽体移动架通过两个所述第三转轮沿两条所述第二水平导轨运动；两个所述第三步进电机分别固定在所述槽体移动架两端，两个所述第三步进电机的输出轴分别与两个所述第三转轮的中心轴传动连接；两条所述牵引线的一端分别固定在所述槽体移动架的两端，两条所述牵引线的另一端分别固定在所述消波槽体前端的两个角上，所述消波槽体漂浮于所述试验水槽的水面上且位于所述移动图像采集装置的正下方；所述移动消波槽、所述移动激光片光发生装置和所述移动图像采集装置可朝同一个水平方向同步移动。

可选的，所述第一步进电机、所述第二步进电机和所述第三步进电机均与所述计算机通过数据电源线连接；所述计算机用于控制所述第一步进电机、所述第二步进电机和所述第三步进电机同步转动。

可选的，所述消波槽体的前后侧壁在竖直方向上为弧线形。

可选的，所述激光发生器产生的激光的波长为532nm。

可选的，所述第一导轨和所述第二水平导轨上刻有长度刻度。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型所公开的潮流能发电装置尾流场测量系统，通过移动激光片光发生装置产生激光片光照射尾流场，通过移动图像采集装置采集尾流场在布散示踪粒子后的图像，然后利用图像计算尾流场中水流的流速，实现了对尾流场水流流速的整体测量，突破了现有技术无法准确测量完整尾流场的瓶颈。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型潮流能发电装置尾流场测量系统实施例的系统正视图；

图2为本实用新型潮流能发电装置尾流场测量系统实施例的系统俯视图；

图3为本实用新型潮流能发电装置尾流场测量系统实施例的系统左视图。

附图标记：1-试验水槽、2-潮流能发电装置、3-计算机、4-激光发生器、5-片光成型器、6-激光器平台、7-第一步进电机、8-第一水平导轨、9-数字图像采集器、10-数采固定架、11-第二步进电机、12-第二水平导轨、13-消波槽体、14-牵引线、15-槽体移动架、16-第三步进电机、17-数据电源线、18-计算机操作平台、19-水面、20-第一转轮。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型潮流能发电装置尾流场测量系统实施例的系统正视图。

图2为本实用新型潮流能发电装置尾流场测量系统实施例的系统俯视图。

图3为本实用新型潮流能发电装置尾流场测量系统实施例的系统左视图。

参见图1～图3，该潮流能发电装置尾流场测量系统，包括：试验水槽1、移动激光片光发生装置、移动图像采集装置和计算机3；

所述试验水槽1的底部为水泥平面、顶部敞开，两个侧壁为高透钢化玻璃；在所述试验水槽1内设置有潮流能发电装置2；所述移动激光片光发生装置位于所述试验水槽1的一侧；所述移动激光片光发生装置用于正对所述试验水槽1产生激光片光；所述移动图像采集装置位于所述试验水槽1的正上方，所述移动图像采集装置的拍摄方向朝向正下方，且正对所述激光片光的照射区域；所述移动图像采集装置用于在所述试验水槽1中布散示踪粒子后采集所述激光片光的照射区域的图像；所述移动图像采集装置的输出端与所述计算机3的输入端连接，所述计算机3用于计算所述潮流能发电装置2的尾流速度场。

本实用新型的潮流能发电装置2为潮流能发电装置的小比例样机或模型，该潮流能发电装置2包括叶轮、主机舱和支柱，叶轮与主机舱通过轴承相连，主机舱通过支柱固定在试验水槽1底部。

所述移动激光片光发生装置包括激光发生器4、片光成型器5、激光器平台6、第一步进电机7、四个第一转轮20和两条第一水平导轨8；所述激光发生器4固定在所述激光器平台6的上表面，所述第一步进电机7固定在所述激光器平台6的下表面上，四个所述第一转轮分布在所述激光器平台6下表面的四个角，所述第一步进电机7的输出轴与各所述第一转轮的中心轴传动连接；两条所述第一水平导轨8相互平行，固定在所述试验水槽1一侧的地面上，并与所述试验水槽1的侧壁平行；四个所述第一转轮沿两条所述第一水平导轨8运动；所述激光发生器4的激光出射方向正对所述试验水槽1的侧壁；所述片光成型器5位于所述激光发生器4的激光出射口。

所述激光发生器4为双脉冲激光发生器，所述激光发生器4产生激光的波长为532nm。所述片光成型器5用于将激光变成激光片光。所述片光成型器5的照射区域为潮流能发电装置2后方、水面19以下的尾流场区域。

激光器平台6包括两层，分别为顶层台面和底层台面；顶层台面和底层台面均为矩形钢板台面。顶层台面敷设有一层橡胶，用于放置激光发生器4并具有一定的避震效果，顶层台面和底层台面通过四根液压柱连接，可以调节顶层台面的垂直高度，四个第一转轮分别安装在底层台面的四角，第一步进电机7固定在底层台面的下表面上；通过驱动第一步进电机7推动激光器平台6在第一水平导轨8上移动。

所述移动图像采集装置包括数字图像采集器9、数采固定架10、两个第二步进电机11、两个第二转轮和两条第二水平导轨12；

两条所述第二水平导轨12分别沿所述试验水槽1的两个侧壁的上边缘固定；所述数采固定架10通过两个所述第二转轮沿两条所述第二水平导轨12运动；两个所述第二步进电机11固定在所述数采固定架10的两端，两个所述第二步进电机11的输出轴与两个所述第二转轮的中心轴传动连接；所述数字图像采集器9固定在所述数采固定架10上，位于所述激光片光照射区域的正上方，且所述数字图像采集器9的拍摄方向朝正下方。

数采固定架10可以固定数字图像采集器9并带动数字图像采集器9移动，提高数字图像采集器9拍摄时的稳定性，同时实现对拍摄位置的调整。

该尾流场测量系统还包括移动消波槽；所述移动消波槽包括消波槽体13、两条牵引线14、槽体移动架15、两个第三步进电机16和两个第三转轮；

所述消波槽体13漂浮于所述试验水槽1的水面19上且位于移动图像采集装置的正下方；所述消波槽体13是底部为透明玻璃、前后侧壁在竖直方向上为弧线形、侧壁为不锈钢材质且顶部敞开的扁平槽体；前后侧壁在竖直方向上为弧线形，可以减少对流场的影响；所述槽体移动架15通过两个所述第三转轮沿两条所述第二水平导轨运动；两个所述第三步进电机16分别固定在所述槽体移动架15的两端，两个所述第三步进电机16的输出轴分别与两个所述第三转轮的中心轴传动连接；两条所述牵引线14的一端分别固定在所述槽体移动架15的两端，两条所述牵引线14的另一端分别固定在所述消波槽体13前端的两个角上；所述移动消波槽、所述移动激光片光发生装置和所述移动图像采集装置可朝同一个水平方向同步移动。消波槽体13用于消除试验时水面19起伏和波纹产生的光线畸变，避免对测量结果产生影响。所述牵引线14为尼龙绳。

槽体移动架15用于固定消波槽体13并控制消波槽体13沿第二水平导轨12移动。

所述激光发生器4、所述第一步进电机7、所述第二步进电机11和所述第三步进电机16均通过数据电源线17与所述计算机3电连接；所述计算机3用于控制所述第一步进电机7、所述第二步进电机11和所述第三步进电机16同步转动，还用于对所述激光发生器4进行控制。

数字图像采集器9的数据输出端通过数据电源线17与所述计算机3的数据输入端连接。所述数字图像采集器9用于采集激光片光照射区域的图像，将采集到的图像转化为数字信号，并将数字信号输出到所述计算机3。

所述计算机3固定在计算机操作平台18上。所述计算机3还用于实现时间同步控制、标定和数据存储。计算机操作平台18用于放置和操作计算机3。

所述第一水平导轨8和所述第二水平导轨12均为钢结构，且所述第一水平导轨8和所述第二水平导轨12上刻有长度刻度和长度读数。

采用本实用新型的潮流能发电装置尾流场测量系统进行试验时，首先在试验水槽1内注水，通过手动控制或通过计算机3控制各个步进电机转动，实现对激光器平台6、数采固定架10和槽体移动架15的位置的调整，使激光发生器4对准潮流能发电装置2后方的待测量区域，然后调节片光成型器5，使激光呈片状水平对准测量区域。通过手动控制或通过计算机3进行标定：调节数字图像采集器9的焦距使激光片光平面处在最佳焦距内，在激光片光平面中央放置一条带刻度的标尺，通过计算机3控制数字图像采集器9拍摄一张清晰的图像，根据图像中的标尺对测量区域的尺寸进行标定。标定完成后启动试验水槽1的造流，在试验水槽1中布散10um直径的空心玻璃微珠作为示踪粒子，示踪粒子随水流通过激光片光区时对激光的散射或折射使其在镜头中显示为一个个光点，通过计算机3控制数字图像采集器9在预设时间内拍摄两张图像，然后利用粒子图像测速法计算示踪粒子的位移，得到水流的速度，整个测量区域内所有示踪粒子的速度即可反映出测量区域的瞬时流速场。当一个测量区域测量完成后，通过手动控制或通过计算机3控制激光器平台6、数采固定架10和槽体移动架15同步移动到下一个测量区域测量尾流场，从而可以测量潮流能发电装置2后方不同位置处的尾流场。

本实用新型所采用的粒子图像测速法为现有技术中的粒子图像测速法，具体为：利用互相关算法和测量区域的尺寸计算两张图像中同一个粒子的位移距离，结合两张图像的拍摄时间间隔即可计算出示踪粒子的移动速度，也即水流的速度。

本实用新型并不依赖于计算机内程序的改进，只需要采用现有的具有粒子图像测速功能的计算机即可实现本实用新型的功能。粒子图像测速属于现有技术，该技术需要承载在对应的计算机上才能够实现，因此具有粒子图像测速功能的计算机属于现有的计算机设备。

本实用新型的测量系统实现了对潮流能发电装置尾流场的面流场同步测量，且采用无接触式测量方式，不会对流场本身产生影响，从而可以真实准确地展示尾流场结构和变化。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型所公开的潮流能发电装置尾流场测量系统，通过移动激光片光发生装置产生激光片光照射尾流场，通过移动图像采集装置采集尾流场在布散示踪粒子后的图像，然后利用图像计算尾流场中水流的流速，实现了对尾流场水流流速的整体测量，突破了现有技术无法准确测量完整尾流场的瓶颈。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种潮流能发电装置尾流场测量系统，其特征在于，包括：试验水槽、移动激光片光发生装置、移动图像采集装置和计算机；

在所述试验水槽内设置有潮流能发电装置；所述移动激光片光发生装置位于所述试验水槽的一侧；所述试验水槽的两个侧壁为透明玻璃；所述移动激光片光发生装置用于正对所述试验水槽的侧壁产生激光片光；所述移动图像采集装置位于所述试验水槽的正上方，所述移动图像采集装置的拍摄方向朝向正下方，且正对所述激光片光的照射区域；所述移动图像采集装置用于在所述试验水槽中布散示踪粒子后采集所述激光片光的照射区域的图像；所述移动图像采集装置的输出端与所述计算机的输入端连接，所述计算机用于计算所述潮流能发电装置尾流场的速度；所述移动激光片光发生装置和所述移动图像采集装置可朝同一个水平方向同步移动。

2.根据权利要求1所述的潮流能发电装置尾流场测量系统，其特征在于，所述移动激光片光发生装置包括激光发生器、片光成型器、激光器平台、第一步进电机、四个第一转轮和两条第一水平导轨；所述激光发生器的激光出射方向正对所述试验水槽的侧壁；所述片光成型器位于所述激光发生器的激光出射口；所述激光发生器固定在所述激光器平台的上表面，所述第一步进电机固定在所述激光器平台的下表面，四个所述第一转轮分布在所述激光器平台下表面的四个角，所述第一步进电机的输出轴与四个所述第一转轮的中心轴传动连接；两条所述第一水平导轨相互平行，固定在所述试验水槽一侧的地面上，并与所述试验水槽的侧壁平行；四个所述第一转轮沿两条所述第一水平导轨运动。

3.根据权利要求2所述的潮流能发电装置尾流场测量系统，其特征在于，所述移动图像采集装置包括数字图像采集器、数采固定架、两个第二步进电机、两个第二转轮和两条第二水平导轨；

两条所述第二水平导轨分别沿所述试验水槽的两个侧壁的上边缘固定；所述数采固定架通过两个所述第二转轮沿两条所述第二水平导轨运动；两个所述第二步进电机分别固定在所述数采固定架两端，两个所述第二步进电机的输出轴与两个所述第二转轮的中心轴传动连接；所述数字图像采集器固定在所述数采固定架上，位于所述激光片光照射区域的正上方，且所述数字图像采集器的拍摄方向朝正下方。

4.根据权利要求3所述的潮流能发电装置尾流场测量系统，其特征在于，还包括移动消波槽；所述移动消波槽包括消波槽体、两条牵引线、槽体移动架、两个第三步进电机和两个第三转轮；

所述消波槽体的底部为透明玻璃；所述槽体移动架通过两个所述第三转轮沿两条所述第二水平导轨运动；两个所述第三步进电机分别固定在所述槽体移动架两端，两个所述第三步进电机的输出轴分别与两个所述第三转轮的中心轴传动连接；两条所述牵引线的一端分别固定在所述槽体移动架的两端，两条所述牵引线的另一端分别固定在所述消波槽体前端的两个角上，所述消波槽体漂浮于所述试验水槽的水面上且位于所述移动图像采集装置的正下方；所述移动消波槽、所述移动激光片光发生装置和所述移动图像采集装置可朝同一个水平方向同步移动。

5.根据权利要求4所述的潮流能发电装置尾流场测量系统，其特征在于，所述第一步进电机、所述第二步进电机和所述第三步进电机均与所述计算机通过数据电源线连接；所述计算机用于控制所述第一步进电机、所述第二步进电机和所述第三步进电机同步转动。

6.根据权利要求4所述的潮流能发电装置尾流场测量系统，其特征在于，所述消波槽体的前后侧壁在竖直方向上为弧线形。

7.根据权利要求2所述的潮流能发电装置尾流场测量系统，其特征在于，所述激光发生器产生的激光的波长为532nm。

8.根据权利要求3所述的潮流能发电装置尾流场测量系统，其特征在于，所述第一水平导轨和所述第二水平导轨上刻有长度刻度。

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