專利名稱：非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種流速測(cè)量裝置，更具體涉及一種非接觸光電式坡面薄層流流速 測(cè)量裝置，主要用于水土流失研究與監(jiān)測(cè)中的徑流流速的測(cè)量，也可廣泛應(yīng)用于水利工 程、石油工程等監(jiān)測(cè)與研究中對(duì)流體深度和測(cè)量精度有局限的流速測(cè)量。
技術(shù)背景流體流動(dòng)速度的精確測(cè)量一直是科學(xué)工作者關(guān)注和急于解決的難題，許多問(wèn)題的解 決和實(shí)際流動(dòng)模型的改進(jìn)都依賴高質(zhì)量測(cè)量結(jié)果的獲得。在流體力學(xué)中，流體的流動(dòng)速 度是流場(chǎng)最為基本的物理量，對(duì)流動(dòng)特征的認(rèn)識(shí)很大程度上取決于速度場(chǎng)的獲得。大多 數(shù)描述流場(chǎng)的導(dǎo)出量都直接和速度參量建立聯(lián)系,如環(huán)量、渦量、流函數(shù)等等。在水土流失研究和監(jiān)測(cè)中，徑流流速是徑流計(jì)算、土壤侵蝕預(yù)報(bào)中不可缺少的水動(dòng) 力參數(shù)。開(kāi)展徑流流速的研究對(duì)于深入研究徑流的動(dòng)力機(jī)制,進(jìn)一步揭示土壤侵蝕機(jī)理 至關(guān)重要。雖然流體流速的測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器較多，但是多用于河流和明渠以及工業(yè) 管道中，并不適用徑流流速的測(cè)量。目前尚沒(méi)有廣泛應(yīng)用的測(cè)量坡面徑流流速的專用儀器。土壤侵蝕所形成的坡面徑流實(shí)際上是水沙液固兩相流，是多相流的一種。兩相流體 的流動(dòng)狀況十分復(fù)雜,屬于難測(cè)流體。在坡面水土流失實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中，大氣降雨的突 發(fā)性和短歷時(shí)、高含沙水流等因素，人工觀測(cè)極易造成漏測(cè)、誤測(cè)；人工降雨小區(qū)試驗(yàn) 中的坡面流流層微薄，流速變化大，流態(tài)不穩(wěn)定。這些都對(duì)水流流速測(cè)量裝置提出了較 高的要求-1、 能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量坡面微小水流的狀態(tài)；2、 測(cè)量范圍寬，并能測(cè)量高含沙水流；3、 具有較高的測(cè)量精度。 發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是在于提供一種能夠準(zhǔn)確測(cè)量出坡面薄層 流流速的非接觸光電式薄層流流速測(cè)量裝置，其技術(shù)解決方案為非接觸光電式坡面薄
層流流速儀裝置，包括紅外發(fā)光裝置、紅外光電接收放大裝置及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，紅外發(fā) 光裝置設(shè)置在一個(gè)透明真空的殼體中，構(gòu)成紅外發(fā)光體，紅外光電接收放大裝置通過(guò)信 號(hào)線連接到設(shè)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接端口上，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有計(jì)時(shí)模塊、主機(jī)、 顯示器。設(shè)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上的連接端口至少為l個(gè)以上。設(shè)置在透明真空殼體中的紅 外發(fā)光裝置裝有觸壓式開(kāi)關(guān)。由于采用了以上技術(shù)方案，本實(shí)用新型的非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)易、維護(hù)量小、精度高、自動(dòng)化程度高、抗干擾性強(qiáng)且可長(zhǎng)期穩(wěn)定使用， 對(duì)流場(chǎng)無(wú)影響，克服了以往傳統(tǒng)流速儀在薄層流流速測(cè)量中的空白，可廣泛應(yīng)用于水利 工程、石油輸運(yùn)、水土流失等監(jiān)測(cè)與研究中對(duì)流體深度和測(cè)量精度有局限的流速測(cè)量， 具有很好的實(shí)用價(jià)值。

圖1紅外光電接收放大裝置附圖圖2非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置組成框圖圖3非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置測(cè)量直觀圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述見(jiàn)附圖非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置，非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置，包括 紅外發(fā)光裝置、紅外光電接收放大裝置及數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)，紅外發(fā)光裝置設(shè)置在一個(gè)透明 真空的殼體中，構(gòu)成紅外發(fā)光體，紅外光電接收放大裝置通過(guò)信號(hào)線連接到設(shè)在數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)的連接端口上，紅外光電接收放大裝置由高靈敏度光電晶體管1、光電流放大器 2、紅外發(fā)光二極管LED3組成，由紅外發(fā)光體發(fā)出的光信號(hào)被高靈敏度光電晶體管l接 收，產(chǎn)生微弱的電信號(hào)，微弱的電信號(hào)經(jīng)由光電流放大器2放大后，放大的電信號(hào)通過(guò) 紅外發(fā)光二極管LED3使其發(fā)光，電信號(hào)被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的計(jì)時(shí)模塊所接收，數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有計(jì)時(shí)模塊、主機(jī)、顯示器。設(shè)在數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)上的連接端口至少為 l個(gè)以上。透明真空的殼體可以為球體或長(zhǎng)方體。設(shè)置在透明真空殼體中的紅外發(fā)光裝 置裝有觸壓式開(kāi)關(guān)。具體實(shí)施例 根據(jù)測(cè)量要求，將4個(gè)紅外光電接收放大裝置接入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接端口上，并 按等距離L布置在流體途經(jīng)的路徑上。紅外發(fā)光體選擇長(zhǎng)方體，懸浮于被測(cè)流體中，并 與流體同步運(yùn)動(dòng)。這樣流動(dòng)著的紅外發(fā)光體發(fā)出的光信號(hào)被預(yù)先按等距離L布置在流體 途經(jīng)的路徑上的紅外光電接收放大裝置中的高靈敏度光電晶體管按時(shí)間順序先后所接 收，每接受一次光信號(hào)的同時(shí)產(chǎn)生微弱的電信號(hào)，微弱的電信號(hào)經(jīng)由光電流放大器放大 后，放大的電信號(hào)通過(guò)紅外發(fā)光二極管LED使其發(fā)光，提醒測(cè)試人員流動(dòng)的紅外發(fā)光體 剛好通過(guò)紅外光電接收放大裝置(詳見(jiàn)附圖3)，電信號(hào)通過(guò)計(jì)時(shí)模塊被記錄保存下來(lái)為 f (z' = 0,1,2,3)，因此流體的速度可按下式來(lái)計(jì)算，當(dāng)L足夠小的時(shí)候，就可測(cè)出連續(xù) 流動(dòng)的流體4個(gè)相鄰的點(diǎn)速度，大大提高測(cè)量的精確度。計(jì)時(shí)模塊記錄的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳入計(jì)算機(jī)，記錄的測(cè)量數(shù)據(jù)由安裝了測(cè)速軟件的 計(jì)算機(jī)和普通顯示器來(lái)控制和計(jì)算，最終所需的數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果可由打印機(jī)直接打印輸出。此套流速儀裝置與傳統(tǒng)的流速儀相比，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)1) 非接觸性。此套裝置測(cè)量?jī)x器不用置于流體中，對(duì)流場(chǎng)無(wú)任何影響；2) 抗干擾性強(qiáng)。此套裝置采用紅外調(diào)制電路以克服環(huán)境光對(duì)流速測(cè)量的影響；3) 適用性廣。此套裝置不受被測(cè)流體環(huán)境(如流體的溫度，流體深度，粘稠度， 流體中雜質(zhì)顆粒的含量和流體中的雜物等)的影響；4) 自動(dòng)化程度高。此套裝置包含計(jì)時(shí)模塊，計(jì)算機(jī)直接可控的測(cè)速軟件而無(wú)需人 為過(guò)多地操作，測(cè)量結(jié)果直接由普通顯示器顯示出來(lái)，并且數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果可由 打印機(jī)直接打印輸出。
權(quán)利要求1、非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置，包括紅外發(fā)光裝置、紅外光電接收放大裝置及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于紅外發(fā)光裝置設(shè)置在一個(gè)透明真空的殼體中，構(gòu)成紅外發(fā)光體，紅外光電接收放大裝置通過(guò)信號(hào)線連接到設(shè)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接端口上，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有計(jì)時(shí)模塊、主機(jī)、顯示器。
2、 如權(quán)利要求1所述的非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置，其特征在于設(shè)在數(shù) 據(jù)釆集系統(tǒng)上的連接端口至少為1個(gè)以上。
3、 如權(quán)利要求l所述的非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置，其特征在于透明真 空的殼體為球體。
4、 如權(quán)利要求1所述的非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置，其特征在于透明真 空的殼體為長(zhǎng)方體。
5、 如權(quán)利要求l所述的非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置，其特征在于設(shè)置在 透明真空殼體中的紅外發(fā)光裝置裝有觸壓式開(kāi)關(guān)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一套非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置，是用于在水土流失研究與監(jiān)測(cè)中廣泛應(yīng)用的測(cè)量流體表面流速的儀器，包括紅外發(fā)光裝置、紅外光電接收放大裝置及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，紅外發(fā)光裝置設(shè)置在一個(gè)透明真空的殼體中，構(gòu)成紅外發(fā)光體，設(shè)置在透明真空殼體中的紅外發(fā)光裝置裝有觸壓式開(kāi)關(guān)。紅外光電接收放大裝置通過(guò)信號(hào)線連接到設(shè)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接端口上。本實(shí)用新型儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)易、維護(hù)量小、精度高、自動(dòng)化程度高、抗干擾性強(qiáng)且可長(zhǎng)期穩(wěn)定使用，對(duì)流場(chǎng)無(wú)影響，可廣泛應(yīng)用于水利工程、石油輸運(yùn)、水土流失等監(jiān)測(cè)與研究中對(duì)流體深度和測(cè)量精度有局限的流速測(cè)量。
文檔編號(hào)G01P5/18GK201025483SQ200720083389
公開(kāi)日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月30日
發(fā)明者磊 劉, 吳燕開(kāi), 彭書(shū)生, 冰 梁, 王惠蕓, 王永波, 謙 盛, 強(qiáng) 薛, 穎 趙 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所