本實(shí)用新型屬于水文儀器的測(cè)試計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種流速儀的檢定裝置，尤其涉及一種FP系列流速儀的檢定裝置。

背景技術(shù)：

流速測(cè)量對(duì)于掌握水資源運(yùn)動(dòng)的自然規(guī)律、合理開(kāi)發(fā)和利用水資源、防汛抗災(zāi)等都起著極其重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，流速儀的技術(shù)水平也在不斷的提高，出現(xiàn)了一大批先進(jìn)的流速儀產(chǎn)品。其中，美國(guó)Global Water公司生產(chǎn)的FP系列便攜式流速儀憑借其結(jié)構(gòu)輕便、應(yīng)用范圍廣、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)而備受水文工作者青睞，應(yīng)用較廣泛的型號(hào)有FP111、FP211、FP311等。流速儀探頭為受保護(hù)的渦輪螺旋槳流速傳感器，中部為可伸縮手柄，手柄末端為流速顯示器，可自動(dòng)合成并顯示平均流速，數(shù)據(jù)更新頻率為1Hz。該系列流速儀可用于暴雨雨水徑流研究、下水道流速測(cè)量、江河及溪流流速測(cè)量以及管道及溝渠流速監(jiān)測(cè)等。

為了保證流速儀測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，根據(jù)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(SL/T150-95)《直線明槽中轉(zhuǎn)子式流速儀的檢定方法》的規(guī)定，轉(zhuǎn)子式流速儀需要定期進(jìn)行檢定。我國(guó)水利系統(tǒng)共建設(shè)了15個(gè)直線明渠水槽，目前尚有10余條檢定水槽能基本維持正常運(yùn)作。除濰坊、遼寧等少數(shù)水槽條件較好外，其余各水槽都不同程度上存在設(shè)備陳舊，技術(shù)落后，檢定精度低等問(wèn)題，給流速儀檢定帶來(lái)很大不便?，F(xiàn)有直線明渠水槽長(zhǎng)度約為130～180米，體積龐大，建造和維護(hù)成本較高，難以為流速儀的機(jī)動(dòng)伴隨檢定提供保障。

中國(guó)專(zhuān)利CN201520465842.4新型流速儀檢定車(chē)，包括車(chē)架，所述車(chē)架前部設(shè)有儀器固定裝置，所述車(chē)架下部設(shè)有驅(qū)動(dòng)橋、伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)輪和從動(dòng)輪，所述驅(qū)動(dòng)橋的輸出軸與驅(qū)動(dòng)輪連接，所述伺服電機(jī)電連接有伺服放大器，所述伺服放大器電連接有交流伺服控制系統(tǒng)，所述交流伺服控制系統(tǒng)包括可編程序控制器，所述可編程序控制器與控制臺(tái)電連接，所述可編程序控制器連接有流速儀信號(hào)接口和數(shù)據(jù)輸出接口。該現(xiàn)有技術(shù)充分利用了交流伺服控制系統(tǒng)的速度控制、位置控制、矢量控制等優(yōu)越性能，重點(diǎn)解決了制約流速儀檢定精度提高的關(guān)鍵技術(shù)要素，使本申請(qǐng)的流速儀檢定車(chē)信號(hào)采集精確可靠，車(chē)速穩(wěn)定、加速特性好；數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)值可靠、誤差小；操作簡(jiǎn)單、功能完備。

上述現(xiàn)有技術(shù)適用于直形水槽中，且裝置對(duì)數(shù)據(jù)讀取頻率和時(shí)間同步性無(wú)法得到保證，因而流速計(jì)算和顯示無(wú)法迅速精確讀取。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

解決的技術(shù)問(wèn)題：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，獲得一種流場(chǎng)環(huán)境穩(wěn)定、數(shù)據(jù)精確、數(shù)據(jù)采集頻率與示值更新頻率保持一致且具有時(shí)間同步特性的檢定設(shè)備，本實(shí)用新型提供了一種FP系列流速儀的檢定裝置。

技術(shù)方案：一種FP系列流速儀的檢定裝置，包括環(huán)形水槽、動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；所述動(dòng)力系統(tǒng)包括傳動(dòng)臂、齒輪軸承組件和伺服電機(jī)，其中傳動(dòng)臂通過(guò)齒輪軸承組件與伺服電機(jī)相連；所述控制系統(tǒng)包括無(wú)線攝像機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器、FPGA控制模塊、伺服驅(qū)動(dòng)器和計(jì)算機(jī)，其中無(wú)線攝像機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器與計(jì)算機(jī)通過(guò)電信號(hào)連通，F(xiàn)PGA控制模塊通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)電相連，旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)軸通過(guò)聯(lián)軸器與傳動(dòng)臂的轉(zhuǎn)軸相連，無(wú)線攝像機(jī)設(shè)于傳動(dòng)臂上；所述傳動(dòng)臂的一端設(shè)有流速儀，流速儀與無(wú)線攝像機(jī)相對(duì)的一端設(shè)有示值窗，另一端伸入環(huán)形水槽中。

所述檢定裝置由伺服電機(jī)為檢定系統(tǒng)提供動(dòng)力，通過(guò)傳動(dòng)臂帶動(dòng)流速儀在環(huán)形水槽中做圓周運(yùn)動(dòng)，模擬流速儀在各個(gè)流速檢定點(diǎn)下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述環(huán)形水槽包括儲(chǔ)水部和分別設(shè)于其內(nèi)外側(cè)的內(nèi)支撐骨架和外支撐骨架；其中儲(chǔ)水部設(shè)有水槽隔板，包括擋水板及設(shè)于其上的擋水門(mén)，二者通過(guò)彈簧合頁(yè)連接。環(huán)形水槽的儲(chǔ)水部采用一體化PVC材質(zhì)，為流速儀檢定提供穩(wěn)定的流場(chǎng)環(huán)境。

優(yōu)選的，所述伺服電機(jī)與齒輪軸承組件之間設(shè)有減速器。

優(yōu)選的，所述傳動(dòng)臂的另一端設(shè)有配重盒，且傳動(dòng)臂為不等臂結(jié)構(gòu)，流速儀一端臂長(zhǎng)較配重盒臂長(zhǎng)長(zhǎng)。

優(yōu)選的，所述流速儀通過(guò)安裝板和鎖緊環(huán)固定于傳動(dòng)臂的一端。

優(yōu)選的，所述無(wú)線攝像機(jī)、旋轉(zhuǎn)編碼器、FPGA控制模塊與計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線通信方式連接。

優(yōu)選的，所述動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)安裝于框架內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述框架的底部設(shè)有輪動(dòng)及水平調(diào)節(jié)組件，包括經(jīng)連接裝置固定于框架底部的滾動(dòng)小輪、斜支撐腳、水平支撐腳、水平調(diào)節(jié)螺絲。滾動(dòng)小輪、水平支撐腳、水平調(diào)節(jié)螺絲和連接裝置為一體化結(jié)構(gòu)，其中斜支撐腳安裝于框架底部一側(cè)，并于其底部設(shè)有通孔，側(cè)面設(shè)有高度調(diào)節(jié)孔。裝置移動(dòng)時(shí)，收緊水平調(diào)節(jié)螺絲，使水平支撐腳處于懸空狀態(tài)；檢定過(guò)程中，轉(zhuǎn)動(dòng)水平調(diào)節(jié)螺絲，使水平支撐腳接觸地面，起到支撐作用，并將裝置調(diào)整至水平。斜支撐腳安裝于框架的側(cè)面，通過(guò)其上端的高度調(diào)節(jié)孔實(shí)現(xiàn)其高度調(diào)節(jié)。在檢定過(guò)程中，可使斜支撐腳接觸地面，經(jīng)過(guò)其底部的通孔由膨脹螺絲將裝置固定在地面上。

所述FP系列流速儀的檢定裝置的具體工作流程如下：FPGA控制模塊經(jīng)過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，伺服電機(jī)經(jīng)過(guò)減速器和齒輪軸承組件帶動(dòng)傳動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)，使得流速儀在環(huán)形水槽中以預(yù)定速度做圓周運(yùn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，無(wú)線攝像機(jī)拍攝流速儀示值窗的流速示值，并將視頻信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至計(jì)算機(jī)。旋轉(zhuǎn)編碼器精確測(cè)定流速儀轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)的角度，并將角度值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制編碼。已知FP系列流速儀的示值更新頻率為1Hz，計(jì)算機(jī)軟件在流速儀示值更新的同時(shí)讀取旋轉(zhuǎn)編碼器的二進(jìn)制編碼序列，并截取無(wú)線攝像機(jī)視頻圖像，識(shí)別流速儀示值。精確測(cè)定傳動(dòng)臂軸心至流速儀軸心的距離，結(jié)合旋轉(zhuǎn)編碼器的角度測(cè)量編碼序列，計(jì)算出流速儀的真實(shí)運(yùn)動(dòng)速度。比較流速儀真實(shí)運(yùn)動(dòng)速度及其示值窗示值，求解出流速儀示值誤差。重復(fù)進(jìn)行上述過(guò)程，完成流速儀在各個(gè)檢定點(diǎn)上的示值檢定。在裝置工作過(guò)程中流速儀在測(cè)量范圍內(nèi)應(yīng)選擇12至15個(gè)流速檢定點(diǎn)，低速段需加密設(shè)置。

有益效果：

(1)本實(shí)用新型所述的檢定裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攜帶方便，可現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速拆解與組裝，占地空間小，制作和維護(hù)成本低，為流速儀提供多樣的檢定條件，降低了其檢定成本；

(2)本實(shí)用新型所述的檢定裝置，在完成某個(gè)速度點(diǎn)上示值檢定時(shí)，可在無(wú)動(dòng)力狀態(tài)下自由滑行至停止，無(wú)需對(duì)裝置進(jìn)行剎車(chē)制動(dòng)，從而有效降低了動(dòng)力系統(tǒng)的故障率及發(fā)生安全事故的概率；

(3)本實(shí)用新型所述的檢定裝置，對(duì)流速儀的平均速度檢測(cè)結(jié)果精確，數(shù)據(jù)采集頻率與流速儀示值窗的示值更新頻率保持一致，確保了數(shù)據(jù)的可靠性和時(shí)間的同步性；

(4)本實(shí)用新型所述的檢定裝置，其檢定范圍為0.1～4.5米每秒，檢定精度可達(dá)到0.01米每秒，溫度范圍為-20℃～50℃，具有較高的環(huán)境適應(yīng)性，檢定范圍及檢定精度均滿(mǎn)足實(shí)際測(cè)量需求。

附圖說(shuō)明

圖1是FP系列流速儀的檢定裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是環(huán)形水槽結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是環(huán)形水槽隔板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是動(dòng)力系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是流速儀與無(wú)線攝像機(jī)安裝方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是配重盒安裝方式結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是輪動(dòng)及水平調(diào)節(jié)組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是滾輪連接的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是斜支撐腳安裝的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1為環(huán)形水槽，2為配重盒，3為傳動(dòng)臂，4為無(wú)線攝像機(jī)，5為流速儀，6為齒輪軸承組件，7為旋轉(zhuǎn)編碼器，8為框架，9為FPGA控制模塊，10為示值窗，11為伺服驅(qū)動(dòng)器，12為伺服電機(jī)，13為減速器，14為計(jì)算機(jī)，15為內(nèi)支撐骨架，16為儲(chǔ)水部，17為外支撐骨架，18為擋水板，19為擋水門(mén)，20為彈簧合頁(yè)，21為安裝板，22為鎖緊環(huán)，23為滾動(dòng)小輪，24為外支撐腳，25為水平支撐腳，26為水平調(diào)節(jié)螺絲，27為連接裝置，28為通孔，29為高度調(diào)節(jié)孔。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容，但不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在不背離本發(fā)明精神和實(shí)質(zhì)的情況下，對(duì)本發(fā)明方法、步驟或條件所作的修改和替換，均屬于本發(fā)明的范圍。若未特別指明，實(shí)施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種FP系列流速儀的檢定裝置，包括環(huán)形水槽1、動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；所述動(dòng)力系統(tǒng)包括傳動(dòng)臂3、齒輪軸承組件6和伺服電機(jī)12，其中傳動(dòng)臂3通過(guò)齒輪軸承組件6與伺服電機(jī)12相連；所述控制系統(tǒng)包括無(wú)線攝像機(jī)4、旋轉(zhuǎn)編碼器7、FPGA控制模塊9、伺服驅(qū)動(dòng)器11和計(jì)算機(jī)14，其中無(wú)線攝像機(jī)4、旋轉(zhuǎn)編碼器7與計(jì)算機(jī)14通過(guò)電信號(hào)連通，F(xiàn)PGA控制模塊9通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器11與伺服電機(jī)12電相連，旋轉(zhuǎn)編碼器7的轉(zhuǎn)軸通過(guò)聯(lián)軸器與傳動(dòng)臂3的轉(zhuǎn)軸相連，無(wú)線攝像機(jī)4設(shè)于傳動(dòng)臂3上；所述傳動(dòng)臂3的一端設(shè)有流速儀5，流速儀5與無(wú)線攝像機(jī)4相對(duì)的一端設(shè)有示值窗10，另一端伸入環(huán)形水槽1中。

如圖2所示，所述環(huán)形水槽1包括儲(chǔ)水部16和分別設(shè)于其內(nèi)外側(cè)的內(nèi)支撐骨架15和外支撐骨架17；如圖3所示，其中儲(chǔ)水部16設(shè)有水槽隔板，包括擋水板18及設(shè)于其上的擋水門(mén)19，二者通過(guò)彈簧合頁(yè)20連接。

檢定過(guò)程中，將水槽隔板固定于環(huán)形水槽1的儲(chǔ)水部16中，流速儀5從隔板后側(cè)啟動(dòng)，繞水槽轉(zhuǎn)動(dòng)一周至隔板前側(cè)。切斷伺服電機(jī)12控制信號(hào)，使流速儀5在無(wú)動(dòng)力狀態(tài)下憑借運(yùn)動(dòng)慣性撞開(kāi)擋水門(mén)19。待流速儀5通過(guò)后，彈簧合頁(yè)20帶動(dòng)擋水門(mén)19恢復(fù)關(guān)閉狀態(tài)。水槽隔板可有效阻斷流速儀5對(duì)隔板前側(cè)流場(chǎng)的干擾，使其保持靜止?fàn)顟B(tài)。

如圖4所示，所述伺服電機(jī)12與齒輪軸承組件6之間設(shè)有減速器13。

如圖6所示，所述傳動(dòng)臂3的另一端設(shè)有配重盒2，且傳動(dòng)臂3為不等臂結(jié)構(gòu)，流速儀5一端臂長(zhǎng)較配重盒2臂長(zhǎng)長(zhǎng)。

如圖5所示，所述流速儀5通過(guò)安裝板21和鎖緊環(huán)22固定于傳動(dòng)臂3的一端。

所述無(wú)線攝像機(jī)4、旋轉(zhuǎn)編碼器7、FPGA控制模塊9與計(jì)算機(jī)14通過(guò)無(wú)線通信方式連接。

如圖7所示，所述動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)安裝于框架8內(nèi)。

所述框架8的底部設(shè)有輪動(dòng)及水平調(diào)節(jié)組件，包括經(jīng)連接裝置27固定于框架8底部的滾動(dòng)小輪23、斜支撐腳24、水平支撐腳25、水平調(diào)節(jié)螺絲26。滾動(dòng)小輪23、水平支撐腳25、水平調(diào)節(jié)螺絲26和連接裝置27為一體化結(jié)構(gòu)，其中斜支撐腳24安裝于框架8底部一側(cè)，并于其底部設(shè)有通孔28，側(cè)面設(shè)有高度調(diào)節(jié)孔29。裝置移動(dòng)時(shí)，收緊水平調(diào)節(jié)螺絲26，使水平支撐腳25處于懸空狀態(tài)；檢定過(guò)程中，轉(zhuǎn)動(dòng)水平調(diào)節(jié)螺絲26，使水平支撐腳25接觸地面，起到支撐作用，并將裝置調(diào)整至水平。斜支撐腳24安裝于框架8的側(cè)面，通過(guò)其上端的高度調(diào)節(jié)孔29實(shí)現(xiàn)其高度調(diào)節(jié)。在檢定過(guò)程中，可使斜支撐腳24接觸地面，經(jīng)過(guò)其底部的通孔28由膨脹螺絲將裝置固定在地面上。

FP系列流速儀的檢定裝置的具體工作流程如下：FPGA控制模塊9經(jīng)過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器11控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，伺服電機(jī)12經(jīng)過(guò)減速器13和齒輪軸承組件6帶動(dòng)傳動(dòng)臂3轉(zhuǎn)動(dòng)，使得流速儀5在環(huán)形水槽1中以預(yù)定速度做圓周運(yùn)動(dòng)。在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，無(wú)線攝像機(jī)4拍攝流速儀5示值窗10的流速示值，并將視頻信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至計(jì)算機(jī)14。旋轉(zhuǎn)編碼器7精確測(cè)定流速儀5轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)的角度，并將角度值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制編碼。已知FP系列流速儀的示值更新頻率為1Hz，計(jì)算機(jī)軟件在流速儀5示值更新的同時(shí)讀取旋轉(zhuǎn)編碼器7的二進(jìn)制編碼序列，并截取無(wú)線攝像機(jī)4視頻圖像，識(shí)別流速儀5示值。精確測(cè)定傳動(dòng)臂3軸心至流速儀5軸心的距離，結(jié)合旋轉(zhuǎn)編碼器7的角度測(cè)量編碼序列，計(jì)算出流速儀5的真實(shí)運(yùn)動(dòng)速度。比較流速儀5真實(shí)運(yùn)動(dòng)速度及其示值窗10示值，求解出流速儀5的示值誤差。重復(fù)進(jìn)行上述過(guò)程，完成流速儀5在各個(gè)檢定點(diǎn)上的示值檢定。在裝置工作過(guò)程中流速儀5在測(cè)量范圍內(nèi)應(yīng)選擇12至15個(gè)流速檢定點(diǎn)，低速段需加密設(shè)置。