一种适用于浑浊流体的流速流向监测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种浑浊流体监测装置，装置包括触杆、连接件、弹性阻尼体、基座、导光管、光学透镜、光学定位传感器、光源发射模块和数据处理器；光学透镜与光学定位传感器及静止位置的触杆共轴线；由光源发射模块发出的散射光经导光管导出，并通过光学透镜聚光后投射至光学定位传感器上；数据处理器与光学定位传感器电信号连接，用于接收光学定位传感器提供的光斑中心的坐标信息，即得到当前触杆偏离静止位置的角度，计算得到流体的流速和流向。本实用新型制造成本低、能效小、可批量安装使用、能够在浑浊水体等恶劣环境下实时监测流体信息。
【专利说明】-种适用于浑浊流体的流速流向监测装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于流体测量技术，涉及了一种适用于浑浊流体的流速流向监测装 置，具体地说，提出了一种阻尼杆式的流速流向测量装置，可用于浑浊流体的实时监测。
【背景技术】
[0002] 在流体测量领域，目前的测量技术与方法主要有超声波多普勒技术、激光技术、热 线热膜测速技术等先进的流体测量手段，但该些技术及设备有的价格昂贵，有的不便使用， 不能作为机载设备安装在空间受限的航行器上，随着人类在近海、湖泊等浅水水下活动的 不断深入，对于浅水水流信息的获取变得越来越重要，该些区域的流体浑浊度较大，限制了 一些测量设备的使用，急需一种价格低廉、低能耗、可大量安装使用的测量设备，可安装在 如水下机器人、海洋平台水下部分等设施用于实时感知流体信息。 实用新型内容
[0003] 本实用新型提供的一种浑浊流体监测装置，目的在于为解决现有流体测量传感器 的缺陷，特别是提供一种制造成本低、能效小、可批量安装使用、可在浑浊水体等恶劣环境 下实时监测流体信息。
[0004] 本实用新型提供的一种浑浊流体监测装置，其特征在于，该装置包括触杆、连接 件、弹性阻尼体、基座、导光管、光学透镜、光学定位传感器、光源发射模块和数据处理器；
[0005] 所述触杆为中也轴对称结构，呈柱状；所述基座为空也结构，其上盖板上固定安装 有弹性阻尼体；
[0006] 所述连接件的一端包裹在触杆内部，另一端穿过弹性阻尼体中也位置并位于基座 内部，且连接件中部固定在弹性阻尼体上，连接件的底端安装有光源发射模块，导光管用 于将光源发射模块发出的散射光导出，其中也轴线与触杆的中也轴线重合，且与触杆保持 同步运动，且与弹性阻尼体的中也方向相反，光源发射模块下方依次布置有光学透镜和光 学定位传感器，光学透镜与光学定位传感器及静止位置的触杆共轴线；由光源发射模块发 出的散射光经导光管导出，并通过光学透镜聚光后投射至光学定位传感器上，在光学定位 传感器上生成一个亮度均匀并集中的光斑；数据处理器与光学定位传感器电信号连接，用 于接收光学定位传感器提供的光斑中也的坐标信息，并计算得到流体的流速和流向。
[0007] 本实用新型装置可W实时监测单点的流体信息，将监测装置按阵列分布，可W根 据测量环境的需要，形成完整的测量曲面，实时监测环境中的流体流场变化情况。
[0008] 本实用新型装置将流体运动通过形状可恢复的带阻尼的杠杆机构转化为光源的 同步运动，采用光电成像定位技术一次性同时测量流体的流速及流向信息，不需要矢量运 算，不需要同时使用多个间接传感器，可广泛用于空中及水下流体信息的实时监测，本实用 新型可测量流经与测量装置底部平面平行的流体的二维信息。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图I为本实用新型提供的浑浊流体监测装置的整体结构示意图；
[0010] 图2为弹黃-惯量-阻尼简化模型示意图；
[0011] 图3为静水标定实验装置示意图；
[0012] 图4为成像结果分析原理图；
[0013] 图5为成像平面矢量坐标图；
[0014] 图中，1为触杆，2为连接件，3为弹性阻尼体，4为基座，5为导光管，6为光学透镜， 7为光学定位传感器，8为定位栓，9为光源发射模块，10为数据处理器，11为弹性导线，12 为光学透镜固定支座，13为光学定位传感器固定支座；14为调速电机，15为直线导轨，16 为拉绳，17为载物台，18为水槽，19为水。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是， 对于该些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此 夕F，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲 突就可W相互组合。
[0016] 本实用新型装置中，流体对触杆1的冲击作用产生偏移运动，弹性阻尼体3约束流 体的冲击，使得如图1所示的结构模型可简化为图2所示的弹黃-惯量-阻尼模型，其中， 0为流速V的流体冲击触杆1使其偏转的角度（即偏离静止位置的角度），F为流体的冲 击力，又称拖曳力，Li为从触杆1顶端到弹性阻尼体3中也的长度，Ls为从弹性阻尼体3的 中也到达连接件2底端的长度，Ci、C2分别为弹性阻尼体3简化模型中扭转阻尼系数和拉伸 阻尼系数，ki、k,分别为弹性阻尼体3简化模型中扭转刚度系数和拉伸刚度系数，J为触杆 1的转动惯量。
[0017] 该模型的二阶传递函数为：
[001引
【权利要求】
1. 一种流体的流速流向监测装置，其特征在于，该装置包括触杆、连接件、弹性阻尼体、 基座、导光管、光学透镜、光学定位传感器、光源发射模块和数据处理器； 所述触杆为中心轴对称结构，呈柱状；所述基座为空心结构，其上盖板上固定安装有弹 性阻尼体；所述连接件的一端包裹在触杆内部，另一端穿过弹性阻尼体中心位置并位于基 座内部，且连接件中部固定在弹性阻尼体上，连接件的底端安装有光源发射模块，导光管用 于将光源发射模块发出的散射光导出，其中心轴线与触杆的中心轴线重合，且与触杆保持 同步运动，且与弹性阻尼体的中心方向相反，光源发射模块下方依次布置有光学透镜和光 学定位传感器，光学透镜与光学定位传感器及静止位置的触杆共轴线；由光源发射模块发 出的散射光经导光管导出，并通过光学透镜聚光后投射至光学定位传感器上，在光学定位 传感器上生成一个亮度均匀并集中的光斑；数据处理器与光学定位传感器电信号连接，用 于接收光学定位传感器提供的光斑中心的坐标信息，并计算得到流体的流速和流向。
2. 根据权利要求1所述的流速流向监测装置，其特征在于，所述触杆采用硬度超过邵 氏D65、弹性模量超过40Mpa的聚氨酯或韧性塑料。
3. 根据权利要求1所述的流速流向监测装置，其特征在于，弹性阻尼体采用硬度在邵 氏A40到60之间，弹性模量超过3MPa的包括硅胶或聚氨酯在内的弹性材料，连接件采用硬 度超过邵氏D70的合成塑料。
4. 根据权利要求1、2或3所述的流速流向监测装置，其特征在于，所述弹性阻尼体为 圆柱状薄片。
5. 根据权利要求1、2或3所述的流速流向监测装置，其特征在于，导光管采用包括钛毛 细管在内的准直不变形的高硬度材料制作。
6. 根据权利要求1、2或3所述的流速流向监测装置，其特征在于，多个所述监测装置按 阵列布置。
【文档编号】G01P5/02GK204129065SQ201420491163
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】陈学东, 朱连利 申请人:华中科技大学