河工模型试验水边界识别测量系统与测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种河工模型试验水边界识别测量系统，它包括与待测模型两岸平行的导轨，横跨待测模型左、右岸安装在导轨上的测桥，测桥可在导轨上水平移动；测桥上设有测车，测车可在测桥上水平运动；测车上安装有升降驱动装置、升降架，升降架可垂向运动；升降架上安装有测杆和压力传感器；测杆上安装有测量电极。测桥、测车、升降架的驱动与定位，以及测杆与水面的接触均由计算机控制实现。本发明还公开了应用这种河工模型试验水边界识别测量系统进行水边界测量的方法，利用测量电极及压力传感器获取各测点的数据。本发明精确度高，自动化程度高，为完善模型试验断面流速分布自动测量系统及后续数据处理工作，提供必要的检测方法和检测数据结果。
【专利说明】河工模型试验水边界识别测量系统与测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于河工模型试验技术，更具体地说它是一种河工模型试验水边界识别测量系统，本发明还涉及应用这种河工模型试验水边界识别测量系统的测量方法。
【背景技术】
[0002]在水工、河工和港工等流体模型试验中，特别是河工模型的动床模型试验中，需要对模型断面的水位及流速等测量要素进行测量，模型试验断面流速分布是必测项目，在进行流速分布测量时，试验断面的左右水边界是需要测量的，但是到目前为止，模型试验断面的左右水边界还是由人工观测得到的。
[0003]目前在模型试验断面流速测量中，常用的一种定点方法是:以断面左水边线为起点，先观测记录断面左水边，然后每隔一定的间距，测量该点垂线方向的各特定水深点处(由试验人员根据试验内容定)的流速，当第N点(左水边+N倍测量间距)测量完成,第N+1点已达右岸则停止测量，观测记录右水边线。该断面流速测量完成。另外一种定点方法是以左岸导线点为起点距，每隔一定的间距作为测量点，该点能否测量由测量人员现场根据该点是否入水或水深是否满足测量要求来判断，当第一点满足测量要求时，观测记录左水边点数据，然后继续完成已给定间距的流速测量，直到下一点已达右岸则停止测量，观测记录右水边线。该断面流速测量完成。
[0004]2011年我院参与国家重大科学仪器设备开发专项“我国大型河工模型试验智能测控系统开发”(项目编号:2011YQ070055)分任务“长江防洪大模型量测系统应用开发及示范(任务编号:2011YQ07005503)”的研发工作，需要完成包括模型试验断面流速分布自动测量在内的智能测控系统的开发，模型水面边界自动识别系统应用开发是该研究内容之一。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述现有【背景技术】的不足之处，而提供一种自动化程度高，精确度高的河工模型试验水边界识别测量系统。
[0006]本发明的另一目的是提供一种应用河工模型试验水边界识别测量系统进行水边界识别的测量方法。
[0007]本发明的第一目的是通过如下措施来达到的:
[0008]河工模型试验水边界识别测量系统，包括设置在模型两岸的两条导轨，所述导轨上安装有测桥；所述测桥横跨待测模型左、右岸；所述可沿导轨水平运动的测桥上设有测车，所述测车与测桥滑动连接，可沿测桥水平移动的测车上安装有升降驱动定位装置，所述升降驱动定位装置上安装有升降架，所述升降架与测车滑动连接，所述可上下运动的升降架上安装有测杆及压力传感器；所述测杆上安装有测量电极。
[0009]进一步地，所述测桥水平方向即X向的驱动与定位由计算机通过有线数据控制或无线数据控制方式实现；所述测车水平方向即Y向的驱动与定位由计算机通过有线数据控制或无线数据控制方式实现；所述升降架垂直方向即Z向的驱动与定位由计算机通过有线数据控制或无线数据控制方式实现。
[0010]本发明的第二目的是通过如下措施来达到的:应用河工模型试验水边界识别测量系统的测量方法，它按如下步骤进行:
[0011]步骤一、在待测河工模型上驱动测桥运动到选定的待测模型断面位置；
[0012]步骤二、从模型左岸起，测杆随升降架从原点高程向下运动，第一点通常在左岸上，在此过程中随时检测测杆压力传感器的压力和测量电极间的电阻，当压力传感器检测到压力增大，则测杆停止向下运动，确定该点在左岸的洲滩上，完成第一个点的测量；
[0013]步骤三、测杆升高5mm后，测车向右岸移动一个步距，开始进行下一个测点的测量，测杆由升降架驱动自上向下运动，此过程中随时检测测杆压力传感器的压力和测量电极间的电阻，由于在水中时测量电极间的电阻远远小于在空气中时；当测量电极检测到电阻突然变小时，则测杆停止向下运动，测得该测点在水中，完成该测点测量；反之若测量电极未检测到电阻突然变小，而压力传感器检测到压力增大，则测杆停止向下运动，测得该测点在岸上，完成该测点测量；
[0014]步骤四、测车沿模型断面从左岸向右岸重复步骤三的流程作扫描探测运动，测得如后相邻两测点中，IU 一点在序上，后一点在水中时，则左水边点在这组相邻两测点中；相应地，测得前后相邻两测点中，前一点在水中，后一点在岸上时，则右水边点在这组相邻两测点中；
[0015]步骤五、记录保存左右水边点的位置坐标，进行后续数据处理，完成河工模型水面边界自动识别过程。
[0016]本发明克服现有的人工测量方法的不足，自动化程度高，精确度高，为完善模型试验断面流速分布自动测量系统及后续数据处理工作，提供必要的检测方法和检测数据结果。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明河工模型试验水边界识别测量系统测量时的结构示意图。
[0018]图2为本发明河工模型试验水边界识别测量系统驱动定位功能模块示意图。
[0019]图中:1_测桥，2-测车，3-升降架，4-测杆，5-测杆压力传感器，6-测量电极，7-导轨。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
[0021]如图1所示的河工模型试验水边界识别测量系统:它包括设置在模型两岸的两条导轨7，导轨7上安装有测桥I ;测桥I横跨待测模型左、右岸；可沿导轨7水平运动的测桥I上设有测车2，测车2与测桥I滑动连接，可沿测桥I水平移动的测车2上安装有升降驱动定位装置，升降驱动定位装置上安装有升降架3，升降架3与测车2滑动连接，可上下运动的升降架3上安装有测杆4及压力传感器5 ;测杆4上安装有测量电极6。
[0022]优选地，测桥I水平方向即X向的驱动与定位由计算机通过有线数据控制或无线数据控制方式实现；测车2水平方向即Y向的驱动与定位由计算机通过有线数据控制或无线数据控制方式实现；升降架3垂直方向即Z向的驱动与定位由计算机通过有线数据控制或无线数据控制方式实现。
[0023]本发明应用河工模型试验水边界识别测量系统的测量方法，按如下步骤进行:
[0024]步骤一、在待测河工模型上驱动测桥I运动到选定的待测模型断面位置；
[0025]步骤二、从模型左岸起，测杆4随升降架3从原点高程向下运动，第一点通常在左岸上，在此过程中随时检测测杆压力传感器5的压力和测量电极6间的电阻，当压力传感器5检测到压力增大，则测杆4停止向下运动，确定该点在左岸的洲滩上，完成第一个点的测量;
[0026]步骤三、测杆4升高5mm后，测车2向右岸移动一个步距，开始进行下一个测点的测量，测杆4由升降架3驱动自上向下运动，此过程中随时检测测杆压力传感器5的压力和测量电极6间的电阻，由于在水中时测量电极间的电阻远远小于在空气中时；当测量电极6检测到电阻突然变小时，则测杆4停止向下运动，测得该测点在水中，完成该测点测量；反之若测量电极6未检测到电阻突然变小，而压力传感器5检测到压力增大，则测杆4停止向下运动，测得该测点在岸上，完成该测点测量；
[0027]步骤四、测车2沿模型断面从左岸向右岸重复步骤三的流程作扫描探测运动，测得如后相邻两测点中，IU一点在序上，后一点在水中时，则左水边点在这组相邻两测点中；相应地，测得前后相邻两测点中，前一点在水中，后一点在岸上时，则右水边点在这组相邻两测点中；
[0028]步骤五、记录保存左右水边点的位置坐标，进行后续数据处理，完成河工模型水面边界自动识别过程。
[0029]需要注意的是步骤三中测车2移动的步距可以调整以使测量结果更加精确，测杆4上升以测量电极6脱离水面，电极两端没有水膜为准。本发明工作过程中，测杆4当前位置是否接触到水面，或者测杆压力传感器是否压力过大，以及测杆运动控制均由集成在信号检测驱动控制板上的单片机控制。测桥1、测车2的驱动与定位及测杆4的定位由集成在控制板上的功能模块:测桥X向驱动定位部分、测车Y向驱动定位部分及水边线判别计算、测杆Z向定位等由工控计算机或普通个人计算机控制。控制方式可以是有线或无线控制。因而运用本发明的水边界识别测量系统的测量方法自动化程度高，为完善模型试验断面流速分布自动测量系统及后续数据处理工作，提供必要的检测方法和检测数据结果，具有可操作性强、精确度高、成本低廉等优点。
[0030]其它未详细说明的部分均为现有技术。
【权利要求】
1.河工模型试验水边界识别测量系统，其特征在于: 它包括设置在模型两岸的两条导轨(7 )，所述导轨(7 )上安装有测桥(I);所述测桥(I)横跨待测模型左、右岸；所述可沿导轨(7)水平运动的测桥(I)上设有测车(2)，所述测车(2)与测桥(I)滑动连接，可沿测桥(I)水平移动的测车(2)上安装有升降驱动定位装置，所述升降驱动定位装置上安装有升降架(3)，所述升降架(3)与测车(2)滑动连接，所述可上下运动的升降架(3)上安装有测杆(4)及压力传感器(5);所述测杆(4)上安装有测量电极(6 )。
2.根据权利要求1所述的河工模型试验水边界识别测量系统，其特征在于: 所述测桥(I)水平方向即X向的驱动与定位由计算机通过有线数据控制或无线数据控制方式实现；所述测车(2)水平方向即Y向的驱动与定位由计算机通过有线数据控制或无线数据控制方式实现；所述升降架(3)垂直方向即Z向的驱动与定位由计算机通过有线数据控制或无线数据控制方式实现。
3.应用权利要求1或2中任一权利要求所述的河工模型试验水边界识别测量系统的水边界测量的方法，其特征在于它包括如下步骤: 步骤一、在待测河工模型上驱动测桥(I)运动到选定的待测模型断面位置； 步骤二、从模型左岸起，测杆(4)随升降架(3)从原点高程向下运动，第一点通常在左岸上，在此过程中随时检测测杆压力传感器(5)的压力和测量电极(6)间的电阻，当压力传感器(5)检测到压力增大，则测杆(4)停止向下运动，确定该点在左岸的洲滩上，完成第一个点的测量； 步骤三、测杆(4)升高5mm后，测车(2)向右岸移动一个步距，开始进行下一个测点的测量，测杆(4)由升降架(3)驱动自上向下运动，此过程中随时检测测杆压力传感器(5)的压力和测量电极(6)间的电阻，由于在水中时测量电极间的电阻远远小于在空气中时；当测量电极(6)检测到电阻突然变小时，则测杆(4)停止向下运动，测得该测点在水中，完成该测点测量；反之若测量电极(6)未检测到电阻突然变小，而压力传感器(5)检测到压力增大，则测杆(4)停止向下运动，测得该测点在岸上，完成该测点测量； 步骤四、测车(2 )沿模型断面从左岸向右岸重复步骤三的流程作扫描探测运动，测得前后相邻两测点中，IU 一点在序上，后一点在水中时，则左水边点在这组相邻两测点中；相应地，测得前后相邻两测点中，前一点在水中，后一点在岸上时，则右水边点在这组相邻两测占中.1 ? 步骤五、记录保存左右水边点的位置坐标，进行后续数据处理，完成河工模型水面边界自动识别过程。
【文档编号】G01C13/00GK103644898SQ201310653193
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】胡向阳, 许明, 朱勇辉, 许晖, 王敏, 周银军, 胡德超, 黄建成 申请人:长江水利委员会长江科学院