一种用于低气压水流掺气模型试验的多参数测量系统

本发明涉及一种用于低气压水流掺气模型试验的参数测量系统。特别是涉及一种用于低气压水流掺气模型试验的多参数测量系统。

背景技术：

1、水流掺气的现象是水力学中比较普遍的一种现象，在挑射水流、水跃高速明渠水流等等中经常发生。而高速水流引起的空蚀空化破坏问题会对泄水建筑物的安全运行造成严重威胁，在工程实践中，主要采用提高水体中的掺气浓度的方式来减免空蚀破坏。高海拔地区由于气压较低，在进行坝工模型试验时都需要在创造低气压环境的减压箱中开展，测量包括掺气浓度、流速、脉动压强、时均压强、流量以及水深等各个物理量，但不同物理量的测量设备复杂，测量过程也十分繁琐。

2、目前国内外总体而言，传统低气压水流掺气模型试验由于在进行试验时，操作人员不能进入减压箱中进行测量，导致难以客观全面地反映水流掺气前后掺气浓度、流速、脉动压强、时均压强、流量以及水深等参数变化的复合特征，一定程度上限制了低气压环境水流掺气研究的发展。因此，急需发明一种用于低气压水流掺气模型试验的多参数测量系统。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，为克服现有技术的不足，提供一种能够实现精准且高效地测量包括掺气浓度、流速、脉动压强、时均压强、流量以及水深等关键物理量的用于低气压水流掺气模型试验的多参数测量系统。

2、本发明所采用的技术方案是：一种用于低气压水流掺气模型试验的多参数测量系统，是由控制及数据处理单元和数据采集单元构成，所述的数据采集单元包括有用于进行数据采集的掺气多参数集测单元，以及通过数据线与掺气多参数集测单元相连接用于将掺气多参数集测单元采集的数据传输给控制及数据处理单元的通信接口，所述通信接口通过电源线连接供电电源；所述的控制及数据处理部分包括，用于实时显示测量数据的显示屏、装置按钮、内置有控制器主板的控制平板和数据采集记录单元，所述显示屏分别连接装置按钮和数据采集记录单元用于实时显示测量数据，所述控制平板连接所述数据采集记录单元，通过内置的控制器主板控制所述数据采集记录单元进行数据采集的开始与停止，所述的数据采集记录单元通过usb或以太网接口与通信接口连接，用于从掺气多参数集测单元获取测量数据。

3、本发明的一种用于低气压水流掺气模型试验的多参数测量系统，能够实现精准且高效地测量包括掺气浓度、流速、脉动压强、时均压强、流量以及水深等关键物理量，并进行对比和分析，测量的基础数据可用于开展低气压环境下掺气水流作用机理的试验和深入研究，也可用于模型的反馈校核和再优化设计，以及各类掺气设施的布置设计，进而提升低气压条件下掺气减蚀的有效性和效率。

4、本发明的一种用于低气压水流掺气模型试验的多参数测量系统，结构简单、操作方便，在减压箱中进行试验时，可以调节集测装置定位支架的高度和伸缩范围，适应不同的试验需求，或可广泛应用于水利工程的模型试验和研究中。同时测量系统不仅能够全面、准确地测量低气压环境下的关键物理参数，而且具有高度集成、操作简便的特点，可广泛应用于水利工程的模型试验和研究。通过实时数据分析功能，该系统为低气压水流掺气研究提供了强大的工具，有助于建立更精确的掺气水流作用机理预测模型，为深入研究低气压环境下掺气水流作用机理提供有力支持，从而提升掺气减蚀的有效性和效率。

技术特征：

1.一种用于低气压水流掺气模型试验的多参数测量系统，是由控制及数据处理单元和数据采集单元构成，其特征在于，所述的数据采集单元包括有用于进行数据采集的掺气多参数集测单元(10)，以及通过数据线与掺气多参数集测单元(10)相连接用于将掺气多参数集测单元(10)采集的数据传输给控制及数据处理单元的通信接口(4)，所述通信接口(4)通过电源线(12)连接供电电源(14)；所述的控制及数据处理部分包括，用于实时显示测量数据的显示屏(1)、装置按钮(2)、内置有控制器主板的控制平板(3)和数据采集记录单元(5)，所述显示屏(1)分别连接装置按钮(2)和数据采集记录单元(5)用于实时显示测量数据，所述控制平板(3)连接所述数据采集记录单元(5)，通过内置的控制器主板控制所述数据采集记录单元(5)进行数据采集的开始与停止，所述的数据采集记录单元(5)通过usb或以太网接口与通信接口(4)连接，用于从掺气多参数集测单元(10)获取测量数据。

2.根据权利要求1所述的一种用于低气压水流掺气模型试验的多参数测量系统，其特征在于，所述的控制及数据处理单元设置在控制箱(15)中；其中，所述的显示屏(1)、装置按钮(2)和控制平板(3)嵌入在所述控制箱(15)的表面，所述数据采集记录单元(5)设置在所述控制箱(15)内的下部。

3.根据权利要求1所述的一种用于低气压水流掺气模型试验的多参数测量系统，其特征在于，所述的数据采集单元设置在支撑机构上，所述的支撑机构包括有l型的支撑架(9)和垂直且固定地安装在支撑架(9)水平支撑面上的支撑柱(6)，所述通信接口(4)安装在所述支撑柱(6)的上部并通过数据线连接数据采集记录单元(5)，所述掺气多参数集测单元(10)依次通过定位式锁紧件(8)和旋调式紧固件(7)能够上下调节的与所述支撑柱(6)上。

4.根据权利要求3所述的一种用于低气压水流掺气模型试验的多参数测量系统，其特征在于，所述掺气多参数集测单元(10)与所述定位式锁紧件(8)的一端固定连接，所述定位式锁紧件(8)的另一端与所述旋调式紧固件(7)固定连接，所述旋调式紧固件(7)与所述支撑柱(6)为螺纹连接，旋调式紧固件(7)能够在所述支撑柱(6)上进行上下调节，用于实现掺气多参数集测单元(10)在设定范围内的高度调节，所述掺气多参数集测单元(10)通过贯穿所述定位式锁紧件(8)内部的信号传输线(13)连接所述通信接口(4)。

5.根据权利要求1所述的一种用于低气压水流掺气模型试验的多参数测量系统，其特征在于，所述的控制器主板是选用型号为kb9012或it8528的嵌入式控制器，或者型号为gsl1680f qfn40的触摸屏控制器。

6.根据权利要求1所述的一种用于低气压水流掺气模型试验的多参数测量系统，其特征在于，所述的数据采集记录单元(5)是由计算机构成，所述计算机内分别：安装通用数据采集软件labview或nidaqmx，用于接收通信接口(4)的信息，实现数据的采集；安装数据处理软件matlab或python，用于数据的高级分析和可视化；安装simatic wincc或factorytalkview软件，用于监控和管理参数；安装aquarius time-series或hydrobase软件，用于数据的综合管理和分析，支持传感器的数据接入；安装有用于自动诊断与维护的teamviewer软件。

7.根据权利要求1所述的一种用于低气压水流掺气模型试验的多参数测量系统，其特征在于，所述的掺气多参数集测单元(10)包括有用于全面采集水流掺气过程中各参数数据的传感器组件(11)，所述传感器组件(11)通过信号传输线(13)连接所述的通信接口(4)，用于将所采集的数据送入数据采集记录单元(5)。

8.根据权利要求1所述的一种用于低气压水流掺气模型试验的多参数测量系统，其特征在于，所述的传感器组件(11)包括有分别用于测量掺气浓度、流速、脉动压强、时均压强、流量以及水深的：掺气浓度传感器、流速传感器、脉动压强传感器、时均压强传感器、流量传感器以及水深传感器。

9.根据权利要求8所述的一种用于低气压水流掺气模型试验的多参数测量系统，其特征在于，所述掺气浓度传感器、流速传感器、脉动压强传感器、时均压强传感器、流量传感器以及水深传感器的防水等级均为ip68。

技术总结
一种用于低气压水流掺气模型试验的多参数测量系统，有用于进行数据采集的掺气多参数集测单元，通过数据线与掺气多参数集测单元相连接用于将掺气多参数集测单元采集的数据传输给控制及数据处理单元的通信接口，通信接口通过电源线连接供电电源，用于实时显示测量数据的显示屏、装置按钮、内置有控制器主板的控制平板和数据采集记录单元，显示屏分别连接装置按钮和数据采集记录单元用于实时显示测量数据，控制平板连接数据采集记录单元，通过内置的控制器主板控制数据采集记录单元进行数据采集的开始与停止，数据采集记录单元通过USB或以太网接口与通信接口连接。本发明能够实现精准且高效地测量掺气浓度、流速、脉动压强、时均压强、流量以及水深等。

技术研发人员：缑文娟,宋嘉婕,马斌,王天源
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/10