專利名稱：流體內部全流場三維可視流向、流速測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種流體內部流向、流速測量裝置，尤其是涉及一種適用于流體內流向、流速變化較大的非恒定流的、存在源和/或滙的情況下測量全流場流向、流速的三維可視化實時直接測量裝置。
背景技術：
流體中流速、流向的量測是流體力學的實驗、研究和工程應用中一項經常性的任務。目前雖然已有多種測量裝置及方法，諸如總壓管、畢托管、螺旋槳式流速儀、熱敏式流速儀，激光流速儀、全流場示蹤法等，但現有的測量裝置和方法，有的只適合于恒定流，不適用于非恒定流；有的測量精度不高，不能準確測量小的流速；也有的方法不是直接測量，需要從其它物理量(例如螺旋槳的轉速，熱敏元件的散熱率)來換算，因之必須經常率定(標定)；還有的裝置價格昂貴，使用時的消耗也大，經濟上不合算。
發明內容
本發明的目的之一在于克服現有流速、流向測量裝置及方法的缺陷，提供一種適合于流體內全流場流向、流速的測量裝置，它不僅適合于恒定流的測量，而且適合于存在各種暗流、滲漏，有源和/或滙的非恒定的三維流場流向、流速的測量裝置。
本發明的技術方案如下。
本發明之流體內全流場三維流向、流速測量裝置，包括流體內的測量系統，流體外的監視系統以及內外結合的操縱系統，各部分之間通過電纜實現電連接；所述測量系統包括盛有與待測流體密度相同、跟隨性好、顏色有明顯區別的示蹤劑(可使用現有公知的示蹤劑)的密封容器及其電動閥門，一種帶有刻度的流體內專用測量鏡頭和與之固定安裝為一體適合于流體內使用的密封攝像頭，它們最好安裝在同一個框架上，以便于它們協調高效地工作；所述流體外的監視系統包括PC計算機及與之電連接的顯示器，錄像機；在所述密封攝像頭、錄像機和計算機內宜安裝同步時鐘；所述操縱系統包括控制器和與之電連接的操縱潛水電機及推動機構，控制器可選用多擋電開關，操縱潛水電機可選用步進潛水電機，推動機構可選用步進潛水電機控制的螺旋槳，每按一下電開關，步進潛水電機控制的螺旋槳可推動測量系統移動一步。
所述示蹤劑密封容器內的壓力和電動閥門的開閉由流體外的操作人員控制，可以定時和/或不定時地通過電動閥門向待測流體噴入示蹤劑。由于示蹤劑顏色與待測流體有明顯區別，又有良好的跟隨性，因而能夠實時地指示待測流體流線的方向和流速。
所述帶有刻度的流體內專用測量鏡頭對準以密封容器電動閥門為中心的某個區域，從所述測量鏡頭及密封攝像頭可以看清并拍攝示蹤劑噴出的過程以及示蹤劑跟隨待測流體運動的狀況。所述測量鏡頭與密封容器電動閥門宜保持固定的距離，測量鏡頭上事先刻制的讀數標度的劃分根據距離以及鏡頭本身的放大倍數按幾何關系計算得出，使得鏡頭上標度的一格正好等于電動閥門噴出的示蹤劑運動一個單位距離。
由于所述密封攝像頭、錄像機和計算機內都裝有同步時鐘，除了從顯示器能直接觀察示蹤劑顯示的待測流體的流向、流速外，計算機系統可對流動的距離和所耗的時間連續同步地進行采樣，實時計算流體流速，并將計算結果既顯示在器幕上，又保存在計算機內存中，達到實時顯示、記錄流速、流向的目的。
拍攝、錄制的流體流動狀態和計算顯示的流速都能從屏幕上直接觀察，也可以自動記錄在存儲設備(錄像帶、計算機內存)中，供事后研究。
流體內的測量系統的移動可由操作人員通過控制器和與之電連接的操縱潛水電機及推動機構完成。推動和/或旋轉的距離和速度，操作人員可以自己控制，以便得心應手地追蹤待測流體的流向和流速。操作人員還可以通過控制器指揮、控制監視系統的工作。
本發明中，也可以采用兩個或兩個以上的流體內操縱和測量系統，以加快工作的進度。
本發明不僅適合于恒定流的測量，而且適合于存在各種暗流、滲漏，有源和/或滙的非恒定的流體三維流場流向、流速的測量；并且不需率(標)定，可視、實時直接測量流體三維流向、流速；集自動行走、自動攝錄影像、自動記錄、計算、顯示和存儲數據等多功能于一身；探測數據準確，探測效率高。
使用本發明，對于探查水庫、水壩、江堤的滲漏以消除安全隱患，以及探查堤壩滲漏管涌，及時查明和排除險情隱患，抗洪搶險，均具有很高的應用價值。
圖1為本發明一實施例總體方框圖；圖2為本發明一實施例的流體內測量系統構成示意圖；圖3為圖2所示實施例的流體外觀察監視系統構成示意圖；圖4為本發明測量裝置使用布置示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明作進一步說明。
參見附圖，本實施例之流體內全流場三維流向、流速測量裝置，包括流體內的測量系統1，流體外的監視系統2以及內外結合的操縱系統3，各系統之間通過連接電纜4、5、6、7實現電連接；所述測量系統1包括盛有與待測流體密度相同、跟隨性好、顏色有明顯區別的示蹤劑的密封容器11及其電動閥門12，一種帶有刻度的流體內專用測量鏡頭13和一個與之固定安裝為一體適合于流體內使用的密封攝像頭14，它們安裝在同一個不銹鋼框架15上；專用測量鏡頭13與密封容器11電動閥門12保持固定的距離L，專用測量鏡頭13上有事先刻制的讀數標度，標度的劃分根據距離L以及專用測量鏡頭13本身的放大倍數按幾何關系計算得出，使得測量鏡頭13上標度的一格正好等于電動閥門12噴出的示蹤劑運動一個單位距離；所述流體外的監視系統2包括計算機23及與之電連接的顯示器21，錄像機22；在所述密封攝像頭14、錄像機22和計算機23內安裝有同步時鐘，以利于從顯示器21直接觀察示蹤劑顯示的待測流體的流向、流速的同時，計算機23可對流體流動的距離和所耗的時間連續同步地進行采樣，實時計算流體、流速，并將計算結果立即顯示在顯示器21上，又保存在計算機23內存中，達到實時顯示、記錄流速、流向的目的；所述操縱系統3包括多檔開關31和步進潛水電機及其控制的螺旋槳32，它們也安裝在不銹鋼框架15上。
流體內的測量系統1，可以依靠步進潛水電機控制的螺旋槳32移動和/或旋轉運動。操作人員還可以多檔開關31指揮、控制監視系統2的工作。
使用以上所述之流體內部全流場三維可視流向、流速測量裝置測量流體內部全流場三維流向、流速的步驟如下(1)按圖1連接好由操縱系統、測量系統、監視系統之間的連接電纜4、5、6、7；(2)將測量系統3和步進潛水電機及螺旋槳32放入流體內的待測區域；(3)啟動監視系統2，使之開始工作；(4)啟動多檔開關31，開啟盛有示蹤劑的密封容器1上的電動閥門2，向待測流體中噴入示蹤劑；(5)啟動測量系統1，觀察示蹤劑跟蹤顯示的待測流體的流動狀態，并經由電纜5將此信息推送到流體外的監視系統2；(6)監視系統2自動記錄，計算并顯示待測流體的流向、流速信息；(7)根據監視系統2獲得和顯示的信息，通過多檔開關31指揮、操縱測量系統1在流體內作進退和/或旋轉運動，追蹤全流場的三維流速、流向；(8)返回步驟(4)，重復從(4)到(7)的操作步驟，獲得和顯示另一個位置或角度的測量信息；(9)根據獲得的信息，分析、判斷流體內存在源和/或滙，出現暗流和/或滲漏的區域或位置，提供給需要此信息的用戶；(10)測量完畢，保存數據關系測量和監視系統，將放入流體內的設備提升到流體外涼干備用。
下面結合圖4對本發明測量方法的一個具體實施例加以說明。
參照圖4，本例待測流體為水體、示蹤劑為紅色液體，多檔開關31和監視系統2安裝在船上；測量系統1、步進潛水電機及螺旋槳32放入水中，操作人員在船上按照以上所述步驟操作，從三維方向以不同角度觀察全流場，測量流體流動的流向、流速，流向、流速顯示和保存在監視系統2中，本實施例中找到了位于水體底部的滲漏點(滙)，然后指導工程施工單位以砂、石、粉煤灰等充填物料，有的放矢地進行封堵。
權利要求
1.一種流體內部全流場三維可視流向、流速測量裝置，其特征在于，它包括流體內的測量系統、流體外的監視系統以及內外結合的操縱系統，各系統之間通過電纜實現電連接；所述測量系統包括盛有示蹤劑的密封容器及其電動閥門，帶有刻度的流體內專用測量鏡頭和與之固定安裝為一體適合于流體內使用的密封攝像頭，所述監視系統包括PC計算機及與之電連接的顯示器，錄像機；所述操縱系統包括控制器和與之電連接的操縱潛水電機及推動機構。
2.根據權利要求1所述的流體內部全流場三維可視流向、流速測量裝置，其特征在于，所述控制器為多檔開關，所述操縱潛水電機為潛水步進電機，所述推動機構為步進潛水電機控制的螺旋槳。
3.根據權利要求1或2所述的流體內部全流場三維可視流向、流速測量裝置，其特征在于，所述流體內的測量系統安裝在同一個框架上。
4.根據權利要求1或2所述的流體內部全流場三維可視流向、流速測量裝置，其特征在于，所述測量鏡頭與密封容器電動閥門的距離保持固定，測量鏡頭上事先刻制的讀數標度的劃分根據距離以及鏡頭本身的放大倍數按幾何關系計算得出，使得鏡頭上標度的一格正好等于電動閥門噴出的示蹤劑運動一個單位距離。
5.根據權利要求1或2所述的全流場三維可視流向、流速裝置，其特征在于，在所述密封攝像頭、錄像機和計算機內安裝有同步時鐘。
全文摘要
本發明公開了一種流體內全流場三維流向、流速測量裝置，其包括流體內的測量系統，流體外的監視系統以及內外結合的操縱系統；所述測量系統包括盛有示蹤劑的密封容器及其電動閥門，流體內專用測量鏡頭和與之固定安裝為一體的密封攝像頭；所述流體外的監視系統包括PC計算機及與之電連接的顯示器，錄像機；所述操縱系統包括控制器和與之電連接的操縱潛水電機及推動機構。本發明適合于恒定流及存在各種暗流、滲漏，有源和/或滙的非恒定的流體三維流場流向、流速的測量；對于探查水庫、水壩、江堤的滲漏及管涌，及時查明和排除險情隱患，抗洪搶險，均具有很高的應用價值。
文檔編號G01P5/00GK1645151SQ200510031229
公開日2005年7月27日 申請日期2005年2月1日 優先權日2005年2月1日
發明者甕晶波, 李季 申請人:湖南繼善高科技有限公司