專利名稱：非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種流速測量裝置，更具體涉及一種非接觸光電式坡面薄層流流速 測量裝置，主要用于水土流失研究與監測中的徑流流速的測量，也可廣泛應用于水利工 程、石油工程等監測與研究中對流體深度和測量精度有局限的流速測量。
技術背景流體流動速度的精確測量一直是科學工作者關注和急于解決的難題，許多問題的解 決和實際流動模型的改進都依賴高質量測量結果的獲得。在流體力學中，流體的流動速 度是流場最為基本的物理量，對流動特征的認識很大程度上取決于速度場的獲得。大多 數描述流場的導出量都直接和速度參量建立聯系,如環量、渦量、流函數等等。在水土流失研究和監測中，徑流流速是徑流計算、土壤侵蝕預報中不可缺少的水動 力參數。開展徑流流速的研究對于深入研究徑流的動力機制,進一步揭示土壤侵蝕機理 至關重要。雖然流體流速的測量方法和測量儀器較多，但是多用于河流和明渠以及工業 管道中，并不適用徑流流速的測量。目前尚沒有廣泛應用的測量坡面徑流流速的專用儀器。土壤侵蝕所形成的坡面徑流實際上是水沙液固兩相流，是多相流的一種。兩相流體 的流動狀況十分復雜,屬于難測流體。在坡面水土流失實驗研究過程中，大氣降雨的突 發性和短歷時、高含沙水流等因素，人工觀測極易造成漏測、誤測；人工降雨小區試驗 中的坡面流流層微薄，流速變化大，流態不穩定。這些都對水流流速測量裝置提出了較 高的要求-1、 能夠實時測量坡面微小水流的狀態；2、 測量范圍寬，并能測量高含沙水流；3、 具有較高的測量精度。 發明內容針對上述存在的問題，本實用新型的目的是在于提供一種能夠準確測量出坡面薄層 流流速的非接觸光電式薄層流流速測量裝置，其技術解決方案為非接觸光電式坡面薄
層流流速儀裝置，包括紅外發光裝置、紅外光電接收放大裝置及數據采集系統，紅外發 光裝置設置在一個透明真空的殼體中，構成紅外發光體，紅外光電接收放大裝置通過信 號線連接到設在數據采集系統的連接端口上，數據采集系統內設置有計時模塊、主機、 顯示器。設在數據采集系統上的連接端口至少為l個以上。設置在透明真空殼體中的紅 外發光裝置裝有觸壓式開關。由于采用了以上技術方案，本實用新型的非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置結構 簡單、操作簡易、維護量小、精度高、自動化程度高、抗干擾性強且可長期穩定使用， 對流場無影響，克服了以往傳統流速儀在薄層流流速測量中的空白，可廣泛應用于水利 工程、石油輸運、水土流失等監測與研究中對流體深度和測量精度有局限的流速測量， 具有很好的實用價值。
圖1紅外光電接收放大裝置附圖圖2非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置組成框圖圖3非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置測量直觀圖具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述見附圖非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置，非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置，包括 紅外發光裝置、紅外光電接收放大裝置及數據釆集系統，紅外發光裝置設置在一個透明 真空的殼體中，構成紅外發光體，紅外光電接收放大裝置通過信號線連接到設在數據采 集系統的連接端口上，紅外光電接收放大裝置由高靈敏度光電晶體管1、光電流放大器 2、紅外發光二極管LED3組成，由紅外發光體發出的光信號被高靈敏度光電晶體管l接 收，產生微弱的電信號，微弱的電信號經由光電流放大器2放大后，放大的電信號通過 紅外發光二極管LED3使其發光，電信號被數據采集系統內設置的計時模塊所接收，數 據采集系統內設置有計時模塊、主機、顯示器。設在數據釆集系統上的連接端口至少為 l個以上。透明真空的殼體可以為球體或長方體。設置在透明真空殼體中的紅外發光裝 置裝有觸壓式開關。具體實施例 根據測量要求，將4個紅外光電接收放大裝置接入數據采集系統的連接端口上，并 按等距離L布置在流體途經的路徑上。紅外發光體選擇長方體，懸浮于被測流體中，并 與流體同步運動。這樣流動著的紅外發光體發出的光信號被預先按等距離L布置在流體 途經的路徑上的紅外光電接收放大裝置中的高靈敏度光電晶體管按時間順序先后所接 收，每接受一次光信號的同時產生微弱的電信號，微弱的電信號經由光電流放大器放大 后，放大的電信號通過紅外發光二極管LED使其發光，提醒測試人員流動的紅外發光體 剛好通過紅外光電接收放大裝置(詳見附圖3)，電信號通過計時模塊被記錄保存下來為 f (z' = 0,1,2,3)，因此流體的速度可按下式來計算，當L足夠小的時候，就可測出連續 流動的流體4個相鄰的點速度，大大提高測量的精確度。計時模塊記錄的數據通過數據線傳入計算機，記錄的測量數據由安裝了測速軟件的 計算機和普通顯示器來控制和計算，最終所需的數據計算結果可由打印機直接打印輸出。此套流速儀裝置與傳統的流速儀相比，具有以下顯著優點1) 非接觸性。此套裝置測量儀器不用置于流體中，對流場無任何影響；2) 抗干擾性強。此套裝置采用紅外調制電路以克服環境光對流速測量的影響；3) 適用性廣。此套裝置不受被測流體環境(如流體的溫度，流體深度，粘稠度， 流體中雜質顆粒的含量和流體中的雜物等)的影響；4) 自動化程度高。此套裝置包含計時模塊，計算機直接可控的測速軟件而無需人 為過多地操作，測量結果直接由普通顯示器顯示出來，并且數據計算結果可由 打印機直接打印輸出。
權利要求1、非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置，包括紅外發光裝置、紅外光電接收放大裝置及數據采集系統，其特征在于紅外發光裝置設置在一個透明真空的殼體中，構成紅外發光體，紅外光電接收放大裝置通過信號線連接到設在數據采集系統的連接端口上，數據采集系統內設置有計時模塊、主機、顯示器。
2、 如權利要求1所述的非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置，其特征在于設在數 據釆集系統上的連接端口至少為1個以上。
3、 如權利要求l所述的非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置，其特征在于透明真 空的殼體為球體。
4、 如權利要求1所述的非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置，其特征在于透明真 空的殼體為長方體。
5、 如權利要求l所述的非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置，其特征在于設置在 透明真空殼體中的紅外發光裝置裝有觸壓式開關。
專利摘要本實用新型公開了一套非接觸光電式坡面薄層流流速儀裝置，是用于在水土流失研究與監測中廣泛應用的測量流體表面流速的儀器，包括紅外發光裝置、紅外光電接收放大裝置及數據采集系統，紅外發光裝置設置在一個透明真空的殼體中，構成紅外發光體，設置在透明真空殼體中的紅外發光裝置裝有觸壓式開關。紅外光電接收放大裝置通過信號線連接到設在數據采集系統的連接端口上。本實用新型儀器結構簡單、操作簡易、維護量小、精度高、自動化程度高、抗干擾性強且可長期穩定使用，對流場無影響，可廣泛應用于水利工程、石油輸運、水土流失等監測與研究中對流體深度和測量精度有局限的流速測量。
文檔編號G01P5/18GK201025483SQ200720083389
公開日2008年2月20日 申請日期2007年1月30日 優先權日2007年1月30日
發明者磊 劉, 吳燕開, 彭書生, 冰 梁, 王惠蕓, 王永波, 謙 盛, 強 薛, 穎 趙 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所