一種FP系列流速儀的檢定裝置的制作方法

本實用新型屬于水文儀器的測試計量技術領域，涉及一種流速儀的檢定裝置，尤其涉及一種FP系列流速儀的檢定裝置。

背景技術：

流速測量對于掌握水資源運動的自然規律、合理開發和利用水資源、防汛抗災等都起著極其重要的作用。隨著科學技術的不斷發展，流速儀的技術水平也在不斷的提高，出現了一大批先進的流速儀產品。其中，美國Global Water公司生產的FP系列便攜式流速儀憑借其結構輕便、應用范圍廣、測量精度高等優點而備受水文工作者青睞，應用較廣泛的型號有FP111、FP211、FP311等。流速儀探頭為受保護的渦輪螺旋槳流速傳感器，中部為可伸縮手柄，手柄末端為流速顯示器，可自動合成并顯示平均流速，數據更新頻率為1Hz。該系列流速儀可用于暴雨雨水徑流研究、下水道流速測量、江河及溪流流速測量以及管道及溝渠流速監測等。

為了保證流速儀測量結果的準確性，根據國家行業標準(SL/T150-95)《直線明槽中轉子式流速儀的檢定方法》的規定，轉子式流速儀需要定期進行檢定。我國水利系統共建設了15個直線明渠水槽，目前尚有10余條檢定水槽能基本維持正常運作。除濰坊、遼寧等少數水槽條件較好外，其余各水槽都不同程度上存在設備陳舊，技術落后，檢定精度低等問題，給流速儀檢定帶來很大不便。現有直線明渠水槽長度約為130～180米，體積龐大，建造和維護成本較高，難以為流速儀的機動伴隨檢定提供保障。

中國專利CN201520465842.4新型流速儀檢定車，包括車架，所述車架前部設有儀器固定裝置，所述車架下部設有驅動橋、伺服電機、驅動輪和從動輪，所述驅動橋的輸出軸與驅動輪連接，所述伺服電機電連接有伺服放大器，所述伺服放大器電連接有交流伺服控制系統，所述交流伺服控制系統包括可編程序控制器，所述可編程序控制器與控制臺電連接，所述可編程序控制器連接有流速儀信號接口和數據輸出接口。該現有技術充分利用了交流伺服控制系統的速度控制、位置控制、矢量控制等優越性能，重點解決了制約流速儀檢定精度提高的關鍵技術要素，使本申請的流速儀檢定車信號采集精確可靠，車速穩定、加速特性好；數據計算數值可靠、誤差小；操作簡單、功能完備。

上述現有技術適用于直形水槽中，且裝置對數據讀取頻率和時間同步性無法得到保證，因而流速計算和顯示無法迅速精確讀取。

技術實現要素：

解決的技術問題：為了克服現有技術的缺陷，獲得一種流場環境穩定、數據精確、數據采集頻率與示值更新頻率保持一致且具有時間同步特性的檢定設備，本實用新型提供了一種FP系列流速儀的檢定裝置。

技術方案：一種FP系列流速儀的檢定裝置，包括環形水槽、動力系統和控制系統；所述動力系統包括傳動臂、齒輪軸承組件和伺服電機，其中傳動臂通過齒輪軸承組件與伺服電機相連；所述控制系統包括無線攝像機、旋轉編碼器、FPGA控制模塊、伺服驅動器和計算機，其中無線攝像機、旋轉編碼器與計算機通過電信號連通，FPGA控制模塊通過伺服驅動器與伺服電機電相連，旋轉編碼器的轉軸通過聯軸器與傳動臂的轉軸相連，無線攝像機設于傳動臂上；所述傳動臂的一端設有流速儀，流速儀與無線攝像機相對的一端設有示值窗，另一端伸入環形水槽中。

所述檢定裝置由伺服電機為檢定系統提供動力，通過傳動臂帶動流速儀在環形水槽中做圓周運動，模擬流速儀在各個流速檢定點下的運動狀態。

優選的，所述環形水槽包括儲水部和分別設于其內外側的內支撐骨架和外支撐骨架；其中儲水部設有水槽隔板，包括擋水板及設于其上的擋水門，二者通過彈簧合頁連接。環形水槽的儲水部采用一體化PVC材質，為流速儀檢定提供穩定的流場環境。

優選的，所述伺服電機與齒輪軸承組件之間設有減速器。

優選的，所述傳動臂的另一端設有配重盒，且傳動臂為不等臂結構，流速儀一端臂長較配重盒臂長長。

優選的，所述流速儀通過安裝板和鎖緊環固定于傳動臂的一端。

優選的，所述無線攝像機、旋轉編碼器、FPGA控制模塊與計算機通過無線通信方式連接。

優選的，所述動力系統和控制系統安裝于框架內。

進一步的，所述框架的底部設有輪動及水平調節組件，包括經連接裝置固定于框架底部的滾動小輪、斜支撐腳、水平支撐腳、水平調節螺絲。滾動小輪、水平支撐腳、水平調節螺絲和連接裝置為一體化結構，其中斜支撐腳安裝于框架底部一側，并于其底部設有通孔，側面設有高度調節孔。裝置移動時，收緊水平調節螺絲，使水平支撐腳處于懸空狀態；檢定過程中，轉動水平調節螺絲，使水平支撐腳接觸地面，起到支撐作用，并將裝置調整至水平。斜支撐腳安裝于框架的側面，通過其上端的高度調節孔實現其高度調節。在檢定過程中，可使斜支撐腳接觸地面，經過其底部的通孔由膨脹螺絲將裝置固定在地面上。

所述FP系列流速儀的檢定裝置的具體工作流程如下：FPGA控制模塊經過伺服驅動器控制電機轉速，伺服電機經過減速器和齒輪軸承組件帶動傳動臂轉動，使得流速儀在環形水槽中以預定速度做圓周運動。在轉動過程中，無線攝像機拍攝流速儀示值窗的流速示值，并將視頻信號實時傳輸至計算機。旋轉編碼器精確測定流速儀轉動過的角度，并將角度值轉換為二進制編碼。已知FP系列流速儀的示值更新頻率為1Hz，計算機軟件在流速儀示值更新的同時讀取旋轉編碼器的二進制編碼序列，并截取無線攝像機視頻圖像，識別流速儀示值。精確測定傳動臂軸心至流速儀軸心的距離，結合旋轉編碼器的角度測量編碼序列，計算出流速儀的真實運動速度。比較流速儀真實運動速度及其示值窗示值，求解出流速儀示值誤差。重復進行上述過程，完成流速儀在各個檢定點上的示值檢定。在裝置工作過程中流速儀在測量范圍內應選擇12至15個流速檢定點，低速段需加密設置。

有益效果：

(1)本實用新型所述的檢定裝置，結構簡單，攜帶方便，可現場進行快速拆解與組裝，占地空間小，制作和維護成本低，為流速儀提供多樣的檢定條件，降低了其檢定成本；

(2)本實用新型所述的檢定裝置，在完成某個速度點上示值檢定時，可在無動力狀態下自由滑行至停止，無需對裝置進行剎車制動，從而有效降低了動力系統的故障率及發生安全事故的概率；

(3)本實用新型所述的檢定裝置，對流速儀的平均速度檢測結果精確，數據采集頻率與流速儀示值窗的示值更新頻率保持一致，確保了數據的可靠性和時間的同步性；

(4)本實用新型所述的檢定裝置，其檢定范圍為0.1～4.5米每秒，檢定精度可達到0.01米每秒，溫度范圍為-20℃～50℃，具有較高的環境適應性，檢定范圍及檢定精度均滿足實際測量需求。

附圖說明

圖1是FP系列流速儀的檢定裝置結構示意圖；

圖2是環形水槽結構示意圖；

圖3是環形水槽隔板的結構示意圖；

圖4是動力系統與控制系統的結構示意圖；

圖5是流速儀與無線攝像機安裝方式的結構示意圖；

圖6是配重盒安裝方式結構示意圖；

圖7是輪動及水平調節組件的結構示意圖；

圖8是滾輪連接的結構示意圖；

圖9是斜支撐腳安裝的結構示意圖；

其中，1為環形水槽，2為配重盒，3為傳動臂，4為無線攝像機，5為流速儀，6為齒輪軸承組件，7為旋轉編碼器，8為框架，9為FPGA控制模塊，10為示值窗，11為伺服驅動器，12為伺服電機，13為減速器，14為計算機，15為內支撐骨架，16為儲水部，17為外支撐骨架，18為擋水板，19為擋水門，20為彈簧合頁，21為安裝板，22為鎖緊環，23為滾動小輪，24為外支撐腳，25為水平支撐腳，26為水平調節螺絲，27為連接裝置，28為通孔，29為高度調節孔。

具體實施方式

以下實施例進一步說明本發明的內容，但不應理解為對本發明的限制。在不背離本發明精神和實質的情況下，對本發明方法、步驟或條件所作的修改和替換，均屬于本發明的范圍。若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段。

實施例1

如圖1所示，一種FP系列流速儀的檢定裝置，包括環形水槽1、動力系統和控制系統；所述動力系統包括傳動臂3、齒輪軸承組件6和伺服電機12，其中傳動臂3通過齒輪軸承組件6與伺服電機12相連；所述控制系統包括無線攝像機4、旋轉編碼器7、FPGA控制模塊9、伺服驅動器11和計算機14，其中無線攝像機4、旋轉編碼器7與計算機14通過電信號連通，FPGA控制模塊9通過伺服驅動器11與伺服電機12電相連，旋轉編碼器7的轉軸通過聯軸器與傳動臂3的轉軸相連，無線攝像機4設于傳動臂3上；所述傳動臂3的一端設有流速儀5，流速儀5與無線攝像機4相對的一端設有示值窗10，另一端伸入環形水槽1中。

如圖2所示，所述環形水槽1包括儲水部16和分別設于其內外側的內支撐骨架15和外支撐骨架17；如圖3所示，其中儲水部16設有水槽隔板，包括擋水板18及設于其上的擋水門19，二者通過彈簧合頁20連接。

檢定過程中，將水槽隔板固定于環形水槽1的儲水部16中，流速儀5從隔板后側啟動，繞水槽轉動一周至隔板前側。切斷伺服電機12控制信號，使流速儀5在無動力狀態下憑借運動慣性撞開擋水門19。待流速儀5通過后，彈簧合頁20帶動擋水門19恢復關閉狀態。水槽隔板可有效阻斷流速儀5對隔板前側流場的干擾，使其保持靜止狀態。

如圖4所示，所述伺服電機12與齒輪軸承組件6之間設有減速器13。

如圖6所示，所述傳動臂3的另一端設有配重盒2，且傳動臂3為不等臂結構，流速儀5一端臂長較配重盒2臂長長。

如圖5所示，所述流速儀5通過安裝板21和鎖緊環22固定于傳動臂3的一端。

所述無線攝像機4、旋轉編碼器7、FPGA控制模塊9與計算機14通過無線通信方式連接。

如圖7所示，所述動力系統和控制系統安裝于框架8內。

所述框架8的底部設有輪動及水平調節組件，包括經連接裝置27固定于框架8底部的滾動小輪23、斜支撐腳24、水平支撐腳25、水平調節螺絲26。滾動小輪23、水平支撐腳25、水平調節螺絲26和連接裝置27為一體化結構，其中斜支撐腳24安裝于框架8底部一側，并于其底部設有通孔28，側面設有高度調節孔29。裝置移動時，收緊水平調節螺絲26，使水平支撐腳25處于懸空狀態；檢定過程中，轉動水平調節螺絲26，使水平支撐腳25接觸地面，起到支撐作用，并將裝置調整至水平。斜支撐腳24安裝于框架8的側面，通過其上端的高度調節孔29實現其高度調節。在檢定過程中，可使斜支撐腳24接觸地面，經過其底部的通孔28由膨脹螺絲將裝置固定在地面上。

FP系列流速儀的檢定裝置的具體工作流程如下：FPGA控制模塊9經過伺服驅動器11控制電機轉速，伺服電機12經過減速器13和齒輪軸承組件6帶動傳動臂3轉動，使得流速儀5在環形水槽1中以預定速度做圓周運動。在轉動過程中，無線攝像機4拍攝流速儀5示值窗10的流速示值，并將視頻信號實時傳輸至計算機14。旋轉編碼器7精確測定流速儀5轉動過的角度，并將角度值轉換為二進制編碼。已知FP系列流速儀的示值更新頻率為1Hz，計算機軟件在流速儀5示值更新的同時讀取旋轉編碼器7的二進制編碼序列，并截取無線攝像機4視頻圖像，識別流速儀5示值。精確測定傳動臂3軸心至流速儀5軸心的距離，結合旋轉編碼器7的角度測量編碼序列，計算出流速儀5的真實運動速度。比較流速儀5真實運動速度及其示值窗10示值，求解出流速儀5的示值誤差。重復進行上述過程，完成流速儀5在各個檢定點上的示值檢定。在裝置工作過程中流速儀5在測量范圍內應選擇12至15個流速檢定點，低速段需加密設置。