一種光學感應式流速測定方法及高靈敏度流速計的制作方法
【專利說明】一種光學感應式流速測定方法及高靈敏度流速計
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明屬于水文水體流速測量方法及裝置技術領域，具體涉及一種光學感應式流速測定方法及高靈敏度流速計。
【背景技術】
[0003]流速計、海流計主要用于測量海區(qū)、河流、管道等的水流速度，普遍存在體積大、靈敏度低的問題，適用于小尺度、小范圍的實驗系統(tǒng)或溪流極淺水域的流速計產(chǎn)品極少，依據(jù)的技術原理主要為機械傳動，多普勒原理、電磁原理。
[0004]現(xiàn)有海流計類型有:
1.機械海流計:利用水流帶動機械轉(zhuǎn)子或機械旋楽轉(zhuǎn)動來測量流速的。
[0005]2.電磁海流計:流過一個環(huán)形線圈的電流在傳感器周圍產(chǎn)生一個磁場，流動的水體作為一個運動的導體切割磁力線時，根據(jù)法拉第感應定律，在磁場中運動的導體產(chǎn)生電勢，根據(jù)電勢和水流速度的比例關系得到水流的相關數(shù)據(jù)。
[0006]3.多普勒海流計:當波源和觀察者做相對運動時，觀察者接收到的頻率就會和波源頻率不同。因此，相對于探頭隨水移動的小顆粒、小氣泡也會使探頭發(fā)出頻率的改變，且隨水中懸浮運動速度的增加而增加，由此測出多普勒頻移，也就測出了水的流速。
[0007]4.聲傳播時間海流計:聲波在海水中傳播時，在傳播距離相同的情況下，逆流聲波所用的時間要比順流聲波所用的時間長，通過測量逆流順流兩次聲波的，可以計算出海水的流速。
[0008]根據(jù)以上技術所制造的流速計均難以實現(xiàn)微型化、便攜式，無法適應于小水體，局部的流速測量，或靈敏度不夠高。一些海流計因為探頭大，如多普勒海流計、聲學海流計，放入水體中后會改變水體中本來的流場，影響測量，不能滿足測量需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明解決的技術問題是，現(xiàn)有技術中的流速計依據(jù)的技術原理主要為機械傳動，多普勒原理、電磁原理，采用這些技術原理制造的流速計難以實現(xiàn)微型化、便攜式，無法適應于小水體、局部的流速測量，靈敏度亦不夠高，不能滿足測量需求。
[0010]為解決上述問題，我們提出了一種光學感應式流速測定方法及高靈敏度流速計，通過將葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為光信號，進而轉(zhuǎn)換為電信號來換算為水流速度的測定方法制備了高靈敏度的流速計。探測頭為水阻力很小的葉輪，輪柄及支撐桿纖細，流線型，放入測量水體中對本身流場影響極小，能夠精確測出小水體中局部的流速。本發(fā)明所需配件廉價，將大大降低產(chǎn)品成本，且對于精細化養(yǎng)殖系統(tǒng)的構(gòu)建與監(jiān)測具有很大的優(yōu)勢。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種光學感應式流速測定方法，通過將葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為光信號，進而轉(zhuǎn)換為電信號來換算為水流速度；具體為激光發(fā)射器，發(fā)射出入射激光光束，入射激光光束射到鏡面反射器上，得到反射激光光束；傳感器接收反射激光光束，測量轉(zhuǎn)換為電脈沖信號；電脈沖信號傳輸給數(shù)字信號處理器進行換算處理，最后由液晶顯示器進行顯示。
[0012]—種應用上述光學感應式流速測定方法所制備的高靈敏度流速計，包括電源、激光發(fā)射器、鏡面反射器、傳感器、數(shù)字信號處理器和液晶顯示器；電源分別與激光發(fā)射器、鏡面反射器、傳感器、數(shù)字信號處理器和液晶顯示器相連，提供電力來源；激光發(fā)射器發(fā)射出入射激光光束，射到鏡面反射器上，反射出反射激光光束，反射激光光束由傳感器接收，測量轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，傳輸給數(shù)字信號處理器；數(shù)字信號處理器，內(nèi)置時鐘，通過記錄接收電脈沖信號的時間間隔，將電脈沖信號進行換算處理為水流速度，并與液晶顯示器相連，將處理后的信號經(jīng)液晶顯示器顯示。
[0013]進一步的，所述高靈敏度流速計還包括測量桿，所述液晶顯示器位于測量桿頂端或通過電線與測量桿相連；測量桿底端連接可轉(zhuǎn)動的測試探頭，測試探頭上設置有葉輪，葉輪一側(cè)設有鯊魚尾鰭片，保證測量時始終保持與水流方向垂直。
[0014]進一步的，所述流速計的葉輪與支撐桿之間的接觸點采用耐磨強度高的剛玉為軸承，與機械手表的軸承連接類似，以減少葉輪轉(zhuǎn)動的摩擦，提高葉輪轉(zhuǎn)動的靈敏度。
[0015]進一步的，測量桿下方設置有由低端向上遞增的刻度，用于測試水體深度。
[0016]進一步的，測量桿長度可調(diào)的套桿，方便攜帶。
[0017]進一步的，電源為充電鋰電池和/或干電池。
[0018]進一步的，所述高靈敏度流速計采用高級耐腐蝕材料制成，以適應于淡水和海水的使用環(huán)境。
[0019]進一步的，所述高靈敏度流速計內(nèi)設存儲器，所述存儲器與液晶顯示器相連，存儲數(shù)據(jù)，方便測試后進行記錄分析。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:
1.本發(fā)明采用了一種新的方法檢測流速，即通過葉輪機械轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?激光或其他波段的光)，通過傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺R別的電信號，從而換算成流速，精確度和靈敏度都有了很大提尚。
[0021]2.本發(fā)明的探測器一端的外部結(jié)構(gòu)。探測器頭部為可轉(zhuǎn)動的，一端加裝鯊魚尾鰭型結(jié)構(gòu)，以保證測量時始終保持與水流方向垂直
3.本發(fā)明的流速計探頭體積小，連接桿纖細，水中工作時阻力小，適于測量常規(guī)流速計不能探測到的邊角區(qū)域水流速度。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1是本發(fā)明的光學感應式流速測定方法原理示意圖；
圖2是本發(fā)明的實施例1高靈敏度流速計結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的實施例2高靈敏度流速計結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明的高靈敏度流速計測試探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中，1-測量桿，2-液晶顯示器，3-測試探頭，4-葉輪，5-鯊魚尾鰭片，6_刻度，
7-電線。
【具體實施方式】
[0025]為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0026]實施例1:
如圖1、圖2、圖4所示，一種應用上述光學感應式流速測定方法所制備的高靈敏度流速計，包括電源、激光發(fā)射器、鏡面反射器、傳感器、數(shù)字信號處理器和液晶顯示器；電源分別與激光發(fā)射器、傳感器、數(shù)字信號處理器和液晶顯示器相連，提供電力來源；激光發(fā)射器發(fā)射出入射激光光束，射到鏡面反射器上，反射出反射激光光束，反射激光光束由傳感器接收，測量轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，傳輸給數(shù)字信號處理器；數(shù)字信號處理器，通過測試收到電脈沖信號的時間間隔，將電脈沖信號進行換算處理為水流速度，并與液晶顯示器相連，將處理后的信號經(jīng)液晶顯示器顯示。
[0027]進一步的，所述高靈敏度流速計還包括測量桿1，所述液晶顯示器2位于測量桿頂端或通過電線與測量桿相連；測量桿底端連接可轉(zhuǎn)動的測試探頭3，測試探頭上設置有葉輪4，葉輪4 一側(cè)設有鯊魚尾鰭片5，保證測量時葉輪始終保持與水流方向垂直。
[0028]進一步的，測量桿I下方設置有由低端向上遞增的刻度6。
[0029]進一步的，測量桿I長度可調(diào)的套桿。
[0030]進一步的，電源為充電鋰電池和/或干電池。
[0031]進一步的，所述高靈敏度流速計葉輪及支撐桿采用904L鋼材制作，葉輪軸與支撐桿的連接點中間為剛玉材質(zhì)的耐磨軸承。
[0032]進一步的，所述高靈敏度流速計內(nèi)設存儲器，所述存儲器與液晶顯示器相連，存儲數(shù)據(jù)。
[0033]實施例2:
如圖3所示，液晶顯示器2通過電線7與測量桿I相連。
[0034]其余均與實施例1相同。
[0035]本發(fā)明所依據(jù)的技術原理為將機械轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為光脈沖信號，可以實現(xiàn)流速計的小型化，甚至微型化，可用于測量實驗系統(tǒng)內(nèi)局部的水流速度，常規(guī)流速計無法觸及到的小范圍水流速度，也可用于測量河流、溪澗的水流速度。本發(fā)明采用激光與葉輪傳輸信號，減少了機械傳動的摩擦，延長使用壽命，提高了設備可靠性。
【主權項】
1.一種光學感應式流速測定方法，其特征在于:通過將葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為光信號，進而轉(zhuǎn)換為電信號來換算為水流速度；具體為激光發(fā)射器，發(fā)射出入射激光光束，入射激光光束射到鏡面反射器上，得到反射激光光束；傳感器接收反射激光光束，測量轉(zhuǎn)換為電脈沖信號；電脈沖信號，傳輸給數(shù)字信號處理器進行換算處理，最后由液晶顯示器進行顯示。2.—種應用如權利要求1所述的光學感應式流速測定方法所制備的高靈敏度流速計，其特征在于:包括電源、激光發(fā)射器、鏡面反射器、傳感器、數(shù)字信號處理器和液晶顯示器；電源分別與激光發(fā)射器、傳感器、數(shù)字信號處理器和液晶顯示器相連，提供電力來源；激光發(fā)射器發(fā)射出入射激光光束，射到鏡面反射器上，反射出反射激光光束，反射激光光束由傳感器接收，測量轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，傳輸給數(shù)字信號處理器；數(shù)字信號處理器，將電脈沖信號進行換算處理為水流速度，并與液晶顯示器相連，將處理后的信號經(jīng)液晶顯示器顯示。3.如權利要求2所述的高靈敏度流速計，其特征在于:還包括手持桿，所述液晶顯示器位于手持桿頂端或通過電線與手持桿相連；手持桿底端設有激光發(fā)射器和傳感器，通過轉(zhuǎn)軸連接可轉(zhuǎn)動的測試探頭，測試探頭的轉(zhuǎn)輪表面設置有鏡面反射器，測試探頭上設置有葉輪，葉輪一側(cè)設有鯊魚尾鰭片。4.如權利要求3所述的光學感應式高靈敏度流速計，其特征在于:手持桿下方設置有由底端向上遞增的刻度。5.如權利要求3或4所述的光學感應式高靈敏度流速計，其特征在于:手持桿為長度可調(diào)的套桿。6.如權利要求2所述的光學感應式高靈敏度流速計，其特征在于:電源為充電鋰電池和/或干電池。7.如權利要求2所述的光學感應式高靈敏度流速計，其特征在于:所述高靈敏度流速計內(nèi)設存儲器，所述存儲器與液晶顯示器相連，存儲數(shù)據(jù)。
【專利摘要】本發(fā)明屬于水文水體流速測量方法及裝置技術領域，具體涉及一種光學感應式流速測定方法及高靈敏度流速計。通過將葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為光信號，進而轉(zhuǎn)換為電信號來換算為水流速度的測定方法制備了高靈敏度的流速計，包括電源、激光發(fā)射器、鏡面反射器、傳感器、數(shù)字信號處理器和液晶顯示器。本發(fā)明的高靈敏度流速計的探測頭為水阻力很小的葉輪，輪柄及支撐桿纖細，流線型，放入測量水體中對本身流場影響極小，能夠精確測出小水體中局部的流速。本發(fā)明所需配件廉價，將大大降低產(chǎn)品成本，且對于精細化養(yǎng)殖系統(tǒng)中流場的監(jiān)測與研究具有很大的應用價值。
【IPC分類】G01P5/26
【公開號】CN105259368
【申請?zhí)枴緾N201510808373
【發(fā)明人】李真一, 王朝夕, 胡宗恩, 邱天龍
【申請人】青島愛之漁海洋科技有限公司
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月20日