非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置，包括套筒、水面跟蹤器和控制器，所述水面跟蹤器位于套筒內(nèi)，所述套筒內(nèi)設(shè)有第一發(fā)光LED、第二發(fā)光LED、第一光電二極管和第二光電二極管，所述第一發(fā)光LED和第一光電二極管正對布置布置，所述第二發(fā)光LED和第二光電二極管正對布置，第一光電二極管和第二光電二極管分別與控制器信號連接，控制器分別與第一跟蹤電機和第二跟蹤電機連接。本實用新型的水深自動跟蹤裝置，水面跟蹤器依靠浮力自動跟隨水面上下移動，然后通過第一跟蹤電機和第二跟蹤電機，實現(xiàn)對應(yīng)水深跟蹤需求，通過光電二極管和發(fā)光LED的高靈敏度性能共同控制跟蹤電機啟動，提高了跟蹤精度。
【專利說明】
非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置，屬于水利工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]—定水深處的流速、高程等水流參量具有特定物理意義，如0.6倍水深處的流速代表了垂線平均流速，而自由水面流速為垂線平均流速的1.18倍;另外，水面相對于基準面的高程差即為水位，因而，在水流模擬試驗中也常需要追蹤一定水深的水流參量。天然水流非恒定，水面不斷變化，水深也隨之變化，為此，需要根據(jù)水深變化自動調(diào)整相關(guān)儀器布置以實現(xiàn)特定水深處水流參量的測量，這樣的跟蹤裝置稱為水深自動跟蹤裝置?，F(xiàn)有自動跟蹤裝置存在以下問題:I)水面檢測方法主要采用水電阻或水導(dǎo)通方式，受水質(zhì)等影響探針易極化導(dǎo)致跟蹤精度低;2)受研究目標限制，只能跟蹤單一水深，如自由水面(全水深)，而無法滿足不同水深跟蹤需要;3)非恒定流模擬試驗中水面存在一定表面波，其易導(dǎo)致跟蹤裝置一直往復(fù)運動，影響儀器測量結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置，實現(xiàn)各種水深跟蹤需要，并通過硬件閾值調(diào)節(jié)減小水面波干擾。
[0004]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置，包括套筒、水面跟蹤器和控制器，所述水面跟蹤器位于套筒內(nèi)，所述套筒內(nèi)設(shè)有第一發(fā)光LED、第二發(fā)光LED、第一光電二極管和第二光電二極管，所述第一發(fā)光LED和第一光電二極管正對布置，所述第二發(fā)光LED和第二光電二極管正對布置，第一光電二極管和第二光電二極管分別與控制器信號連接，控制器分別與第一跟蹤電機和第二跟蹤電機連接，第一跟蹤電機通過第一傳動裝置與套筒連接，第二跟蹤電機通過第二傳動裝置與監(jiān)測裝置連接;通過水面跟蹤器跟隨水面上下移動，控制第一光電二極管和第二光電二極管的信號通斷，控制器根據(jù)信號通斷分別控制第一跟蹤電機和第二跟蹤電機的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)監(jiān)測裝置監(jiān)測對應(yīng)水深。
[0005]作為優(yōu)選，所述水面跟蹤器截面形態(tài)為土形，采用輕質(zhì)材料制作，密度小于水密度的0.8倍。
[0006]作為優(yōu)選，所述第一發(fā)光LED為藍色光，第一光電二極管前布置藍光窄帶濾光片，第二發(fā)光LED為紅色光，第二光電二極管前布置紅光窄帶濾光片。
[0007]作為優(yōu)選，所述第一發(fā)光LED下邊界與第二發(fā)光LED下邊界距離h，h設(shè)置為水面波最大高度。
[0008]作為優(yōu)選，初始狀態(tài)下，所述水面跟蹤器上界面與第一發(fā)光LEDl下邊界處于同一平面。
[0009]在本發(fā)明中，第一光電二極管斷開，第二光電二極管導(dǎo)通，套筒不動作;第一光電二極管斷開，第二光電二極管斷開，套筒向上運動;第一光電二極管導(dǎo)通，第二光電二極管導(dǎo)通，套筒向下運動。
[0010]本發(fā)明創(chuàng)新設(shè)立新的水面檢測方法，通過光電通斷控制電機動作，分別設(shè)立第一電機和第二電機，第一電機用于跟蹤水面，第二電機用于跟蹤特定水深，從而實現(xiàn)不同水深的跟蹤。
[0011 ]有益效果:本發(fā)明的非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置，可通過第一跟蹤電機和第二跟蹤電機，實現(xiàn)各種水深跟蹤需求，通過光電二極管和發(fā)光LED的高靈敏度性能共同控制跟蹤電機啟動，提高了跟蹤精度。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0014]如圖1所示，本發(fā)明的非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置，包括套筒、水面跟蹤器和控制器，所述水面跟蹤器位于套筒內(nèi)，所述套筒內(nèi)設(shè)有第一發(fā)光LED、第二發(fā)光LED、第一光電二極管和第二光電二極管，所述第一發(fā)光LED和第一光電二極管正對布置，所述第二發(fā)光LED和第二光電二極管正對布置，第一光電二極管和第二光電二極管分別與控制器信號連接，控制器分別與第一跟蹤電機和第二跟蹤電機連接，第一跟蹤電機通過第一傳動裝置與套筒連接，第二跟蹤電機通過第二傳動裝置與監(jiān)測裝置連接，第一傳動裝置可以為蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，也可以為齒輪齒條結(jié)構(gòu)，第一跟蹤電機轉(zhuǎn)動，帶動套筒上下移動。
[0015]在實際使用時，第二跟蹤電機通過第二傳動裝置與監(jiān)測裝置流速傳感器連接，監(jiān)測裝置如流速傳感器。測量平均流速時，需要運動0.6倍相對變化，流速傳感器的運動距離等于第一跟蹤電機運動距離的0.6倍。第二傳動裝置可以為連接繩或連接桿，流速傳感器安裝在連接繩或連接桿上，控制器收到單個脈沖時，控制，第二跟蹤電機帶動流速傳感器運動距離為第一跟蹤電機帶動套筒運動的距離的B倍。第一傳動裝置為齒輪齒條結(jié)構(gòu)時，第一跟蹤電機的電機軸為齒輪軸，在套筒上安裝有齒條，第二傳動裝置為連接桿，連接桿上加工有輪齒，第二跟蹤電機的電機軸為齒輪軸，連接桿上的輪齒與齒條一樣，第一跟蹤電機和第二跟蹤電機的齒輪軸大小也一樣，單個脈沖帶動第一跟蹤電機和第二跟蹤電機的轉(zhuǎn)速不一樣，第二跟蹤電機的轉(zhuǎn)速為第一跟蹤電機轉(zhuǎn)速的B倍，實現(xiàn)單個脈沖流速傳感器移動的距離為套筒移動距離的B倍。整個第一跟蹤電機和第二跟蹤電機固定在支架上，套筒沿著固定在支架上的滑軌運動。
[0016]在本發(fā)明中，所述水面跟蹤器截面形態(tài)為土形，采用輕質(zhì)材料制作，密度小于水密度的0.8倍。所述第一發(fā)光LED為藍色光，第一光電二極管前布置藍光窄帶濾光片，第二發(fā)光LED為紅色光，第二光電二極管前布置紅光窄帶濾光片。所述第一發(fā)光LED下邊界與第二發(fā)光LED下邊界距離h，h設(shè)置為水面波最大高度。初始狀態(tài)下，所述水面跟蹤器上界面與第一發(fā)光LEDl下邊界處于同一平面。
[0017]一種上述的非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置，包括以下步驟:
[0018]I)將跟蹤裝置布置于水面，水面跟蹤器阻擋藍光，第一光電二極管信號斷路，第二光電二極管信號導(dǎo)通，第一跟蹤電機不動作；
[0019]2)水面上升，水面跟蹤器向上運動，第一光電二極管信號斷路，第二光電二極管信號斷路，控制器控制第一跟蹤電機正轉(zhuǎn)，單次脈沖帶動套筒上升0.2倍h，水面跟蹤器相對下降0.2倍h，控制器同時控制第二跟蹤電機正轉(zhuǎn)，單次脈沖流速傳感器運動距離為B*0.2*hmm，B為水深的倍數(shù)，參數(shù)B根據(jù)水深追蹤需要設(shè)置，追蹤0.6倍水深，則B設(shè)置為0.6 ；追蹤水面，則B設(shè)置為I，則第二跟蹤電機實現(xiàn)B倍水深上升跟蹤。重復(fù)上述過程，直至第二光電二極管信號導(dǎo)通，第一光電二極管信號斷路，第一跟蹤電機和第二跟蹤電機不動作；
[0020]3)水面下降，水面跟蹤器向下運動，第一光電二極管信號導(dǎo)通，控制器控制第一跟蹤電機反轉(zhuǎn)，單次脈沖帶動套筒下降0.2倍h，水面跟蹤器相對上升0.2倍h;控制器控制第二跟蹤電機反轉(zhuǎn)，單次脈沖運動距離為B*0.2*hmm，則第二跟蹤電機實現(xiàn)B倍水深下降跟蹤。重復(fù)上述過程，直至第一光電二極管信號斷路，第一跟蹤電機，第一跟蹤電機和第二跟蹤電機不動作。
[0021]下面以跟蹤裝置跟蹤0.6倍水深為例來說明，待測參量為流速，測量儀器為流速儀。
[0022]水面上升時，例如水面上升了 H(H大于h)，原水深為X，則現(xiàn)水深為(x+H)，跟蹤裝置位于0.6x水深處，第一光電二極管信號斷路，第二光電二極管信號斷路，控制器同時控制第一跟蹤電機和第二跟蹤電機正轉(zhuǎn)，第一跟蹤電機通過第一傳動裝置帶動套筒上升0.2倍H，第二跟蹤電機帶動流速儀上升0.12H，經(jīng)過5次運動之后，第二光電二極管信號導(dǎo)通，第一光電二極管信號斷路，第一跟蹤電機停止運動，第二跟蹤電機帶動流速儀上升0.12H*5 =
0.6H，則流速儀新水深為0.6x+0.6h，實現(xiàn)了 0.6倍水深跟蹤。
[0023]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置，其特征在于:包括套筒、水面跟蹤器和控制器，所述水面跟蹤器位于套筒內(nèi)，所述套筒內(nèi)設(shè)有第一發(fā)光LED、第二發(fā)光LED、第一光電二極管和第二光電二極管，所述第一發(fā)光LED和第一光電二極管正對布置，所述第二發(fā)光LED和第二光電二極管正對布置，第一光電二極管和第二光電二極管分別與控制器信號連接，控制器分別與第一跟蹤電機和第二跟蹤電機連接，第一跟蹤電機通過第一傳動裝置與套筒連接，第二跟蹤電機通過第二傳動裝置與監(jiān)測裝置連接;通過水面跟蹤器跟隨水面上下移動，控制第一光電二極管和第二光電二極管的信號通斷，控制器根據(jù)信號通斷分別控制第一跟蹤電機和第二跟蹤電機的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對應(yīng)水深跟蹤。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置，其特征在于:所述水面跟蹤器截面形態(tài)為土形，采用輕質(zhì)材料制作，密度小于水密度的0.8倍。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置，其特征在于:所述第一發(fā)光LED為藍色光，第一光電二極管前布置藍光窄帶濾光片，第二發(fā)光LED為紅色光，第二光電二極管前布置紅光窄帶濾光片。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置，其特征在于:所述第一發(fā)光LED下邊界與第二發(fā)光LED下邊界距離h，h設(shè)置為水面波最大高度。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非恒定流模擬試驗中水深自動跟蹤裝置，其特征在于:所述水面跟蹤器上界面與第一發(fā)光LEDl下邊界處于同一平面。
【文檔編號】G01M10/00GK205538152SQ201620095777
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月29日
【發(fā)明人】唐立模, 陳紅, 閆靜, 王瑤, 張立, 王浩, 孫嬌
【申請人】河海大學(xué)