专利名称：流体内部全流场三维可视流向、流速测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流体内部流向、流速测量装置，尤其是涉及一种适用于流体内流向、流速变化较大的非恒定流的、存在源和/或滙的情况下测量全流场流向、流速的三维可视化实时直接测量装置。
背景技术：
流体中流速、流向的量测是流体力学的实验、研究和工程应用中一项经常性的任务。目前虽然已有多种测量装置及方法，诸如总压管、毕托管、螺旋桨式流速仪、热敏式流速仪，激光流速仪、全流场示踪法等，但现有的测量装置和方法，有的只适合于恒定流，不适用于非恒定流；有的测量精度不高，不能准确测量小的流速；也有的方法不是直接测量，需要从其它物理量(例如螺旋桨的转速，热敏元件的散热率)来换算，因之必须经常率定(标定)；还有的装置价格昂贵，使用时的消耗也大，经济上不合算。
发明内容
本发明的目的之一在于克服现有流速、流向测量装置及方法的缺陷，提供一种适合于流体内全流场流向、流速的测量装置，它不仅适合于恒定流的测量，而且适合于存在各种暗流、渗漏，有源和/或滙的非恒定的三维流场流向、流速的测量装置。
本发明的技术方案如下。
本发明之流体内全流场三维流向、流速测量装置，包括流体内的测量系统，流体外的监视系统以及内外结合的操纵系统，各部分之间通过电缆实现电连接；所述测量系统包括盛有与待测流体密度相同、跟随性好、颜色有明显区别的示踪剂(可使用现有公知的示踪剂)的密封容器及其电动阀门，一种带有刻度的流体内专用测量镜头和与之固定安装为一体适合于流体内使用的密封摄像头，它们最好安装在同一个框架上，以便于它们协调高效地工作；所述流体外的监视系统包括PC计算机及与之电连接的显示器，录像机；在所述密封摄像头、录像机和计算机内宜安装同步时钟；所述操纵系统包括控制器和与之电连接的操纵潜水电机及推动机构，控制器可选用多挡电开关，操纵潜水电机可选用步进潜水电机，推动机构可选用步进潜水电机控制的螺旋桨，每按一下电开关，步进潜水电机控制的螺旋桨可推动测量系统移动一步。
所述示踪剂密封容器内的压力和电动阀门的开闭由流体外的操作人员控制，可以定时和/或不定时地通过电动阀门向待测流体喷入示踪剂。由于示踪剂颜色与待测流体有明显区别，又有良好的跟随性，因而能够实时地指示待测流体流线的方向和流速。
所述带有刻度的流体内专用测量镜头对准以密封容器电动阀门为中心的某个区域，从所述测量镜头及密封摄像头可以看清并拍摄示踪剂喷出的过程以及示踪剂跟随待测流体运动的状况。所述测量镜头与密封容器电动阀门宜保持固定的距离，测量镜头上事先刻制的读数标度的划分根据距离以及镜头本身的放大倍数按几何关系计算得出，使得镜头上标度的一格正好等于电动阀门喷出的示踪剂运动一个单位距离。
由于所述密封摄像头、录像机和计算机内都装有同步时钟，除了从显示器能直接观察示踪剂显示的待测流体的流向、流速外，计算机系统可对流动的距离和所耗的时间连续同步地进行采样，实时计算流体流速，并将计算结果既显示在器幕上，又保存在计算机内存中，达到实时显示、记录流速、流向的目的。
拍摄、录制的流体流动状态和计算显示的流速都能从屏幕上直接观察，也可以自动记录在存储设备(录像带、计算机内存)中，供事后研究。
流体内的测量系统的移动可由操作人员通过控制器和与之电连接的操纵潜水电机及推动机构完成。推动和/或旋转的距离和速度，操作人员可以自己控制，以便得心应手地追踪待测流体的流向和流速。操作人员还可以通过控制器指挥、控制监视系统的工作。
本发明中，也可以采用两个或两个以上的流体内操纵和测量系统，以加快工作的进度。
本发明不仅适合于恒定流的测量，而且适合于存在各种暗流、渗漏，有源和/或滙的非恒定的流体三维流场流向、流速的测量；并且不需率(标)定，可视、实时直接测量流体三维流向、流速；集自动行走、自动摄录影像、自动记录、计算、显示和存储数据等多功能于一身；探测数据准确，探测效率高。
使用本发明，对于探查水库、水坝、江堤的渗漏以消除安全隐患，以及探查堤坝渗漏管涌，及时查明和排除险情隐患，抗洪抢险，均具有很高的应用价值。
图1为本发明一实施例总体方框图；图2为本发明一实施例的流体内测量系统构成示意图；图3为图2所示实施例的流体外观察监视系统构成示意图；图4为本发明测量装置使用布置示意图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
参见附图，本实施例之流体内全流场三维流向、流速测量装置，包括流体内的测量系统1，流体外的监视系统2以及内外结合的操纵系统3，各系统之间通过连接电缆4、5、6、7实现电连接；所述测量系统1包括盛有与待测流体密度相同、跟随性好、颜色有明显区别的示踪剂的密封容器11及其电动阀门12，一种带有刻度的流体内专用测量镜头13和一个与之固定安装为一体适合于流体内使用的密封摄像头14，它们安装在同一个不锈钢框架15上；专用测量镜头13与密封容器11电动阀门12保持固定的距离L，专用测量镜头13上有事先刻制的读数标度，标度的划分根据距离L以及专用测量镜头13本身的放大倍数按几何关系计算得出，使得测量镜头13上标度的一格正好等于电动阀门12喷出的示踪剂运动一个单位距离；所述流体外的监视系统2包括计算机23及与之电连接的显示器21，录像机22；在所述密封摄像头14、录像机22和计算机23内安装有同步时钟，以利于从显示器21直接观察示踪剂显示的待测流体的流向、流速的同时，计算机23可对流体流动的距离和所耗的时间连续同步地进行采样，实时计算流体、流速，并将计算结果立即显示在显示器21上，又保存在计算机23内存中，达到实时显示、记录流速、流向的目的；所述操纵系统3包括多档开关31和步进潜水电机及其控制的螺旋桨32，它们也安装在不锈钢框架15上。
流体内的测量系统1，可以依靠步进潜水电机控制的螺旋桨32移动和/或旋转运动。操作人员还可以多档开关31指挥、控制监视系统2的工作。
使用以上所述之流体内部全流场三维可视流向、流速测量装置测量流体内部全流场三维流向、流速的步骤如下(1)按图1连接好由操纵系统、测量系统、监视系统之间的连接电缆4、5、6、7；(2)将测量系统3和步进潜水电机及螺旋桨32放入流体内的待测区域；(3)启动监视系统2，使之开始工作；(4)启动多档开关31，开启盛有示踪剂的密封容器1上的电动阀门2，向待测流体中喷入示踪剂；(5)启动测量系统1，观察示踪剂跟踪显示的待测流体的流动状态，并经由电缆5将此信息推送到流体外的监视系统2；(6)监视系统2自动记录，计算并显示待测流体的流向、流速信息；(7)根据监视系统2获得和显示的信息，通过多档开关31指挥、操纵测量系统1在流体内作进退和/或旋转运动，追踪全流场的三维流速、流向；(8)返回步骤(4)，重复从(4)到(7)的操作步骤，获得和显示另一个位置或角度的测量信息；(9)根据获得的信息，分析、判断流体内存在源和/或滙，出现暗流和/或渗漏的区域或位置，提供给需要此信息的用户；(10)测量完毕，保存数据关系测量和监视系统，将放入流体内的设备提升到流体外凉干备用。
下面结合图4对本发明测量方法的一个具体实施例加以说明。
参照图4，本例待测流体为水体、示踪剂为红色液体，多档开关31和监视系统2安装在船上；测量系统1、步进潜水电机及螺旋桨32放入水中，操作人员在船上按照以上所述步骤操作，从三维方向以不同角度观察全流场，测量流体流动的流向、流速，流向、流速显示和保存在监视系统2中，本实施例中找到了位于水体底部的渗漏点(滙)，然后指导工程施工单位以砂、石、粉煤灰等充填物料，有的放矢地进行封堵。
权利要求
1.一种流体内部全流场三维可视流向、流速测量装置，其特征在于，它包括流体内的测量系统、流体外的监视系统以及内外结合的操纵系统，各系统之间通过电缆实现电连接；所述测量系统包括盛有示踪剂的密封容器及其电动阀门，带有刻度的流体内专用测量镜头和与之固定安装为一体适合于流体内使用的密封摄像头，所述监视系统包括PC计算机及与之电连接的显示器，录像机；所述操纵系统包括控制器和与之电连接的操纵潜水电机及推动机构。
2.根据权利要求1所述的流体内部全流场三维可视流向、流速测量装置，其特征在于，所述控制器为多档开关，所述操纵潜水电机为潜水步进电机，所述推动机构为步进潜水电机控制的螺旋桨。
3.根据权利要求1或2所述的流体内部全流场三维可视流向、流速测量装置，其特征在于，所述流体内的测量系统安装在同一个框架上。
4.根据权利要求1或2所述的流体内部全流场三维可视流向、流速测量装置，其特征在于，所述测量镜头与密封容器电动阀门的距离保持固定，测量镜头上事先刻制的读数标度的划分根据距离以及镜头本身的放大倍数按几何关系计算得出，使得镜头上标度的一格正好等于电动阀门喷出的示踪剂运动一个单位距离。
5.根据权利要求1或2所述的全流场三维可视流向、流速装置，其特征在于，在所述密封摄像头、录像机和计算机内安装有同步时钟。
全文摘要
本发明公开了一种流体内全流场三维流向、流速测量装置，其包括流体内的测量系统，流体外的监视系统以及内外结合的操纵系统；所述测量系统包括盛有示踪剂的密封容器及其电动阀门，流体内专用测量镜头和与之固定安装为一体的密封摄像头；所述流体外的监视系统包括PC计算机及与之电连接的显示器，录像机；所述操纵系统包括控制器和与之电连接的操纵潜水电机及推动机构。本发明适合于恒定流及存在各种暗流、渗漏，有源和/或滙的非恒定的流体三维流场流向、流速的测量；对于探查水库、水坝、江堤的渗漏及管涌，及时查明和排除险情隐患，抗洪抢险，均具有很高的应用价值。
文档编号G01P5/00GK1645151SQ200510031229
公开日2005年7月27日 申请日期2005年2月1日 优先权日2005年2月1日
发明者瓮晶波, 李季 申请人:湖南继善高科技有限公司