专利名称：水工模型试验中自动测量泄水水舌形状的设备和方法
技术领域：
本发明一种水工模型试验中自动测量泄水水舌形状的设备和方法，属于水工模型试验领域。
背景技术：
在水工模型试验中经常会要对挑流消能的挑流水舌进行测量，用以确定水舌形态，落水位置。这些测量值主要用以判断水舌在空中的横向，纵向的拉开、碰撞等，在设计中帮助确定和优化挑坎体型、张角等。在现有技术中常见的描述水舌形态的方式是照相或者录像，但是由于照相和录像有非线性失真，不能准确反映水舌形态。在试验操作中在小模型上有人利用玻璃板置于水舌侧面进行描画，但是也存在不同的描绘者产生不同的描绘结果的问题，同时，当模型较大时无法找到合适的玻璃板进行描绘，操作复杂。本发明正是为解决以上问题而设计。
发明内容
本发明水工模型试验中自动测量泄水水舌形状的设备和方法正是为水工模型试验提供一种方便、快捷、准确的测量泄水水舌形状的方法。具体而言本发明包括水平导轨，垂直导轨，水平测距盘，垂直测距盘，幕墙，水平激光测距仪，垂直激光测距仪，纵深激光测距仪，上下同步传动齿条，同步传动齿轮组，水平步进电机，垂直步进电机，中控计算机。水平导轨为上下双轨，以水平方式固定在模型侧面，上下和水平长度所形成的面涵盖整个被测水舌的侧面；垂直导轨为单轨，两端用滑套固定在水平导轨上，滑套可以在水平导轨上滑动；水平测距盘固定在水平导轨的一端；一般情况下固定在水舌射出的一端；水平激光测距仪固定在垂直导轨上，呈水平状态，其测距激光垂直指向水平测距盘；水平步进电机固定在水平导轨的一端，通过齿条与垂直导轨相连，水平步进电机推动垂直导轨沿水平导轨滑动；垂直激光测距仪固定在与水平激光测距仪同一位置，与水平激光测距仪呈垂直状态，其测距激光垂直指向垂直测距盘；纵深激光测距仪固定在垂直测距盘上，垂直测距盘用滑套固定在垂直导轨上，滑套可以在垂直导轨上滑动；垂直测距盘通过齿条与垂直导轨一端的垂直步进电机相连，垂直步进电机推动垂直测距盘沿垂直导轨滑动；在导轨对面设置幕墙用以反射纵深激光测距仪的激光光线；具体测距步骤为(1)在中控计算机中设定垂直导轨的总水平移动距离，和纵深激光测距仪的总垂
3直移动距离；(2)中控计算机向水平步进电机和垂直步进电机发出移动信号，水平步进电机按照设定步长推动垂直导轨运动到第1垂线位置，垂直步进电机按设定步长推动纵深激光测距仪沿垂直导轨运动到第一个测点，测得一个纵深距离值，返回此距离值到中控计算机；(3)中控计算机判断此纵深距离值是否小于纵深激光测距仪到幕墙的距离，若小于则保存此距离，同时向水平激光测距仪和垂直激光测距仪发出信号，测量水平距离和垂直距离，测得数据返回中控计算机；若此纵深距离等于纵深激光测距仪到幕墙的距离则推动纵深激光测距仪到下一测点；(4)完成全部测点测量后，水平步进电机驱动垂直导轨移动到下一垂线，纵深激光测距仪自第一测点开始继续测量纵深距离，直到完成全部垂线和测点为止。(5)完成全部垂线和测点的纵深测量后，中控计算机记录水平距离，垂直距离和纵深距离并在制图软件中利用以上三个距离作为X，y，Z三个方向的坐标完成水舌的形状绘制。本发明的有益效果在于1、提供了一种新的更准确更可靠的水工模型试验测量水舌的方法；2、可以通过设定程序使测量水舌工作自动进行。
图1本发明机械装置总装示意图；图2本发明实施例1获得水舌形状图。
具体实施例方式本发明水工模型试验中自动测量泄水水舌形状的设备和方法正是为水工模型试验提供一种方便、快捷、准确的测量泄水水舌形状的方法。具体而言本发明包括水平导轨1，垂直导轨2，水平测距盘3，垂直测距盘4，幕墙 5，水平激光测距仪6，垂直激光测距仪7，纵深激光测距仪8，上下同步传动齿条9，同步传动齿轮组10，水平步进电机11，垂直步进电机12，中控计算机13。水平导轨1为上下双轨，以水平方式固定在模型侧面，上下和水平长度所形成的面涵盖整个被测水舌的侧面；垂直导轨2为单轨，两端用滑套14固定在水平导轨1上，滑套14可以在水平导轨 1上滑动；水平测距盘3固定在水平导轨1的右端；水平激光测距仪6固定在垂直导轨2上，呈水平状态，其测距激光垂直指向水平测距盘3 ；水平步进电机11固定在水平导轨1的一端，通过上下同步传动齿条9与垂直导轨 2相连，水平步进电机11推动垂直导轨2沿水平导轨1滑动；垂直激光测距仪7固定在与水平激光测距仪6同一位置，与水平激光测距仪6呈垂直状态，其测距激光垂直指向垂直测距盘4 ；纵深激光测距仪8固定在垂直测距盘4上，垂直测距盘4用滑套14固定在垂直导轨2上，滑套14可以在垂直导轨2上滑动；垂直测距盘4通过齿条与垂直导轨2 —端的垂直步进电机12相连，垂直步进电机 12推动垂直测距盘4沿垂直导轨2滑动；在导轨对面设置幕墙5用以反射纵深激光测距仪8的激光光线；具体测距步骤为(1)在中控计算机13中设定垂直导轨2的总水平移动距离和纵深激光测距仪8的总垂直移动距离；(2)中控计算机13向水平步进电机11和垂直步进电机12发出移动信号，水平步进电机11按照设定步长推动垂直导轨2运动到第1垂线位置，垂直步进电机12按设定步长推动纵深激光测距仪8沿垂直导轨2运动到第一个测点，测得一个纵深距离值，返回此距离值到中控计算机13;(3)中控计算机13判断此纵深距离值是否小于纵深激光测距仪8到幕墙5的距离，若小于则保存此距离，同时向水平激光测距仪6和垂直激光测距仪7发出信号，测量水平距离和垂直距离，测得数据返回中控计算机；若此纵深距离等于纵深激光测距仪到幕墙的距离则推动纵深激光测距仪8到下一测点；(4)完成全部测点测量后，水平步进电机11驱动垂直导轨2移动到下一垂线，纵深激光测距仪8自第一测点开始继续测量纵深距离，重复上述步骤直到完成全部垂线和测点为止。(5)完成全部垂线和测点的纵深测量后，中控计算机13记录水平距离，垂直距离和纵深距离并在制图软件中利用以上三个距离作为χ，y，ζ三个方向的坐标完成水舌的形状绘制。
权利要求
1.水工模型试验中自动测量泄水水舌形状的设备和方法包括水平导轨，垂直导轨， 水平测距盘，垂直测距盘，幕墙，其特征在于还包括水平激光测距仪，垂直激光测距仪， 纵深激光测距仪，上下同步传动齿条，同步传动齿轮组，水平步进电机，垂直步进电机，中控计算机。
2.根据权利要求1所述的水工模型试验中自动测量泄水水舌形状的设备和方法，其特征在于所述的水平导轨为上下双轨，以水平方式固定在模型侧面，上下和水平长度所形成的面涵盖整个被测水舌的侧面；垂直导轨为单轨，两端用滑套固定在水平导轨上；水平测距盘固定在水平导轨的一端；水平激光测距仪固定在垂直导轨上，呈水平状态，其测距激光垂直指向水平测距盘。
3.根据权利要求1所述的水工模型试验中自动测量泄水水舌形状的设备和方法，其特征在于所述的水平步进电机固定在水平导轨的一端，通过齿条与垂直导轨相连。
4.根据权利要求1所述的水工模型试验中自动测量泄水水舌形状的设备和方法，其特征在于所述的垂直激光测距仪固定在与水平激光测距仪同一位置，与水平激光测距仪呈垂直状态，其测距激光垂直指向垂直测距盘；纵深激光测距仪固定在垂直测距盘上，垂直测距盘用滑套固定在垂直导轨上。
5.根据权利要求1所述的水工模型试验中自动测量泄水水舌形状的设备和方法，其特征在于所述的垂直测距盘通过齿条与垂直导轨一端的垂直步进电机相连，垂直步进电机推动垂直测距盘沿垂直导轨滑动。
6.根据权利要求1所述的水工模型试验中自动测量泄水水舌形状的设备和方法，其特征在于所述的在导轨对面设置幕墙用以反射纵深激光测距仪的激光光线。
7.根据权利要求1 6任一项所述的水工模型试验中自动测量泄水水舌形状的设备和方法，其特征在于具体测距步骤为(1)在中控计算机中设定垂直导轨的总水平移动距离，和纵深激光测距仪的总垂直移动距离；(2)中控计算机向水平步进电机和垂直步进电机发出移动信号，水平步进电机按照设定步长推动垂直导轨运动到第1垂线位置，垂直步进电机按设定步长推动纵深激光测距仪沿垂直导轨运动到第一个测点，测得一个纵深距离值，返回此距离值到中控计算机；(3)中控计算机判断此纵深距离值是否小于纵深激光测距仪到幕墙的距离，若小于则保存此距离，同时向水平激光测距仪和垂直激光测距仪发出信号，测量水平距离和垂直距离，测得数据返回中控计算机；若此纵深距离等于纵深激光测距仪到幕墙的距离则推动纵深激光测距仪到下一测点；(4)完成全部测点测量后，水平步进电机驱动垂直导轨移动到下一垂线，纵深激光测距仪自第一测点开始继续测量纵深距离，直到完成全部垂线和测点为止。
全文摘要
本发明提供了一种水工模型试验中自动测量泄水水舌形状的设备和方法包括水平导轨，垂直导轨，水平测距盘，垂直测距盘，幕墙，水平激光测距仪，垂直激光测距仪，纵深激光测距仪，上下同步传动齿条，同步传动齿轮组，水平步进电机，垂直步进电机，中控计算机。以上各装置相互连接后，在中控计算的调动下，可以对泄水水舌形状进行自动测量，为测量泄水水舌形状提供了一种新的更准确更可靠的方法；可以通过设定程序使测量水舌工作自动进行。
文档编号G01B11/245GK102322821SQ20111021888
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月1日 优先权日2011年8月1日
发明者侯振伦, 桑胜坤, 王晖, 程璐, 赵建钧, 辜敬德 申请人:水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院