与通讯模块，用于显示接收单片机指令，将电导测量数据进行显示和发 送至上位机（显示与通讯模块与上位机通讯连接），显示与通讯模块包括显示单元和通 讯单元，显示单元采用ΤΜ1618驱动4位数码管实现数据显示，通讯单元采用ΜΑΧ232实现 RS232通讯；
[0038] 所述电解电源用于在电解过程中提供稳定的直流电源，电解电源采用由LM317构 成的1. 5~36V可调稳压电源；
[0039] 所述双路开关用于控制电解过程的开始和结束，双路开关由两个串联的EL817光 电隔离模块组成。
[0040] 如图2所示的本发明的测量方法流程图，具体测量方法包括如下步骤：
[0041] 1)将具有电解电极和电导电极的传感器置于待测液体中并固定；
[0042] 2)向单片机发送测量指令，所述测量指令包括但不限于单片机命令和测量参数， 所述单片机命令包括但不限于启动电解、关闭电解、启动电导测定、关闭电导测定、设置电 导测定方法、设置电导激励源的频率，所述测量参数包括但不限于电导激励源的频率、电解 电极的通电时间、间隔时间、校正系数及补偿因子；
[0043] 3)单片机收到步骤2)的测量指令后，设置测量参数，包括电解电极的通电时间、 间隔时间、校正系数及补偿因子；
[0044] 4)启动计时器开始计时；
[0045] 5)开启模数变换模块进行电导测量，通过单片机存储电导测量数据并通过显示与 通讯模块进行显示和传输（至上位机）；
[0046] 6)开启双路开关，等待电解时间到达步骤3)设置的电解电极的通电时间后关闭 双路开关；
[0047] 7)当计时器时间到达步骤3)的间隔时间时，关闭模数变换模块（电导测量），停 止计时器计时；
[0048] 8)将步骤5)中单片机存储的电导测量数据进行滤波后寻峰，求得出峰时间，按公 测定=十则定流?，vIl定划则定流d军勒及~ 勒及白勺I、司足巨（W又寸# 极的距离），t为出峰时间；
[0049] 9)根据步骤3)设置的校正系数及补偿因子，按公式= a · viM￡ +b计算实际 流速，式中为实际流速，a为校正系数，viM￡为步骤8)计算得出的测定流速，b为补偿因 子；
[0050] 10)将实际流速（测量结果）通过显示与通讯模块显示并发送至上位机，完成一次 测量，如需继续测量，则重复步骤4) -10)实现连续监测。
[0051] 本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，对于本领域的技术人员来 说，可根据本发明作出各种相应的更改和变型，而所有这些相应的更改和变型都属于本发 明权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种渗流流速的测量装置，其特征在于，包括传感器、激励源、采样电阻、信号调制模 块、模数变换模块、单片机、计时器、显示与通讯模块、双路开关和电解电源，传感器包括电 导电极和电解电极，激励源接采样电阻后与电导电极及信号调制模块的输入端连接，信号 调制模块的输出端与模数变换模块连接，单片机与模数变换模块、计时器、显示与通讯模块 以及双路开关连接，电解电源经双路开关与电解电极连接。2. 如权利要求1所述的渗流流速的测量装置，其特征在于，所述电导电极用于感知 溶液电导变化，电解电极用于在溶液中产生电解极化，电导电极和电解电极均由两根间距 0· 1~10mm的排针组成。3. 如权利要求1所述的渗流流速的测量装置，其特征在于，所述激励源用于在电导测 量过程中提供双极性方波电源，所述采样电阻用于电导测量过程中将电导电极感知的溶液 电导变化转换为双极性电压信号，所述信号调制模块用于将采样电阻获取的双极性电压信 号转换为直流电压信号，所述模数变换模块用于电导测量时，将信号调制模块输出的直流 电压信号转换为数字信号，所述计时器用于电导测量时计时以及电解电极电解过程中控制 电解时间，所述单片机用于控制和协调整个电导测量过程，所述电解电源用于在电解过程 中提供稳定的直流电源，所述双路开关用于控制电解过程的开始和结束，所述显示与通讯 模块，用于显示接收单片机指令，将电导测量数据进行显示和发送至上位机。4. 如权利要求3所述的渗流流速的测量装置，其特征在于，所述激励源包括两片电压 基准模块、模拟开关和运放，两片电压基准模块提供+2. 5V、-2. 5V的幅值稳定的标准电压， 经模拟开关交替选通形成方波信号，最终由运放输出。5. 如权利要求3所述的渗流流速的测量装置，其特征在于，所述采样电阻由模拟开关 控制的500Ω、lkQ、2kQ、5kQ、10kQ、20kQ、50kQ、l〇〇kQ电阻组成8档可调采样电阻。6. 如权利要求3所述的渗流流速的测量装置，其特征在于，所述信号调制模块包括绝 对值电路和RC滤波电路，绝对值电路将双极性信号转变为单极性信号，经RC滤波电路后输 出为直流电压信号。7. 如权利要求3所述的渗流流速的测量装置，其特征在于，所述单片机采用8位以上 单片机，所述模数变换模块采用12位以上ADC模块，所述计时器采用16位单片机内部计时 器。8. 如权利要求3所述的渗流流速的测量装置，其特征在于，所述显示与通讯模块包括 显示单元和通讯单元，显示单元采用显示驱动模块驱动数码管实现数据显示，通讯单元采 用串口通讯模块实现RS232通讯。9. 如权利要求3所述的渗流流速的测量装置，其特征在于，所述电解电源采用由可调 稳压电源模块构成的1. 5~36V可调稳压电源，所述双路开关由两个串联的光电隔离模块 组成。10. -种如上述权利要求1~9任意之一所述的渗流流速的测量装置的测量方法，其特 征在于，包括如下步骤： 1) 将具有电解电极和电导电极的传感器置于待测液体中并固定； 2) 向单片机发送测量指令，所述测量指令包括但不限于单片机命令和测量参数，所述 单片机命令包括但不限于启动电解、关闭电解、启动电导测定、关闭电导测定、设置电导测 定方法、设置电导激励源的频率，所述测量参数包括但不限于电导激励源的频率、电解电极 的通电时间、间隔时间、校正系数及补偿因子； 3)单片机收到步骤2)的测量指令后，设置电解电极的通电时间、间隔时间、校正系数 及补偿因子； 4) 启动计时器开始计时； 5) 开启模数变换模块进行电导测量，通过单片机存储电导测量数据并通过显示与通讯 模块进行显示和传输； 6) 开启双路开关，等待电解时间到达步骤3)设置的电解电极的通电时间后关闭双路 开关； 7)当计时器时间到达步骤3)的间隔时间时，关闭模数变换模块，停止计时器计时； 8) 将步骤5)中单片机存储的电导测量数据进行滤波后寻峰，求得出峰时间，按公式 计算测定流速，式中VfHjg为测定流速，d为电解电极与电导电极的间距，t为出峰 时间； 9)根据步骤3)设置的校正系数及补偿因子，按公式=a·viJK +b计算实际流速， 式中为实际流速，a为校正系数，viJK为步骤8)计算得出的测定流速，b为补偿因子； 10) 将实际流速通过显示与通讯模块显示并发送至上位机，完成一次测量，重复步骤 4)-10)实现连续监测。
【专利摘要】本发明公开了一种渗流流速的测量装置与方法，装置包括传感器、激励源、采样电阻、信号调制模块、模数变换模块、单片机、计时器、显示与通讯模块、双路开关和电解电源，传感器包括电导电极和电解电极。方法包括如下步骤：1)安装传感器；2)向单片机发送测量指令；3)设置测量参数；4)启动计时器计时；5)电导测量，显示和传输数据；6)开启双路开关，到达设置通电时间后关闭双路开关；7)到达间隔时间时关闭模数变换模块，停止计时；8)滤波后寻峰求得出峰时间，计算测定流速；9)计算实际流速；10)显示测量结果。本发明通过电解极化产生离子脉冲示踪方法测量地下水运动，无需投药装置，相比于光纤式测温渗流监测系统成本低廉。
【IPC分类】G01P5/08
【公开号】CN105259366
【申请号】CN201510724903
【发明人】秦孙巍, 贺崇蛟, 邱丹丹, 孙静月, 李先福, 李云安
【申请人】武汉工程大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月30日