基于超大型水动力实验平台的水沙观测仪器支架系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及河口海岸动力学、流体力学、泥沙运动力学等基础理论的实验研究领域，特别涉及一种基于超大型水动力实验平台的水沙观测仪器支架系统。
【背景技术】
[0002]室内波浪、水流及泥沙运动实验是河口海岸动力学理论研究和发展的重要手段，并可直接为实际工程问题提供设计参数。因此，保证实验的针对性和有效性，特别是测量数据的精度具有关键意义。
[0003]长期以来，受限于实验场地规模条件，大多数室内实验方案均按照相似准则将天然海岸中地形及波浪、水流动力进行比尺缩放，并在小型水动力实验平台内开展实验，例如小型长直波浪水流槽、小型波浪水流池、环形超大型水动力实验平台等，待实验完成后，再将所得参数按相似准则反推至原型。然而，这一方法由于不能满足全部的相似律而产生水动力和泥沙运动的不匹配，即“比尺效应”，造成反推至原型尺度时产生偏差，进而导致研究结果的不可靠。
[0004]考虑到小型实验平台存在的固有缺陷，近年来研究者越来越重视原型尺度下的大型水沙动力实验研究。目前，我国仅有交通运输部天津水运工程科学研究所(以下简称“天科所”)成功地建设了超大型波浪水流槽实验平台(长450m、宽5m、高12m，有效实验段108m、有效实验水深Sm)，可在实验室内直接生成现场当量条件的波浪、水流动力条件，为河口海岸动力学基础理论研究提供难得的实验平台。
[0005]随着计算机技术、传感器技术及自动控制技术的高速发展，当前存在众多高精度的流速、含沙量观测仪器，例如高精度三维点式流速仪Vectrino、ADV，高精度点式含沙量测量仪0BS3+、高精度面式流速测量仪PIV等，为开展测量提供了基础仪器条件。
[0006]然而，在实验方案中，除对观测仪器设备的选取外，实验仪器的观测方案，特别是仪器传感器探头的安装是关键问题。如传感器安装方式不得当，则会使得测量数据失真，导致实验失败。在以往基于小型实验平台的测量中，由于波流动力较弱，且实验水深仅有数十厘米，从而在传感器安装方面一般采用杆件式支架，即将仪器传感器固定在具有刻度的硬杆之上，并通过实验人员手动升降杆件来控制传感器位置。
[0007]在基于超大型水动力平台的相关实验中，由于动力环境与现场几乎相当，最大波高达3.5m、最大流速达0.5m/s，最大实验水深达8m，动力极为强劲。因此，在如此高强度水动力环境、大水深条件下，采用以往基于小型实验平台的杆件式测量方案已不再可行。其原因有三:(1)由于实验水深较大，杆件长度必须很长(达到数米)，如采用单点铰接固定，则杆件必然在弯矩作用下存在一定柔度，在强浪、强流作用下杆件将出现偏移与振荡，进而导致传感器发生往复位移，导致所测数据失真，且杆件在往复荷载作用下有折断的风险，危及观测仪器安全；(2)如采用多点铰接的桁架来降低杆件的运动自由度，则将使得支架规模宏大，对周边的水动力场和泥沙场均造成很大的扰动，传感器附近将发育涡旋结构，使得实际测量所得要素和设定要素存在较大差异，导致实验数据的不可用；(3)大型水动力平台规模宏大，采用人工升降固定支架的方式难以精确控制传感器坐标，将造成传感器位置的偏差，造成实验数据的不可靠，并可能对实验人员生命财产安全造成隐患。
[0008]综上所述，考虑到大型水动力实验平台具有和以往小型实验平台完全不同的实验环境，测量方案势必需重新考量。因此，开发一种安全可靠、量测仪器的传感器位置精度控制性强、对流场扰动小，且自动化程度高的新型测量仪器支架系统，无论从实验技术的发展，还是从推动河口海岸水沙动力学基础理论研究发展的角度，均是十分重要的。
【发明内容】
[0009]本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于超大型水动力实验平台的水沙观测仪器支架系统，该系统安全可靠、对流场扰动小，并且自动化程度高。
[0010]本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种基于超大型水动力实验平台的水沙观测仪器支架系统，包括设置在超大型水动力实验平台底部的固定支架，所述固定支架设有环形主体支架，所述环形主体支架的法向与来浪和来流方向垂直，在所述环形主体支架内固定有竖直设置的直线导轨，在所述直线导轨上装配有滑块，在所述滑块上固定有托架，所述滑块的四个角部外侧分别通过弹簧与所述环形主体支架连接，所述滑块的两侧分别与牵引钢丝的两端连接，所述牵引钢丝张拉在定滑轮和滚筒上，所述定滑轮安装在所述环形主体支架的底部，所述滚筒安装在超大型水动力实验平台之外，所述滚筒与变速箱的输出轴连接，所述变速箱由伺服电机驱动，所述伺服电机由驱动器控制，所述驱动器由控制主机控制。
[0011]在所述牵引钢丝上连接有红外测距传感器，所述红外测距传感器向所述控制主机反馈滑块的位移信号。
[0012]在所述直线导轨的顶部置放有水准气泡。
[0013]所述环形主体支架采用流线形结构。
[0014]所述环形主体支架固定在底座支架上，所述底座支架固装在超大型水动力实验平台底部。
[0015]在所述牵引钢丝上连接有限位传感器，所述限位传感器向所述控制主机反馈滑块的位置信号。
[0016]所述控制主机与报警器连接。
[0017]本实用新型具有的优点和积极效果是:将测量仪器的传感器固定在可升降的滑块上，随滑块上下升降，伺服电机通过牵引钢丝使滑块精确升降至设定坐标处，并通过红外测距传感器和控制主机对坐标位置进行修正，整个系统通过电脑终端发送信号实现自动控制，自动化程度高，能够避免人为操作的误差和安全隐患，能够避免采用杆件法、桁架法所无法避免的支架振荡和对流场的干扰，测量仪器的传感器坐标位置稳定性好，对流场的扰动小，特别适用于超大型水动力实验平台，还可拓展至其它规模的水沙实验平台之上。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型的组成示意图；<