非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置，包括套筒、水面跟踪器和控制器，所述水面跟踪器位于套筒内，所述套筒内设有第一发光LED、第二发光LED、第一光电二极管和第二光电二极管，所述第一发光LED和第一光电二极管正对布置布置，所述第二发光LED和第二光电二极管正对布置，第一光电二极管和第二光电二极管分别与控制器信号连接，控制器分别与第一跟踪电机和第二跟踪电机连接。本实用新型的水深自动跟踪装置，水面跟踪器依靠浮力自动跟随水面上下移动，然后通过第一跟踪电机和第二跟踪电机，实现对应水深跟踪需求，通过光电二极管和发光LED的高灵敏度性能共同控制跟踪电机启动，提高了跟踪精度。
【专利说明】
非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置，属于水利工程领域。
【背景技术】
[0002]—定水深处的流速、高程等水流参量具有特定物理意义，如0.6倍水深处的流速代表了垂线平均流速，而自由水面流速为垂线平均流速的1.18倍;另外，水面相对于基准面的高程差即为水位，因而，在水流模拟试验中也常需要追踪一定水深的水流参量。天然水流非恒定，水面不断变化，水深也随之变化，为此，需要根据水深变化自动调整相关仪器布置以实现特定水深处水流参量的测量，这样的跟踪装置称为水深自动跟踪装置。现有自动跟踪装置存在以下问题:I)水面检测方法主要采用水电阻或水导通方式，受水质等影响探针易极化导致跟踪精度低;2)受研究目标限制，只能跟踪单一水深，如自由水面(全水深)，而无法满足不同水深跟踪需要;3)非恒定流模拟试验中水面存在一定表面波，其易导致跟踪装置一直往复运动，影响仪器测量结果。
【发明内容】
[0003]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置，实现各种水深跟踪需要，并通过硬件阈值调节减小水面波干扰。
[0004]技术方案:为实现上述目的，本发明的非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置，包括套筒、水面跟踪器和控制器，所述水面跟踪器位于套筒内，所述套筒内设有第一发光LED、第二发光LED、第一光电二极管和第二光电二极管，所述第一发光LED和第一光电二极管正对布置，所述第二发光LED和第二光电二极管正对布置，第一光电二极管和第二光电二极管分别与控制器信号连接，控制器分别与第一跟踪电机和第二跟踪电机连接，第一跟踪电机通过第一传动装置与套筒连接，第二跟踪电机通过第二传动装置与监测装置连接;通过水面跟踪器跟随水面上下移动，控制第一光电二极管和第二光电二极管的信号通断，控制器根据信号通断分别控制第一跟踪电机和第二跟踪电机的转动，实现监测装置监测对应水深。
[0005]作为优选，所述水面跟踪器截面形态为土形，采用轻质材料制作，密度小于水密度的0.8倍。
[0006]作为优选，所述第一发光LED为蓝色光，第一光电二极管前布置蓝光窄带滤光片，第二发光LED为红色光，第二光电二极管前布置红光窄带滤光片。
[0007]作为优选，所述第一发光LED下边界与第二发光LED下边界距离h，h设置为水面波最大高度。
[0008]作为优选，初始状态下，所述水面跟踪器上界面与第一发光LEDl下边界处于同一平面。
[0009]在本发明中，第一光电二极管断开，第二光电二极管导通，套筒不动作;第一光电二极管断开，第二光电二极管断开，套筒向上运动;第一光电二极管导通，第二光电二极管导通，套筒向下运动。
[0010]本发明创新设立新的水面检测方法，通过光电通断控制电机动作，分别设立第一电机和第二电机，第一电机用于跟踪水面，第二电机用于跟踪特定水深，从而实现不同水深的跟踪。
[0011 ]有益效果:本发明的非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置，可通过第一跟踪电机和第二跟踪电机，实现各种水深跟踪需求，通过光电二极管和发光LED的高灵敏度性能共同控制跟踪电机启动，提高了跟踪精度。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0014]如图1所示，本发明的非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置，包括套筒、水面跟踪器和控制器，所述水面跟踪器位于套筒内，所述套筒内设有第一发光LED、第二发光LED、第一光电二极管和第二光电二极管，所述第一发光LED和第一光电二极管正对布置，所述第二发光LED和第二光电二极管正对布置，第一光电二极管和第二光电二极管分别与控制器信号连接，控制器分别与第一跟踪电机和第二跟踪电机连接，第一跟踪电机通过第一传动装置与套筒连接，第二跟踪电机通过第二传动装置与监测装置连接，第一传动装置可以为蜗轮蜗杆结构，也可以为齿轮齿条结构，第一跟踪电机转动，带动套筒上下移动。
[0015]在实际使用时，第二跟踪电机通过第二传动装置与监测装置流速传感器连接，监测装置如流速传感器。测量平均流速时，需要运动0.6倍相对变化，流速传感器的运动距离等于第一跟踪电机运动距离的0.6倍。第二传动装置可以为连接绳或连接杆，流速传感器安装在连接绳或连接杆上，控制器收到单个脉冲时，控制，第二跟踪电机带动流速传感器运动距离为第一跟踪电机带动套筒运动的距离的B倍。第一传动装置为齿轮齿条结构时，第一跟踪电机的电机轴为齿轮轴，在套筒上安装有齿条，第二传动装置为连接杆，连接杆上加工有轮齿，第二跟踪电机的电机轴为齿轮轴，连接杆上的轮齿与齿条一样，第一跟踪电机和第二跟踪电机的齿轮轴大小也一样，单个脉冲带动第一跟踪电机和第二跟踪电机的转速不一样，第二跟踪电机的转速为第一跟踪电机转速的B倍，实现单个脉冲流速传感器移动的距离为套筒移动距离的B倍。整个第一跟踪电机和第二跟踪电机固定在支架上，套筒沿着固定在支架上的滑轨运动。
[0016]在本发明中，所述水面跟踪器截面形态为土形，采用轻质材料制作，密度小于水密度的0.8倍。所述第一发光LED为蓝色光，第一光电二极管前布置蓝光窄带滤光片，第二发光LED为红色光，第二光电二极管前布置红光窄带滤光片。所述第一发光LED下边界与第二发光LED下边界距离h，h设置为水面波最大高度。初始状态下，所述水面跟踪器上界面与第一发光LEDl下边界处于同一平面。
[0017]一种上述的非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置，包括以下步骤:
[0018]I)将跟踪装置布置于水面，水面跟踪器阻挡蓝光，第一光电二极管信号断路，第二光电二极管信号导通，第一跟踪电机不动作；
[0019]2)水面上升，水面跟踪器向上运动，第一光电二极管信号断路，第二光电二极管信号断路，控制器控制第一跟踪电机正转，单次脉冲带动套筒上升0.2倍h，水面跟踪器相对下降0.2倍h，控制器同时控制第二跟踪电机正转，单次脉冲流速传感器运动距离为B*0.2*hmm，B为水深的倍数，参数B根据水深追踪需要设置，追踪0.6倍水深，则B设置为0.6 ；追踪水面，则B设置为I，则第二跟踪电机实现B倍水深上升跟踪。重复上述过程，直至第二光电二极管信号导通，第一光电二极管信号断路，第一跟踪电机和第二跟踪电机不动作；
[0020]3)水面下降，水面跟踪器向下运动，第一光电二极管信号导通，控制器控制第一跟踪电机反转，单次脉冲带动套筒下降0.2倍h，水面跟踪器相对上升0.2倍h;控制器控制第二跟踪电机反转，单次脉冲运动距离为B*0.2*hmm，则第二跟踪电机实现B倍水深下降跟踪。重复上述过程，直至第一光电二极管信号断路，第一跟踪电机，第一跟踪电机和第二跟踪电机不动作。
[0021]下面以跟踪装置跟踪0.6倍水深为例来说明，待测参量为流速，测量仪器为流速仪。
[0022]水面上升时，例如水面上升了 H(H大于h)，原水深为X，则现水深为(x+H)，跟踪装置位于0.6x水深处，第一光电二极管信号断路，第二光电二极管信号断路，控制器同时控制第一跟踪电机和第二跟踪电机正转，第一跟踪电机通过第一传动装置带动套筒上升0.2倍H，第二跟踪电机带动流速仪上升0.12H，经过5次运动之后，第二光电二极管信号导通，第一光电二极管信号断路，第一跟踪电机停止运动，第二跟踪电机带动流速仪上升0.12H*5 =
0.6H，则流速仪新水深为0.6x+0.6h，实现了 0.6倍水深跟踪。
[0023]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置，其特征在于:包括套筒、水面跟踪器和控制器，所述水面跟踪器位于套筒内，所述套筒内设有第一发光LED、第二发光LED、第一光电二极管和第二光电二极管，所述第一发光LED和第一光电二极管正对布置，所述第二发光LED和第二光电二极管正对布置，第一光电二极管和第二光电二极管分别与控制器信号连接，控制器分别与第一跟踪电机和第二跟踪电机连接，第一跟踪电机通过第一传动装置与套筒连接，第二跟踪电机通过第二传动装置与监测装置连接;通过水面跟踪器跟随水面上下移动，控制第一光电二极管和第二光电二极管的信号通断，控制器根据信号通断分别控制第一跟踪电机和第二跟踪电机的转动，实现对应水深跟踪。2.根据权利要求1所述的非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置，其特征在于:所述水面跟踪器截面形态为土形，采用轻质材料制作，密度小于水密度的0.8倍。3.根据权利要求2所述的非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置，其特征在于:所述第一发光LED为蓝色光，第一光电二极管前布置蓝光窄带滤光片，第二发光LED为红色光，第二光电二极管前布置红光窄带滤光片。4.根据权利要求3所述的非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置，其特征在于:所述第一发光LED下边界与第二发光LED下边界距离h，h设置为水面波最大高度。5.根据权利要求4所述的非恒定流模拟试验中水深自动跟踪装置，其特征在于:所述水面跟踪器上界面与第一发光LEDl下边界处于同一平面。
【文档编号】G01M10/00GK205538152SQ201620095777
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月29日
【发明人】唐立模, 陈红, 闫静, 王瑶, 张立, 王浩, 孙娇
【申请人】河海大学