专利名称：一种深水流流速测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种深水流速测量系统，特别是关于一种在海洋深水模型试验中使用的船舶海洋工程水池深水流流速测量系统。
背景技术：
随着海洋工程领域科学研究工作的不断发展，海洋工程模型试验已成为海洋工程科学研究的重要组成部分。对海洋工程水池试验测试技术难度和精度的要求越来越高。风、浪、流等海洋环境的模拟精度，直接决定了海洋工程试验的准确度。因此，海洋工程试验对风、浪、流海洋环境模拟测量的方式、方法与精度提出了更高要求。特别是深水流测量的难度更高。目前，国际上主要的测量流速的方式有点式流速仪和剖面流速仪两种，前者主要用于定点处的流速测量，后者主要用于某个范围内的流速的剖面分布的测量。对于海洋工程水池中的深水流模拟，前者无法直接测量剖面，只能测量某几个点的流速，后者的测量精度难以达到试验要求。
目前市场有挪威诺泰克(NORTEK CN)公司生产的“浪龙”测量剖面流速仪，该设备主要应用于近海沿岸流速的测量，流速剖面层宽范围小，采样频率低，测量精度较差，不能满足海洋工程水池测量定点流速、沿水池深度方向的剖面流速和整个水池立体流场分布流速的测量要求。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种深水流流速测量系统，其可实现在海洋工程水池进行高精度、大面积流场流速分布、深水(0～10米)任意细化分层剖面流速分布的测量与实时数据采集、测量控制。
为达到上述目的，本实用新型采取以下技术方案一种深水流流速测量系统，它包括一移动装置，其通过滑轨架设在水池上；其特征在于它还包括一固定架和一计算机，其分别设置在所述移动装置上；一A/D转换卡和一D/A转换卡，其分别插设在所述计算机的PCI插槽上；一交流伺服驱动器，其通过导线连接所述D/A转换卡；一交流伺服电机，其设置在所述固定架上，且通过导线连接所述交流伺服驱动器；一编码器，其分别通过导线连接所述交流伺服驱动器和A/D转换卡，所述编码器将所述交流伺服电机位移的模拟信号通过所述A/D转换卡，送入所述计算机进行实时测控；一减速器，其输入端连接所述交流伺服电机的输出端；一垂直升降装置，其穿设在所述固定架上，且其输出端连接所述减速器的输出端；一探头，其连接在所述垂直升降装置的最底端，所述探头通过电缆线连接所述A/D转换卡。
所述垂直升降装置包括一直线滑杆，其穿设在所述固定架上，且其顶部与所述减速器的输出端连接，其底部设置有一连接头，所述探头连接在所述连接头上；一滑套，其设置在所述直线滑杆下部，且位于所述连接头上部；两连杆，其设置在所述直线滑杆的两侧，且其顶部分别铰接在所述固定架上；另两连杆，其顶部分别铰接在所述两连杆的底端，其底部分别铰接在所述滑套的两侧壁上。
所述减速器为一齿轮箱。
所述直线滑杆的上部设置有与所述齿轮箱输出端啮合的齿条。
所述探头为三叉声学探头。
本实用新型由于采用以上技术方案，其具有以下优点1、本实用新型根据海洋工程试验的特点和精度要求，在现有工程水池中使用的可前后左右移动的移动装置上，增设了一套垂直升降装置，因此可以使测速装置在工程水池的三维空间内任意一深水处进行流速测量。2、本实用新型由于设置了计算机、A/D转换卡、D/A转换卡、编码器、交流伺服电机、交流伺服驱动器和减速器等控制传动反馈装置，因此在进行深水测速过程中，可以通过计算机控制交流伺服驱动器启动交流伺服电机和减速器带动垂直升降装置上下运动，编码器又可以将交流伺服电机位移的模拟信号通过A/D转换卡输入计算机，因此本实用新型可实现在海洋工程水池进行高精度、大面积流场流速分布、深水(0～10米)任意细化分层剖面流速分布的测量与实时数据采集、测量控制。3、本实用新型的垂直升降装置穿设在与移动装置连接的固定架上，并通过连杆机构和滑套导向支撑，特别是在垂直升降装置的直线滑杆顶部设置了与作为减速器的齿轮箱输出端啮合的齿条，使本实用新型结构简捷，操作灵活方便，可以准确达到任意细化分层剖面进行流速测量。本实用新型填补了我国海洋深水试验中流速测量的空白，满足了我国海洋深水试验池建设的急需，其在线检测精度≤0.1mm，相比应用剖面流速仪测量的精度提高100倍，相比原有点式流速仪单点测量再进行后期处理的方法提高效率100％。本实用新型可以广泛用于海洋工程结构物的科学试验研究及水动力学的层流、紊流、边界流等水流的科学试验研究中。
图1是本实用新型结构示意图图2是本实用新型各构件之间的连接框图图3是本实用新型计算机测控流程图图4是本实用新型垂直升降装置结构示意图图5是图4的俯视示意图图6是本实用新型试验中纵向流速测量结果图图7是本实用新型试验中横向流速测量结果图具体实施方式
为了详细说明本实用新型的结构、特点及功效，现举以下较佳实施例并配合如图1、图2所示，本实用新型包括一架设在海洋深水模型试验工程水池上的移动装置(图中未示出)，该移动装置(比如拖车)是海洋工程水池常用装置，其是通过设置在水池边上的滑轨进行前后左右移动的。在移动装置上设置有计算机1、A/D转换卡2、D/A转换卡3、编码器4、交流伺服电机5、交流伺服驱动器6、作为减速器7的齿轮箱、探头8、固定架9及垂直升降装置10。其中A/D转换卡2及D/A转换卡3插设在计算机1的PCI插槽上，交流伺服驱动器6一端连接D/A转换卡3，另一端连接交流伺服电机5，由计算机1控制交流伺服驱动器6启动交流伺服电机5的运转。交流伺服电机5、减速器7和垂直升降装置10安装在固定架9上，固定架9连接在上述移动装置上，交流伺服电机5通过减速器7带动垂直升降装置10上下运动，编码器4将交流伺服电机5位移的模拟信号通过A/D转换卡2输入计算机1中进行实时测控。
如图1、图4、图5所示，本实用新型的垂直升降装置10包括一固设在固定架9上的轴套11，在轴套11内穿设一直线滑杆12，如果减速器7采样齿轮箱，那么在直线滑杆12的顶部就设置与齿轮箱输出端啮合的齿条。在直线滑杆12的下部连接一可上下调节的滑套13，在直线滑杆12的底部末端固定设置一连接头14，连接头14用于连接测量装置的探头8。在直线滑杆12的两侧设置了两套连杆机构，每套连杆机构由上、下两根连杆15、16组成，上面两连杆15顶部分别铰接在固定架9上，两连杆15底部分别与另一连杆16的顶部铰接，两连杆16的底部分别铰接在滑套13两侧壁上。直线滑杆12提升、下降，同时滑套13随滑杆提升、下降，从而起到对直线滑杆12的导向支撑作用。
上述实施例中，探头8可以采用现有技术中的各种探头，比如三叉声学探头。连杆机构的设置还可以是三套、四套或更多。减速器7除采用齿轮箱外，还可以使用其它减速机构。垂直升降机构10与减速器7的连接除齿轮、齿条啮合的方式外，还可以根据减速器7结构的变化而变化。
如图1、图3所示，本实用新型开始工作后，首先设置参数，通过计算机测控软件给定测量点的Z坐标位置，然后计算机1将信号通过D/A转换卡3输送给交流伺服驱动器6启动交流伺服电机5，交流伺服电机5的转动通过减速器7带动直线滑杆12上下移动，以将探头8送到指定位置，同时由编码器4将交流伺服电机5位移的模拟信号经A/D转换卡2输送至计算机1，实时采集并显示Z的数值，进行位置测定，判断是否到达给定值，若未到达给定值则再次调整控制交流伺服电机5，直至到达给定值。由此可见，由交流伺服电机5、交流伺服驱动器6、编码器4构成的全闭环系统可精确控制探头8的位置。定位结束后，便开始进行给定测量点的流速测量，由三叉声学探头8接收到的三维模拟信号经电缆线17传送至A/D转换卡2输入计算机1进行实时数据采集、图形显示、数据处理、统计分析并预报统计结果(最大值，最小值，平均值，方差等)，本实用新型检测和数据处理可以采用现有技术的方法进行，也可以另行开发程序进行，此非本实用新型的内容，在此不再赘述。在完成一个给定点流速测量后，再给定一个新的Z值，重复以上的控制定位、数据采集、统计分析过程，直至完成整个深水剖面(层面)或整个水池立体流场分布的测量。
如图6、图7所示，是使用本实用新型进行试验测量的结果，模拟时间25秒，共采集600点，采样频率为24Hz，采样精度＜0.1mm。从图中可以看出本实用新型可实现较高的测量精度，其在线检测精度≤0.1mm，相比应用剖面流速仪测量的精度提高100倍，相比原有点式流速仪单点测量再进行后期处理的方法提高效率100％。
权利要求1.一种深水流流速测量系统，它包括一移动装置，其通过滑轨架设在水池上；其特征在于它还包括一固定架和一计算机，其分别设置在所述移动装置上；一A/D转换卡和一D/A转换卡，其分别插设在所述计算机的PCI插槽上；一交流伺服驱动器，其通过导线连接所述D/A转换卡；一交流伺服电机，其设置在所述固定架上，且通过导线连接所述交流伺服驱动器；一编码器，其分别通过导线连接所述交流伺服驱动器和A/D转换卡，所述编码器将所述交流伺服电机位移的模拟信号通过所述A/D转换卡，送入所述计算机进行实时测控；一减速器，其输入端连接所述交流伺服电机的输出端；一垂直升降装置，其穿设在所述固定架上，且其输出端连接所述减速器的输出端；一探头，其连接在所述垂直升降装置的最底端，所述探头通过电缆线连接所述A/D转换卡。
2.如权利要求1所述的一种深水流流速测量系统，其特征在于所述垂直升降装置包括一直线滑杆，其穿设在所述固定架上，且其顶部与所述减速器的输出端连接，其底部设置有一连接头，所述探头连接在所述连接头上；一滑套，其设置在所述直线滑杆下部，且位于所述连接头上部；两连杆，其设置在所述直线滑杆的两侧，且其顶部分别铰接在所述固定架上；另两连杆，其顶部分别铰接在所述两连杆的底端，其底部分别铰接在所述滑套的两侧壁上。
3.如权利要求1或2所述的一种深水流流速测量系统，其特征在于所述减速器为一齿轮箱。
4.如权利要求3所述的一种深水流流速测量系统，其特征在于所述直线滑杆的上部设置有与所述齿轮箱输出端啮合的齿条。
5.如权利要求1或2所述的一种深水流流速测量系统，其特征在于所述探头为三叉声学探头。
6.如权利要求3所述的一种深水流流速测量系统，其特征在于所述探头为三叉声学探头。
7.如权利要求4所述的一种深水流流速测量系统，其特征在于所述探头为三叉声学探头。
专利摘要本实用新型涉及一种深水流流速测量系统，它包括一移动装置其特征在于它还包括一固定架和一计算机，其分别设置在移动装置上；一A/D转换卡和一D/A转换卡，其分别插设在计算机的PCI插槽上；一交流伺服驱动器，其通过导线连接D/A转换卡；一交流伺服电机，其连接交流伺服驱动器；一编码器，其连接交流伺服驱动器和A/D转换卡，编码器将交流伺服电机位移的模拟信号通过A/D转换卡，送入计算机进行实时测控；一减速器，其输入端连接交流伺服电机的输出端；一垂直升降装置，其穿设在固定架上，且其输出端连接减速器的输出端；一探头，其连接在垂直升降装置的最底端，并通过电缆线连接A/D转换卡。本实用新型可以广泛用于海洋工程结构物的科学试验研究及水动力学的层流、紊流、边界流等水流的科学试验研究中。
文档编号G01M10/00GK2898834SQ20062000762
公开日2007年5月9日 申请日期2006年3月10日 优先权日2006年3月10日
发明者李宁, 杨建民, 姚美旺, 刘杰鸣, 肖龙飞, 吕海宁 申请人:中国海洋石油总公司, 中海石油研究中心, 上海交通大学