专利名称：浓度特征提取式流速测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于液固两相(或单相)流动的浓度特征提取式流速测量仪，可广泛应用于水利、河口海岸、海洋工程中水沙两相流动的流速测量。也可用于冶金、矿山、煤炭、化工等涉及液固两相流的领域。
背景技术：
目前，单相流动的流速测量已比较成熟。常用的流速测量仪有文丘里管、旋桨流速仪、热膜(热线)流速仪、声学多普勒测速仪、激光多普勒测速仪、粒子图像测速系统等。这些测速仪在液固两相流动的测量中存在很多问题。当固相浓度较高(如高含沙水流)时， 文丘里管、旋桨流速仪、热膜(热线)流速仪的标定十分困难；声学多普勒测速仪、激光多普勒测速仪、粒子图像测速系统基本失效。为了测量高浓度的液固两相流动，有人在流体中注入放射性物质，并设置两个相距一定距离的探头来探测放射性物质。根据两个探头探测到放射性物质的时间差，可计算出流体的运动速度。但这种测量方法对人体产生的危害非常大。
实用新型内容针对现有测速仪在液固两相流动测量中的存在的问题，本实用新型的目的旨在提供一种基于电解液浓度特征提取的流速测量仪。该测速仪无需进行标定就可精确测量固相浓度较高时的液固两相流动速度，而且结构简单，便于制造、安装和维护，成本低廉和环保。本实用新型的技术方案是，所述信号特征提取式测速装置包括装有电解液的储液罐、电磁阀、接有显示器的电子计算机、数据采集模块，其特征在于，设在液固两相流中的电解液喷嘴的喷口位于探针套筒入口的上游，该电解液喷嘴的进液端口经连通管同电磁阀的一端连接，所述电磁阀的另一端同储液罐的出液口连接；在液固两相流动方向上设有前、后两对浓度探针，探测端位于所述探针套筒内的该两对探针的后端经导电线接至数据采集模块的信号输入端，而数据采集模块的信号输出端通过串口线接入所述电子计算机。本测速装置的技术原理是每间隔一段时间(如0. 5秒)向液固两相流体中注入一定浓度的电解液(如盐水)。当电解液随流体向下游运动时，在沿流提体运动方向上电解液的浓度呈波状分布。浓度不同的电解液的电阻是不相同的，采用数据采集模块(电桥)可将电阻的变化信号转变为电压的变化信号。因此，电解液浓度的变化可装换为电压的变化。 将两对间隔一定距离(Δχ)的探针插入流体中，探针的另一端与数据采集模块连接。数据采集模块还将探针之间电解液浓度变化信号转换为电压信号，并进行模数转化，将数字信号由串口输入计算机。由于电解液浓度分布具有波状特征。第一对探针处出现的浓度特征经一段时间(At)后必然会在第一对探针上出现。对两对探针所采集的信号时间序列进行特征提取，可得At的值。流体的运动速度u可由下面公式计算
ΔχU = —(1)
At[0008]本实用新型所述流速测量装置的具体工作过程如下(参见图1)电解液由一根细的管子(电解液喷嘴9)引入流场。为了减小对流场的干扰，管子的外径不宜超过3mm。在管子上端安装一电磁阀2。电磁阀2由电子计算机(微机)5控制， 以一定的间隔时间为周期不断地进行开和关。这样电解液就能以一定的时间间隔周期性地注入流场。在电解液引入管的下游布置两对浓度探针7。当周期性注入流场的电解液流过探针时，与两对探针所对应的电压信号就会发生周期性的变化。两对探针所对应的电压信号存在一定的时间差，我们通过特征提的方法提取两个电压信号之间的时间差At，然后利用计算公式(1)求得流速U。上述喷管的外径和探针的大小可根据水力学的分析进行设计和选型，其技术构思和结构与现有流速测量原理与方法完全不同，是一种全新的液固两相(或单相)流动的浓度特征提取式流速测量仪。本实用新型采用浓度信号特征提取方法测速，数据采集和特征提取都由计算机完成，使用方便可靠。我们需要测量的通过探针的电解液浓度，不受浆体浓度变化的影响，测量数据稳定，无需进行仪表标定，使用范围比较广泛。与现有流速测量技术相比，本实用新型是采用提取浓度信号特征来进行测速的装置，只需在流体中注入一定浓度的电解液，然后通过计算机提取信号特征就可以测出流体的速度；本测速装置具有测量数据精确可靠、结构简单、制造维护容易、成本低廉、不需进行标定等优点；可用于液固两相流体或单相流体的流动速度测量。
图1是本实用新型一种实施的结构原理图(箭头A为液固两相流动方向)。在图中1-液固两相流，2-电磁阀， 3-储液罐，4-显示器， 5-电子计算机，6-数据采集模块，7-浓度探针，8-探针套筒，9-电解液喷嘴。
具体实施方式
如图1所示，所述浓度信号特征提取式测速装置包括装有电解液的储液罐3、电磁阀2、接有显示器4的电子计算机5、数据采集模块6，其特征在于，设在液固两相流1中的电解液喷嘴9的喷口位于探针套筒8入口的上游，该电解液喷嘴9的进液端口经连通管同电磁阀2的一端连接，所述电磁阀2的另一端同储液罐3的出液口连接；在液固两相流动方向上设有前、后两对浓度探针7，探测端位于所述探针套筒8内的该两对浓度探针7的后端经导电线接至数据采集模块6的信号输入端，而数据采集模块6的信号输出端通过串口线接入所述电子计算机5。为了保护浓度探针7，将两对浓度探针7安装在一薄壁圆筒(探针套筒8)上。薄壁圆筒的壁尽量薄(控制在0. 5mm以内)，直径在25mm左右，长度约为10mm。浓度探针7 采用不锈钢丝，其直径约为1mm。两对探针的间距为7mm，同一对探针的两根探针的间距为 5mm ο根据理论分析，信号特征提取式的测速装置的几何尺寸和电路以及相关要求应满足以下条件注入流动中的电解溶液，要求导电性能比较好；为减小对流场的干扰，喷射管的外径不宜超过3mm;为了保证能提取更为有效的信号，在喷射管上端安装一个电磁阀，使电解液就能以一定的时间间隔周期性地注入流场；探测电解液的灵敏探针(浓度探针7)采用不锈钢丝，为减小对流场的干扰，其直径约为1mm。测试的技术过程为当液固两相流以一定流速流过时，打开电磁阀2电解液随液固两相流进入薄壁筒管(探针套筒8)，数据采集模块得到相关信号，再用计算机上的采集软件进行数据采集。几分钟后，就会采集到需要的两组数据，再对数据进行相应的处理来提取它们之间的特征，这样就可以求出时间差。所述数据采集模块为现有技术产品，它的一种电路组成是，该数据采集模块内含单变电桥电路和A/D转换芯片；单变电桥电路的输入端为数据采集模块的信号输入端，单变电桥电路的输出端接A/D转换芯片的输入端，A/D转换芯片的输出端为数据采集模块信号输出端；A/D转换芯片选用ATMEGA16芯片。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种浓度信号特征提取式测速装置，包括装有电解液的储液罐(3)、电磁阀O)、接有显示器(4)的电子计算机(5)、数据采集模块(6)，其特征在于，设在液固两相流(1)中的电解液喷嘴(9)的喷口位于探针套筒(8)入口的上游，该电解液喷嘴(9)的进液端口经连通管同电磁阀( 的一端连接，所述电磁阀( 的另一端同储液罐C3)的出液口连接；在液固两相流动方向上设有前、后两对浓度探针(7)，探测端位于所述探针套筒(8)内的该两对探针(7)的后端经导电线接至数据采集模块(6)的信号输入端，而数据采集模块(6)的信号输出端通过串口线接入所述电子计算机(5)。
2.根据权利要求1所述信号特征提取式测速装置，其特征是，所述浓度探针(7)为直径 Imm的不锈钢丝。
专利摘要一种适于高浓度含沙水流的浓度特征提取式流速测量仪，包括装有电解液的储液罐3、电磁阀2、接有显示器4的电子计算机5、数据采集模块6；设在输送管中的电解液喷嘴9的喷口位于探针套筒8入口的上游，该电解液喷嘴9的进液端口经连通管同电磁阀2的一端连接，所述电磁阀2的另一端同储液罐3的出液口连接；在流动方向上设有前、后两对浓度探针7，该两对探针7的探测端位于所述探针套筒8内，其后端经导电线接至数据采集模块6的信号输入端，而数据采集模块6的信号输出端通过串口线接入所述电子计算机5。本装置不但能够精确可靠地测量高浓度含沙水流速度，且装置结构简单、便于制造、安装和维护，同时具有成本低廉和环保的优势。
文档编号G01P5/20GK201965148SQ20112007328
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者刘春嵘, 刘波, 吴博 申请人:湖南大学