一种平面内鱼游阻力的量测装置的制作方法

本实用新型涉及一种平面内鱼游阻力的量测装置，可用于水生态工程实验设计当中。

背景技术：

大坝截断了鱼类的洄游通道，使栖息地破碎化，原有的水文规律和江湖关系均发生改变，影响了鱼类资源，有些鱼类种群数量受到威胁，有些甚至从此消失。因此恢复河流连通性势在必行。鱼道工程则是恢复河流生态连通性的一个比较有效方式，也是当前热门的研究方向。目前对鱼道进行研究，主要是采用物理模型实验和数值模拟的技术手段。在鱼道设计中，为了研究鱼选择的路径是否跟阻力有关？有多大的关系不清楚，因此需要能够有一个装置去测量鱼体阻力，但是这样的测量完成相当困难，原因是鱼体的形状在动水中变化，而且随着水流的变化，鱼的轨迹也随之变化，因此本实用新型针对这样问题设计了装置和方法，通过3D扫描建立鱼体模型，结合录像提取的运动轨迹上鱼体的不同形状，利用3D打印技术，制作出不同姿态的待测鱼体模型，然后放入水槽中测量，定量出不同轨迹上的鱼游阻力。本装置通过浮球水箱提供浮力支撑，极大限度的减少了接触部位产生的阻力影响，能够比较精确的测量鱼在动水中的真实阻力，并且可以得到二维特性的阻力结果。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是测量鱼类通过鱼道上溯过程中所受到的阻力，能够克服现有的阻力测量技术不足，实现鱼在动水中不同位置的阻力测量。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出以下技术方案：一种平面内鱼游阻力的量测装置，它包括水槽，所述水槽两侧放置有两个浮球水箱，所述浮球水箱内部都放置有小皮球，所述小皮球的顶部通过吸盘支撑安装有轻质铝框架，所述轻质铝框架之间滑动配合安装有移动横梁，所述移动横梁的中部下端面竖直安装有可伸缩硬质细杆，所述可伸缩硬质细杆底部通过螺栓固定安装有待测鱼体模型，所述两个浮球水箱的边缘固定安装有垫层，所述垫层上安装有拉力计，所述拉力计与轻质铝框架之间通过细绳相连，所述水槽的顶部也安装有拉力计，所述拉力计和轻质铝框架之间也通过细绳相连。

所述轻质铝框架侧边装有刻度尺，与拉力计相连接处都装有量角器，移动横梁中心部位装有气泡水平仪。

所述浮球水箱的侧边安装有管道阀门，通过管道连通两个浮球水箱。

本实用新型有如下有益效果：

本实用新型设计成本低，操作简单灵活。具有可拆卸性，因此能适用于不同型式的水槽。支撑用的轻质铝框架与三个拉力计相连接，因此具有较好的稳定性。其最大优点就是可以测量鱼在水体中不同位置、不同形态的阻力，精度相对较高。在生态水工实验中有较好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型装置的轻质铝框架结构示意图。

图中：水槽1、浮球水箱2、小皮球3、轻质铝框架4、可伸缩硬质细杆5、拉力计6、待测鱼体模型7、垫层8、管道阀门9、量角器10、气泡水平仪11、刻度尺12、吸盘13。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

如图1-2，一种平面内鱼游阻力的量测装置，包括水槽1、浮球水箱2、小皮球3、轻质铝框架4、可伸缩硬质细杆5、拉力计6、待测鱼体模型7和垫层8。其中，浮球水箱2 为两个，分别放置于水槽1两侧，轻质铝框架4两端分别各与两个小皮球3通过吸盘13相连接，水平放置于水槽1之上，小皮球3漂浮于浮球水箱2中，起到支撑作用；轻质铝框架4中央部位连有可伸缩硬质细杆5，杆件硬度足够高，且足够细，因此对测量结果影响较小。可伸缩硬质细杆5底部通过螺栓来连接待测鱼体模型7，由于杆件具有可伸缩性，因此能够测量不同水深的阻力；3个拉力计6分别水平放置于水槽1和两个浮球水箱2之上，通过细绳和轻质铝框架4相连接，通过垫层8使拉力计6和轻质铝框架4处于同一水平面上。

进一步的，所述可伸缩硬质细杆5可在轻质铝框架4上进行自由滑动。

进一步的，所述轻质铝框架4侧边装有刻度尺12，与拉力计6相连接处都装有量角器10，可移动横梁中心部位装有气泡水平仪11。

进一步的，所述轻质铝框架4的三边通过细绳与拉力计6相连接，既可保证测量结果，又可以维持整个测量装置的稳定性。

进一步的，所述浮球水箱2、小皮球3、轻质铝框架4、可伸缩硬质细杆5都是独立部件，具有可拆卸性，可用于不同型式的水槽之上进行阻力测量。

进一步的，所述浮球水箱2的侧边安装有管道阀门9，可以通过管道来连通两个浮球水箱2以保证两水箱具有相同水位。

进一步的，当待测鱼体模型7形状不规则或者偏离轻质铝框架4的中心部位时，轻质铝框架4在垂直水流方向发生倾斜，此时可向较低端的一个浮球水箱2中人工缓慢增加水量，通过观察气泡水平仪11来调平框架。

进一步的，一种平面内鱼游阻力的量测方法，通过3D扫描建立鱼体模型，结合录像提取的运动轨迹上鱼体的不同形状，利用3D打印技术，制作出不同姿态的待测鱼体模型7，固定到框架上，然后放入水槽1中测量，定量出不同运动轨迹上的鱼游阻力。

本实用新型的工作过程和工作原理为：

本实例具体的实施方式为：在实验水槽1放水前，首先安装水槽1两侧的浮球水箱2，将水箱安装到紧贴水槽1边壁位置，然后通过外接软管连接两侧水箱的管道阀门9，运用连通器原理使两个水箱水位相等。待水面稳定静止后，关掉阀门，取下软管。根据待测鱼体模型7的重量，选择4个大小适中的规格相同的小皮球3，选择的标准为当小皮球3放于浮球水箱2中支撑起轻质铝框架4和待测鱼体模型7时，要求四个小皮球被水淹没体积尽量小。然后向水槽1中放水，当水面稳定之后，将待测鱼体模型放入水中。通过刻度尺12及可伸缩硬质细杆5来确定待测鱼体模型的位置。当待测鱼体模型形状规则对称且位于轻质铝框架4的中心部位时，由于两侧水箱水位相等，此时轻质铝框架4已然达到水平状态，当待测鱼体模型形状不规则或者偏离轻质铝框架4的中心部位时，轻质铝框架4在垂直水流方向发生倾斜，此时需向较低端的一个浮球水箱2中人工缓慢增加水量，观察气泡水平仪11，直到水平气泡居中后则停止加水，此时轻质铝框架4处于水平状态。连接拉力计6与轻质铝框架4，通过增加不同厚度的垫层8，使拉力计6与轻质铝框架4处于同一水平面上。上述准备工作完成后，即可进行平面内鱼游阻力的测量，记下三个拉力计6的读数及拉力计6与轻质铝框架4的连线在平面内的偏离角度，结合矢量运算即可得到平面内的鱼游阻力。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。