一种FP系列流速仪的检定装置的制作方法

本实用新型属于水文仪器的测试计量技术领域，涉及一种流速仪的检定装置，尤其涉及一种FP系列流速仪的检定装置。

背景技术：

流速测量对于掌握水资源运动的自然规律、合理开发和利用水资源、防汛抗灾等都起着极其重要的作用。随着科学技术的不断发展，流速仪的技术水平也在不断的提高，出现了一大批先进的流速仪产品。其中，美国Global Water公司生产的FP系列便携式流速仪凭借其结构轻便、应用范围广、测量精度高等优点而备受水文工作者青睐，应用较广泛的型号有FP111、FP211、FP311等。流速仪探头为受保护的涡轮螺旋桨流速传感器，中部为可伸缩手柄，手柄末端为流速显示器，可自动合成并显示平均流速，数据更新频率为1Hz。该系列流速仪可用于暴雨雨水径流研究、下水道流速测量、江河及溪流流速测量以及管道及沟渠流速监测等。

为了保证流速仪测量结果的准确性，根据国家行业标准(SL/T150-95)《直线明槽中转子式流速仪的检定方法》的规定，转子式流速仪需要定期进行检定。我国水利系统共建设了15个直线明渠水槽，目前尚有10余条检定水槽能基本维持正常运作。除潍坊、辽宁等少数水槽条件较好外，其余各水槽都不同程度上存在设备陈旧，技术落后，检定精度低等问题，给流速仪检定带来很大不便。现有直线明渠水槽长度约为130～180米，体积庞大，建造和维护成本较高，难以为流速仪的机动伴随检定提供保障。

中国专利CN201520465842.4新型流速仪检定车，包括车架，所述车架前部设有仪器固定装置，所述车架下部设有驱动桥、伺服电机、驱动轮和从动轮，所述驱动桥的输出轴与驱动轮连接，所述伺服电机电连接有伺服放大器，所述伺服放大器电连接有交流伺服控制系统，所述交流伺服控制系统包括可编程序控制器，所述可编程序控制器与控制台电连接，所述可编程序控制器连接有流速仪信号接口和数据输出接口。该现有技术充分利用了交流伺服控制系统的速度控制、位置控制、矢量控制等优越性能，重点解决了制约流速仪检定精度提高的关键技术要素，使本申请的流速仪检定车信号采集精确可靠，车速稳定、加速特性好；数据计算数值可靠、误差小；操作简单、功能完备。

上述现有技术适用于直形水槽中，且装置对数据读取频率和时间同步性无法得到保证，因而流速计算和显示无法迅速精确读取。

技术实现要素：

解决的技术问题：为了克服现有技术的缺陷，获得一种流场环境稳定、数据精确、数据采集频率与示值更新频率保持一致且具有时间同步特性的检定设备，本实用新型提供了一种FP系列流速仪的检定装置。

技术方案：一种FP系列流速仪的检定装置，包括环形水槽、动力系统和控制系统；所述动力系统包括传动臂、齿轮轴承组件和伺服电机，其中传动臂通过齿轮轴承组件与伺服电机相连；所述控制系统包括无线摄像机、旋转编码器、FPGA控制模块、伺服驱动器和计算机，其中无线摄像机、旋转编码器与计算机通过电信号连通，FPGA控制模块通过伺服驱动器与伺服电机电相连，旋转编码器的转轴通过联轴器与传动臂的转轴相连，无线摄像机设于传动臂上；所述传动臂的一端设有流速仪，流速仪与无线摄像机相对的一端设有示值窗，另一端伸入环形水槽中。

所述检定装置由伺服电机为检定系统提供动力，通过传动臂带动流速仪在环形水槽中做圆周运动，模拟流速仪在各个流速检定点下的运动状态。

优选的，所述环形水槽包括储水部和分别设于其内外侧的内支撑骨架和外支撑骨架；其中储水部设有水槽隔板，包括挡水板及设于其上的挡水门，二者通过弹簧合页连接。环形水槽的储水部采用一体化PVC材质，为流速仪检定提供稳定的流场环境。

优选的，所述伺服电机与齿轮轴承组件之间设有减速器。

优选的，所述传动臂的另一端设有配重盒，且传动臂为不等臂结构，流速仪一端臂长较配重盒臂长长。

优选的，所述流速仪通过安装板和锁紧环固定于传动臂的一端。

优选的，所述无线摄像机、旋转编码器、FPGA控制模块与计算机通过无线通信方式连接。

优选的，所述动力系统和控制系统安装于框架内。

进一步的，所述框架的底部设有轮动及水平调节组件，包括经连接装置固定于框架底部的滚动小轮、斜支撑脚、水平支撑脚、水平调节螺丝。滚动小轮、水平支撑脚、水平调节螺丝和连接装置为一体化结构，其中斜支撑脚安装于框架底部一侧，并于其底部设有通孔，侧面设有高度调节孔。装置移动时，收紧水平调节螺丝，使水平支撑脚处于悬空状态；检定过程中，转动水平调节螺丝，使水平支撑脚接触地面，起到支撑作用，并将装置调整至水平。斜支撑脚安装于框架的侧面，通过其上端的高度调节孔实现其高度调节。在检定过程中，可使斜支撑脚接触地面，经过其底部的通孔由膨胀螺丝将装置固定在地面上。

所述FP系列流速仪的检定装置的具体工作流程如下：FPGA控制模块经过伺服驱动器控制电机转速，伺服电机经过减速器和齿轮轴承组件带动传动臂转动，使得流速仪在环形水槽中以预定速度做圆周运动。在转动过程中，无线摄像机拍摄流速仪示值窗的流速示值，并将视频信号实时传输至计算机。旋转编码器精确测定流速仪转动过的角度，并将角度值转换为二进制编码。已知FP系列流速仪的示值更新频率为1Hz，计算机软件在流速仪示值更新的同时读取旋转编码器的二进制编码序列，并截取无线摄像机视频图像，识别流速仪示值。精确测定传动臂轴心至流速仪轴心的距离，结合旋转编码器的角度测量编码序列，计算出流速仪的真实运动速度。比较流速仪真实运动速度及其示值窗示值，求解出流速仪示值误差。重复进行上述过程，完成流速仪在各个检定点上的示值检定。在装置工作过程中流速仪在测量范围内应选择12至15个流速检定点，低速段需加密设置。

有益效果：

(1)本实用新型所述的检定装置，结构简单，携带方便，可现场进行快速拆解与组装，占地空间小，制作和维护成本低，为流速仪提供多样的检定条件，降低了其检定成本；

(2)本实用新型所述的检定装置，在完成某个速度点上示值检定时，可在无动力状态下自由滑行至停止，无需对装置进行刹车制动，从而有效降低了动力系统的故障率及发生安全事故的概率；

(3)本实用新型所述的检定装置，对流速仪的平均速度检测结果精确，数据采集频率与流速仪示值窗的示值更新频率保持一致，确保了数据的可靠性和时间的同步性；

(4)本实用新型所述的检定装置，其检定范围为0.1～4.5米每秒，检定精度可达到0.01米每秒，温度范围为-20℃～50℃，具有较高的环境适应性，检定范围及检定精度均满足实际测量需求。

附图说明

图1是FP系列流速仪的检定装置结构示意图；

图2是环形水槽结构示意图；

图3是环形水槽隔板的结构示意图；

图4是动力系统与控制系统的结构示意图；

图5是流速仪与无线摄像机安装方式的结构示意图；

图6是配重盒安装方式结构示意图；

图7是轮动及水平调节组件的结构示意图；

图8是滚轮连接的结构示意图；

图9是斜支撑脚安装的结构示意图；

其中，1为环形水槽，2为配重盒，3为传动臂，4为无线摄像机，5为流速仪，6为齿轮轴承组件，7为旋转编码器，8为框架，9为FPGA控制模块，10为示值窗，11为伺服驱动器，12为伺服电机，13为减速器，14为计算机，15为内支撑骨架，16为储水部，17为外支撑骨架，18为挡水板，19为挡水门，20为弹簧合页，21为安装板，22为锁紧环，23为滚动小轮，24为外支撑脚，25为水平支撑脚，26为水平调节螺丝，27为连接装置，28为通孔，29为高度调节孔。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

如图1所示，一种FP系列流速仪的检定装置，包括环形水槽1、动力系统和控制系统；所述动力系统包括传动臂3、齿轮轴承组件6和伺服电机12，其中传动臂3通过齿轮轴承组件6与伺服电机12相连；所述控制系统包括无线摄像机4、旋转编码器7、FPGA控制模块9、伺服驱动器11和计算机14，其中无线摄像机4、旋转编码器7与计算机14通过电信号连通，FPGA控制模块9通过伺服驱动器11与伺服电机12电相连，旋转编码器7的转轴通过联轴器与传动臂3的转轴相连，无线摄像机4设于传动臂3上；所述传动臂3的一端设有流速仪5，流速仪5与无线摄像机4相对的一端设有示值窗10，另一端伸入环形水槽1中。

如图2所示，所述环形水槽1包括储水部16和分别设于其内外侧的内支撑骨架15和外支撑骨架17；如图3所示，其中储水部16设有水槽隔板，包括挡水板18及设于其上的挡水门19，二者通过弹簧合页20连接。

检定过程中，将水槽隔板固定于环形水槽1的储水部16中，流速仪5从隔板后侧启动，绕水槽转动一周至隔板前侧。切断伺服电机12控制信号，使流速仪5在无动力状态下凭借运动惯性撞开挡水门19。待流速仪5通过后，弹簧合页20带动挡水门19恢复关闭状态。水槽隔板可有效阻断流速仪5对隔板前侧流场的干扰，使其保持静止状态。

如图4所示，所述伺服电机12与齿轮轴承组件6之间设有减速器13。

如图6所示，所述传动臂3的另一端设有配重盒2，且传动臂3为不等臂结构，流速仪5一端臂长较配重盒2臂长长。

如图5所示，所述流速仪5通过安装板21和锁紧环22固定于传动臂3的一端。

所述无线摄像机4、旋转编码器7、FPGA控制模块9与计算机14通过无线通信方式连接。

如图7所示，所述动力系统和控制系统安装于框架8内。

所述框架8的底部设有轮动及水平调节组件，包括经连接装置27固定于框架8底部的滚动小轮23、斜支撑脚24、水平支撑脚25、水平调节螺丝26。滚动小轮23、水平支撑脚25、水平调节螺丝26和连接装置27为一体化结构，其中斜支撑脚24安装于框架8底部一侧，并于其底部设有通孔28，侧面设有高度调节孔29。装置移动时，收紧水平调节螺丝26，使水平支撑脚25处于悬空状态；检定过程中，转动水平调节螺丝26，使水平支撑脚25接触地面，起到支撑作用，并将装置调整至水平。斜支撑脚24安装于框架8的侧面，通过其上端的高度调节孔29实现其高度调节。在检定过程中，可使斜支撑脚24接触地面，经过其底部的通孔28由膨胀螺丝将装置固定在地面上。

FP系列流速仪的检定装置的具体工作流程如下：FPGA控制模块9经过伺服驱动器11控制电机转速，伺服电机12经过减速器13和齿轮轴承组件6带动传动臂3转动，使得流速仪5在环形水槽1中以预定速度做圆周运动。在转动过程中，无线摄像机4拍摄流速仪5示值窗10的流速示值，并将视频信号实时传输至计算机14。旋转编码器7精确测定流速仪5转动过的角度，并将角度值转换为二进制编码。已知FP系列流速仪的示值更新频率为1Hz，计算机软件在流速仪5示值更新的同时读取旋转编码器7的二进制编码序列，并截取无线摄像机4视频图像，识别流速仪5示值。精确测定传动臂3轴心至流速仪5轴心的距离，结合旋转编码器7的角度测量编码序列，计算出流速仪5的真实运动速度。比较流速仪5真实运动速度及其示值窗10示值，求解出流速仪5的示值误差。重复进行上述过程，完成流速仪5在各个检定点上的示值检定。在装置工作过程中流速仪5在测量范围内应选择12至15个流速检定点，低速段需加密设置。