流-固耦合模型试验水位自动控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种流-固耦合模型试验水位自动控制系统，包括：水位监测器、控制器、补水器和实时显示装置；所述水位监测器、补水器和实时显示装置分别与控制器连接；所述水位监测器包括浮动标尺和光栅尺位移传感器，所述浮动标尺与光栅尺位移传感器的读数头连接，通过标尺浮动带动读数头移动，光栅尺位移传感器的脉冲信号反应水位的高度；所述控制器通过采集水位监测器的数据信号，控制补水器对水位进行调整。本发明的有益效果：该系统可以对水位进行实时监测调控，保证试验结果的真实准确性；实现了完全的自动化，减少了试验中劳动量的投入。
【专利说明】流-固耦合模型试验水位自动控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模型试验装置，具体的说是地质力学模型试验中一种水位自动控制系统。
【背景技术】
[0002]随着我国经济和科学技术的发展，交通建设中穿越断层的海底隧道、过江隧道及岩溶地区的深埋大断面隧道也越来越常见，水对这些工程的成功修建的影响也十分显著，许多技术问题急需解决。很多专家希望通过模型试验来实现现场工况的模拟，得出结论以便指导现场施工的安全顺利进行。
[0003]在流-固耦合模型试验中，经常采用顶部蓄水进行水压加载，通过控制水面高度实现静水压力的调节，满足试验对水压力的要求。传统的模型试验技术中，主要采用人工观测，通过手动开启和关闭水龙头来实现水位调节，费时费力，效率及自动化程度比较低。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种模型试验中可以对水位进行实时监测和调控的系统，该系统使得流-固耦合模型试验中水位的监测调控更加精确，同时相比以往试验中的情况,节约人力，效率较高。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种流-固耦合模型试验水位自动控制系统，包括:水位监测器、控制器、补水器和实时显示装置；所述水位监测器、补水器和实时显示装置分别与控制器连接；所述水位监测器包括浮动标尺和光栅尺位移传感器，所述浮动标尺与光栅尺位移传感器的读数头连接，通过标尺浮动带动读数头移动，光栅尺位移传感器的脉冲信号反应水位的高度；所述控制器通过采集水位监测器的数据信号，控制补水器对水位进行调整。
[0007]所述控制器为可编程单片机，所述控制器对水位监测器的信号进行采集和分析，并控制补水器和实时显示装置。
[0008]所述光栅尺位移传感器的主尺通过支架固定在模型架顶部。
[0009]所述实时显示装置由数显显示箱组成，对设定水位和实际水位进行实时显示。
[0010]所述补水器包括加水水泵和排水水泵，实际水位低于设定水位高度时所述控制器控制加水水泵进行加水，实际水位高于设定水位高度时所述控制器控制排水水泵进行排水。
[0011]本发明的有益效果是:
[0012]1、该系统可以广泛的应用与所有采用顶部蓄水进行静水压加载的流-固耦合模型试验中，应用范围比较广。
[0013]2、该系统可以对水位进行实时监测调控，保证试验结果的真实准确性。
[0014]3、该系统可以将水位信息在实时显示装置上显示，使试验者可以随时了解水位情况。[0015]4、该系统实现了完全的自动化，减少了试验中劳动量的投入。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的水位自动控制系统结构示意图；
[0017]图2为本发明水位监测器结构示意图。
[0018]其中，1.控制器，2.水位监测器，3.实时显示装置，4.加水水泵，5.排水水泵，
6.补水器，7.主尺，8.读数头，9.浮动标尺。
【具体实施方式】:
[0019]下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明:
[0020]图1中，一种用于流-固耦合模型试验的水位自动控制系统，由控制器1、水位监测器2、实时显示装置3和补水器6组成。控制器I由单片机构成，对由水位监测器2传来的信号进行分析处理，并控制补水器6采取相应的措施进行水位调节，同时将水位信息在实时显示装置3上显示。实时显示装置3由数显显示箱组成，经济适用，由控制器I控制，对设定水位和实际水位进行实时读取和显示。补水器6有两个小型水泵和相应的输水管组成，一个负责加水，一个负责排水，保证水位的稳定，为试验数据的准确提供保障。
[0021 ] 如图2所示，水位监测器2由浮动标尺9和光栅尺位移传感器成，光栅尺位移传感器分为主尺7和读数头8两部分。光栅尺位移传感器的主尺7通过支架固定在模型试验台架顶部，浮动标尺下部浮球漂浮在水面上，上部与光栅尺位移传感器读数头8焊接，水位变化引起浮动标尺9移动从而带动读数头8移动，然后转换成脉冲信号传给实时显示装置3和控制器I，进行水位显示和控制。
[0022]流固耦合模型试验的水位自动控制系统的使用方法包括:
[0023](I)在模型体填筑完成之后，将光栅尺位移传感器的主尺通过支架固定在模型试验台架顶部，把浮动标尺和光栅尺位移传感器读数头焊接，保证浮球位于最低水位时读数头滑动到主尺最下端，浮球位于最高水位时读数头位于主尺最上端，并各有5cm左右的活动调节距离。并把读数头的引出线分别和实时显示装置3和控制器I连接好。
[0024](2)将补水器6的两个水泵和加、排水管进行连接，加水口一端连接水龙头，一段固定于模型试验架顶部储水部分内侧。排水管一端至于排水池内侧，另一端固定于模型试验架顶部储水部分内侧，但是水管口靠近模型体顶面。
[0025](3)将实时显示装置3悬挂于模型试验架比较显眼、易于观察的位置。
[0026](4)将各部分用连接线连接，确保连接正确、通畅。
[0027](5)向模型架内部加水，进行水位自动控制系统的调试。调试完成后即可开展试验测试。
[0028]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种流-固耦合模型试验水位自动控制系统，其特征是，包括:水位监测器、控制器、 补水器和实时显示装置；所述水位监测器、补水器和实时显示装置分别与控制器连接；所 述水位监测器包括浮动标尺和光栅尺位移传感器，所述浮动标尺与光栅尺位移传感器的读 数头连接，通过标尺浮动带动读数头移动，光栅尺位移传感器的脉冲信号反应水位的高度； 所述控制器通过采集水位监测器的数据信号，控制补水器对水位进行调整。
2.如权利要求1所述的一种流-固耦合模型试验水位自动控制系统，其特征是，所述控 制器为可编程单片机，所述控制器对水位监测器的信号进行采集和分析，并控制补水器和 实时显示装置。
3.如权利要求1所述的一种流-固耦合模型试验水位自动控制系统，其特征是，所述光 栅尺位移传感器的主尺通过支架固定在模型架顶部。
4.如权利要求1所述的一种流-固耦合模型试验水位自动控制系统，其特征是，所述实 时显示装置由数显显示箱组成，对设定水位和实际水位进行实时显示。
5.如权利要求1所述的一种流-固耦合模型试验水位自动控制系统，其特征是，所述补 水器包括加水水泵和排水水泵，实际水位低于设定水位高度时所述控制器控制加水水泵进 行加水，实际水位高于设定水位高度时所述控制器控制排水水泵进行排水。
【文档编号】G05D9/12GK103592177SQ201310597496
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】李利平, 王康, 石少帅, 李术才, 刘洪亮, 王旌, 王凯, 陈迪阳 申请人:山东大学